在冬奧會(huì)的網(wǎng)站上，高山滑雪的氣象信息數(shù)據(jù)每分鐘更新一次，可以看到每一個(gè)滑降關(guān)鍵點(diǎn)的平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、溫度、濕度，這些數(shù)據(jù)來自中國航天科工二院23所航天新氣象公司的自動(dòng)氣象站。
風(fēng)是影響很多冬奧會(huì)項(xiàng)目的關(guān)鍵因素。相較往屆奧運(yùn)會(huì)舉辦地的海洋性氣候，本次張家口等賽區(qū)的大陸性季風(fēng)氣候表現(xiàn)出風(fēng)速更大、風(fēng)向更替更明顯的特征。高速運(yùn)動(dòng)中，突然的風(fēng)向改變或風(fēng)速過大會(huì)影響比賽發(fā)揮，甚至影響運(yùn)動(dòng)員的人身安全，因此，對(duì)風(fēng)數(shù)據(jù)精確測(cè)量顯得尤為重要。在國家跳臺(tái)滑雪中心場(chǎng)館的四周，23所建設(shè)了多個(gè)測(cè)風(fēng)氣象站，跳臺(tái)滑道上也密集安裝三維超聲風(fēng)傳感器，最大可能對(duì)風(fēng)向風(fēng)速進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。
冬奧會(huì)長達(dá)數(shù)月的賽前造雪以及賽時(shí)不定期造雪，讓自動(dòng)氣象站的風(fēng)傳感器處于低溫、高濕環(huán)境，部分地方極易結(jié)冰。結(jié)冰會(huì)影響風(fēng)向、風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)。
圖為雪如意旁的三維超聲風(fēng)設(shè)備
為更穩(wěn)妥保障氣象觀測(cè)，應(yīng)賽事要求，23所研制新型加熱型風(fēng)傳感器，采用高效節(jié)能的加熱部件，配備智能算法精準(zhǔn)溫度控制，使風(fēng)傳感器可以在零下30℃的天氣下正常工作，保證風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
在風(fēng)傳感器上加裝加熱裝置是有解決風(fēng)傳感器表面覆冰、無法正常工作的有效手段。為了達(dá)到最佳的除冰效果，保證設(shè)備正常工作，公司研制團(tuán)隊(duì)先在步入式低溫箱中模擬賽場(chǎng)環(huán)境，又結(jié)合已有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)了內(nèi)外加熱型機(jī)械風(fēng)與超聲風(fēng)，采取內(nèi)外加熱模塊合并使用的方式，解決風(fēng)傳感器的凍結(jié)問題。當(dāng)溫度低于5℃高于零下25℃時(shí)，開啟外置加熱模塊；當(dāng)溫度低于零下25℃時(shí)，開啟內(nèi)加熱模式。在冬奧賽場(chǎng)實(shí)地使用時(shí)，“加熱風(fēng)”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(shí)，所在站點(diǎn)自動(dòng)加熱除冰后，設(shè)備都運(yùn)行穩(wěn)定。
除了保障設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)妥，奧運(yùn)會(huì)分鐘級(jí)的預(yù)報(bào)要求氣象產(chǎn)品反饋時(shí)間也要迅速?？罩屑记梢箫L(fēng)速不能大于5米/秒，跳臺(tái)滑雪則要求不能大于4米/秒，這些賽事對(duì)風(fēng)的精細(xì)化數(shù)據(jù)需求使得秒級(jí)風(fēng)力指數(shù)預(yù)報(bào)成為氣象預(yù)報(bào)的必須。
研制團(tuán)隊(duì)優(yōu)化產(chǎn)品，修改了原有采集處理流程，從中提取所要求的60個(gè)風(fēng)向、風(fēng)速的秒數(shù)據(jù)；修改通信傳輸協(xié)議的處理流程，支持新制訂的秒級(jí)風(fēng)數(shù)據(jù)通信傳輸格式，通過通信模塊將秒級(jí)風(fēng)數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站；中心站軟件將采集到的秒級(jí)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，按制訂的秒級(jí)風(fēng)數(shù)據(jù)庫表格式進(jìn)行入庫處理，最終在中心站軟件界面上呈現(xiàn)每分鐘60個(gè)風(fēng)向風(fēng)速記錄并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)目錄中。“秒級(jí)風(fēng)”觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化分析、預(yù)報(bào)，提高風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力。
為了實(shí)現(xiàn)秒級(jí)風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，研制團(tuán)隊(duì)從數(shù)據(jù)采集器嵌入式軟件、中心站軟件、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)三個(gè)方面進(jìn)行開發(fā)、升級(jí)，以滿足秒級(jí)風(fēng)數(shù)據(jù)的采樣、存儲(chǔ)、傳輸。
“秒級(jí)風(fēng)”觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)，在對(duì)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化分析、預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，有效提高風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力，為對(duì)風(fēng)向風(fēng)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(fēng)傳感器穩(wěn)定運(yùn)行
如今，優(yōu)化后的自動(dòng)氣象站在各個(gè)賽場(chǎng)密切關(guān)注風(fēng)速、風(fēng)向變化，幫助提升預(yù)想預(yù)報(bào)的預(yù)判，以網(wǎng)格分辨率、時(shí)間分辨率更高的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，為冬奧會(huì)雪上競(jìng)賽場(chǎng)館“百米級(jí) 分鐘級(jí)”的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
