今天的我們,想要獲取天氣信息可以說易如反掌。只要拿出手機,就可以看到實時天氣數據——氣溫30℃,西北風3級,溼度12%……那麼要不要出門,出門要不要帶傘?有了這些數據,可以更科學地安排工作和生活中一切可能受天氣影響的活動。
但許多人不知道,這些天氣觀測數據從採集到抵達每一個公眾手裡,究竟經歷了怎樣的旅程。今天我們來揭秘天氣家族中「最熟悉的陌生人」——「氣溫先生」,以他為例展示天氣觀測數據的奇妙旅程。
旅程是從觀測站開始的。
在我國960萬平方公裡的土地上,有國家級觀測站2423個,區域觀測站則超過6萬個。在國家級觀測站裡,一般都會有一個面積25米×25米大小的觀測場,那裡四周空曠、場地平坦,塗著白漆的圍欄圍了一圈,裡面種著不能高過20釐米的均勻草層。
在觀測場,觀測設備各自堅守崗位,負責「捕捉」大氣環境中多種多樣的氣象要素和現象。觀測員常說的「溫壓溼風雨」「總直淨散反」,就是溫度、氣壓、溼度、風向風速、雨量和總輻射、直接輻射、淨輻射、散射輻射、反射輻射,當然還有能見度、雲等各種各樣的觀測項目。
以前,氣溫「誕生」的容器是玻璃棒。與人們常用測體溫的水銀溫度計一樣,玻璃棒裡有水銀,水銀受熱會放大、受冷會縮小,也就是我們物理課上所說的「熱脹冷縮」原理。
水銀體積的變化帶來了玻璃棒刻度上的變化,再由觀測員去讀取數據,便有了氣溫。
不過,最近我們迎來了好消息:從今年4月1日起,我國地面觀測要實現全面自動化。這樣一來,氣溫的「出生」就省事兒多了,也能更準確地代表大氣中真實的溫度。
中國氣象局氣象探測中心高級工程師張鑫告訴記者,如果說自動化觀測主要解放了人力,提高了運行效率,那麼智能化觀測的主要研究方向就是提高數據準確率。目前,自動化觀測指標已經達到合格線,形成自動化、集約化、標準化的業務體系。而智能化的目標就是精益求精,進一步提升觀測數據的準確率。
按照新方法,玻璃棒會被一種金屬——鉑電阻代替。鉑電阻在感受到氣溫變化的同時,電阻值會發生變化,所以,氣象科技工作者就想出了一個好辦法:找到電阻值和氣溫之間的關係,建立模型,只要把電阻值轉化成氣溫值,就能以鉑電阻的變化來反推氣溫變化。
按照氣象專家的說法,鉑電阻本身就是電子元器件,所以氣溫值可直接通過電路實時測量,免去了人工讀取數據環節,也減少了許多出現誤差的可能性。
當電阻值信號轉化為電壓信號後,傳感器後面長得像盒子一樣的採集器,就能把包括氣溫的電子信號都收集起來。
這時候,天氣家族中的其他成員——如氣壓、溼度等,大多也有了方便、智能的傳感器設備,經由採集器一併收集。
至此,天氣家族成員聚齊。這時,他們可以邁出旅行的第一步——從戶外觀測場,來到氣象人員值班室的業務電腦。
別看這段路不長,卻很重要。這段路上的交通工具,已經由以前的電線換成現在的光纖,不僅傳輸效率提高了,錯碼率變少了,防雷效果也增強了。
在抵達第一個目的地——業務電腦之後,天氣家族成員不用再靠觀測員手動錄入,就能自動進入一個叫做地面綜合觀測業務軟體的程序。對這道程序來說,分門別類整理和處理各種觀測數據「輕車熟路」,而天氣家族成員需要在這裡過一道重要「關卡」——質量控制。
何謂質量控制?打個比方,下雨或下冰雹時,氣溫一般會下降,但如果」氣溫先生」的數值升高或者沒有變化,那就可能存在問題;又或者,天氣沒什麼變化,但10分鐘前的「氣溫先生A」和現在的「氣溫先生B」數值相差太大,也意味著出現問題,會被貼上「質疑」或「錯誤」的標籤。
順利通過「關卡」的天氣家族成員,在地面綜合觀測業務軟體中打包整理完成後,便能坐上前往下一站——省級氣象信息中心的列車。
在那裡,來自全省各地的天氣家族成員迎來了又一個質量控制「關卡」。這一關主要考驗空間連續性,比如,「氣溫先生A」和「氣溫先生B」出生在相距5公裡的觀測站,數值卻相差較大,那麼他們便會被標記為「質疑」。
同樣的故事再次上演,通過考核的天氣家族成員才有資格再次踏上更遠的旅程——最終抵達國家氣象信息中心。
這一站,天氣家族成員的面孔就更多樣了,不但有來自各個地面觀測站的,還有其他各種觀測設備觀測到的數據。國家氣象信息中心的工作人員利用處理系統再次把他們整理、分類、入庫,按需將打包處理好的數據推送給不同的用戶。
比如,天氣預報員需要的數據會來到國家氣象中心,氣候預測專家需要的數據會來到國家氣候中心。當然,「氣溫先生」是使用最廣泛的天氣家族成員之一,到處都少不了他的身影。
還有很多數據是每一個普通人安排生產生活都要看的,所以會被送到公共氣象服務中心,經過可視化處理,成為長得漂亮又容易懂的數據產品的一部分,有些還會再經過一些公司的個性化處理,最終出現在每個人手機天氣服務軟體中。
幾十年過去,這條漫長的路對技術條件的要求越來越高,但「氣溫先生」從觀測場走到公眾身邊花的時間卻越來越短,耗費的人力也越來越少。