在冬奧會的網站上,高山滑雪的氣象信息數據每分鐘更新一次,可以看到每一個滑降關鍵點的平均風速、最大風速、溫度、濕度,這些數據來自中國航天科工二院23所航天新氣象公司的自動氣象站。
風是影響很多冬奧會項目的關鍵因素。相較往屆奧運會舉辦地的海洋性氣候,本次張家口等賽區的大陸性季風氣候表現出風速更大、風向更替更明顯的特征。高速運動中,突然的風向改變或風速過大會影響比賽發揮,甚至影響運動員的人身安全,因此,對風數據精確測量顯得尤為重要。在國家跳臺滑雪中心場館的四周,23所建設了多個測風氣象站,跳臺滑道上也密集安裝三維超聲風傳感器,最大可能對風向風速進行精準測量。
冬奧會長達數月的賽前造雪以及賽時不定期造雪,讓自動氣象站的風傳感器處于低溫、高濕環境,部分地方極易結冰。結冰會影響風向、風速觀測數據。
圖為雪如意旁的三維超聲風設備
為更穩妥保障氣象觀測,應賽事要求,23所研制新型加熱型風傳感器,采用高效節能的加熱部件,配備智能算法精準溫度控制,使風傳感器可以在零下30℃的天氣下正常工作,保證風數據的準確性。
在風傳感器上加裝加熱裝置是有解決風傳感器表面覆冰、無法正常工作的有效手段。為了達到最佳的除冰效果,保證設備正常工作,公司研制團隊先在步入式低溫箱中模擬賽場環境,又結合已有項目經驗,研究設計了內外加熱型機械風與超聲風,采取內外加熱模塊合并使用的方式,解決風傳感器的凍結問題。當溫度低于5℃高于零下25℃時,開啟外置加熱模塊;當溫度低于零下25℃時,開啟內加熱模式。在冬奧賽場實地使用時,“加熱風”的裝備除冰效果良好。在崇禮零下30度和云頂山頂零下20度時,所在站點自動加熱除冰后,設備都運行穩定。
除了保障設備運行穩妥,奧運會分鐘級的預報要求氣象產品反饋時間也要迅速。空中技巧要求風速不能大于5米/秒,跳臺滑雪則要求不能大于4米/秒,這些賽事對風的精細化數據需求使得秒級風力指數預報成為氣象預報的必須。
研制團隊優化產品,修改了原有采集處理流程,從中提取所要求的60個風向、風速的秒數據;修改通信傳輸協議的處理流程,支持新制訂的秒級風數據通信傳輸格式,通過通信模塊將秒級風數據發送到中心站;中心站軟件將采集到的秒級風數據進行解析后,按制訂的秒級風數據庫表格式進行入庫處理,最終在中心站軟件界面上呈現每分鐘60個風向風速記錄并存儲在數據目錄中。“秒級風”觀測數據,對風數據進行精細化分析、預報,提高風監測預報能力。
為了實現秒級風監測預報,研制團隊從數據采集器嵌入式軟件、中心站軟件、數據傳輸和存儲三個方面進行開發、升級,以滿足秒級風數據的采樣、存儲、傳輸。
“秒級風”觀測數據的實現,在對風數據進行精細化分析、預報的基礎,有效提高風監測預報能力,為對風向風速十分敏感的雪上比賽提供了完善的保障。
圖為云頂山頂氣象站,在零下20度的情況下,風傳感器穩定運行
如今,優化后的自動氣象站在各個賽場密切關注風速、風向變化,幫助提升預想預報的預判,以網格分辨率、時間分辨率更高的氣象觀測數據,為冬奧會雪上競賽場館“百米級 分鐘級”的實現打下堅實基礎。