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【航天助力冬奧】零下30度的“溫暖”,保證冬奧測風數(shù)據(jù)的準確性
發(fā)布時間:2022-02-08 信息來源: 中國航天科工二院

 

在冬奧會的網(wǎng)站上,高山滑雪的氣象信息數(shù)據(jù)每分鐘更新一次,可以看到每一個滑降關(guān)鍵點的平均風速、最大風速、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氣象站。

風是影響很多冬奧會項目的關(guān)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(qū)的大陸性季風氣候表現(xiàn)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(fā)揮,甚至影響運動員的人身安全,因此,對風數(shù)據(jù)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(shù)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(huán)境,部分地方極易結(jié)冰。結(jié)冰會影響風向、風速觀測數(shù)據(jù)。

 

圖為雪如意旁的三維超聲風設備

為更穩(wěn)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(jié)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(shù)據(jù)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(huán)境,又結(jié)合已有項目經(jīng)驗,研究設計了內(nèi)外加熱型機械風與超聲風,采取內(nèi)外加熱模塊合并使用的方式,解決風傳感器的凍結(jié)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(nèi)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(wěn)定。

除了保障設備運行穩(wěn)妥,奧運會分鐘級的預報要求氣象產(chǎn)品反饋時間也要迅速??罩屑记梢箫L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(shù)據(jù)需求使得秒級風力指數(shù)預報成為氣象預報的必須。

研制團隊優(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個風向、風速的秒數(shù)據(jù);修改通信傳輸協(xié)議的處理流程,支持新制訂的秒級風數(shù)據(jù)通信傳輸格式,通過通信模塊將秒級風數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站;中心站軟件將采集到的秒級風數(shù)據(jù)進行解析后,按制訂的秒級風數(shù)據(jù)庫表格式進行入庫處理,最終在中心站軟件界面上呈現(xiàn)每分鐘60個風向風速記錄并存儲在數(shù)據(jù)目錄中?!懊爰夛L”觀測數(shù)據(jù),對風數(shù)據(jù)進行精細化分析、預報,提高風監(jiān)測預報能力。

為了實現(xiàn)秒級風監(jiān)測預報,研制團隊從數(shù)據(jù)采集器嵌入式軟件、中心站軟件、數(shù)據(jù)傳輸和存儲三個方面進行開發(fā)、升級,以滿足秒級風數(shù)據(jù)的采樣、存儲、傳輸。

“秒級風”觀測數(shù)據(jù)的實現(xiàn),在對風數(shù)據(jù)進行精細化分析、預報的基礎(chǔ),有效提高風監(jiān)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(wěn)定運行

如今,優(yōu)化后的自動氣象站在各個賽場密切關(guān)注風速、風向變化,幫助提升預想預報的預判,以網(wǎng)格分辨率、時間分辨率更高的氣象觀測數(shù)據(jù),為冬奧會雪上競賽場館“百米級 分鐘級”的實現(xiàn)打下堅實基礎(chǔ)。 (文/王昊、陳佳佳)

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