《卫星导航定位探空系统 高空风向和风速观测方法》

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07.060CCS A47OB中华人民共和I家标准GB/T XXXXX-XXXX卫星导航定位探空系统高空风向和风速观测方法Satellite navigationpositioning soundingsystem—Upper-air winddirection andspeedobservation method（点击此处添加与国际标准一致性程度的标识）（工作组讨论稿）（本草案完成时间2025年1月21日）在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施国家市场监督管理总局关在国家标准化管理委员会发布若u0,风向为27o-Dc；若v〉0,风向为9r-Dc；风速计算方法V=«u八2+vA24式中V,D——V为风速单位m/s,D为风向单位°；u,v---------u为纬向风或东向风单位m/s,v为经向风或北向风单位m/soA.5探空仪摆动频率5式中f——探空仪摆动频率，单位Hzg------重力加速度，单位m/s2L——绳长,单位mA.6平滑滤波方法需要先对探空仪测得的速度分量进行平滑滤波，用于滤除探空仪相对气球或降落伞的摆动，及探空仪测量数据的噪声，最后按652中方法合成最终的风速风向下降段数据需按655中方法修正，平滑滤波一般采用如下计算方式ui=Ek=-NwkU i+k6svi=Sk=-NwkV i+k7sZk=-N W=1⑻k式中Us,Vj——探空仪水平速度观测秒数据；/X——平滑后的水平速度分量；卜喝得加理时刻第i秒，i+k对应i+k秒w——权值，当Wk为1/2N+1时，即为滑动平均法，也可采用其他方法如窗函数数字滤波等来确定权值，k常用的窗函数如Kaiser窗函数，Gaussian窗函数等滑动窗口长度由平滑滤波的截止频率确定，截止频率要小于探空仪摆动引入的干扰频带的下限,探空仪的干扰频带一般跟气球或降落伞的类型、绳长等有关A.7下降段速度修正降落伞下降过程做减速运动，在垂直方向受力不为零，需要对水平速度进行修正lg-a|wavV=V-clg-a|w式中:Uc,V修正后的下降段风场水平分量;cu,v,w——经过平滑滤波后的探空仪东向、北向、垂向速度；a,a,a——探空仪东向、北向、垂向三维加速度，可通过对位置二阶拟合求导或对速度一阶拟合求导得u vw到g——重力加速度值；A.8插值当风数据出现短时间缺测或需要输出特定高度的风数据时，处理方法是先将插值点上下计算层的风速、风向按651中方法进行风分量分解，然后分别对风分量进行线性插值，最后将插值后的风分量按652中方法合成风速、风向线性插值方法如下X—X,U=U J+-一UrUj+LUjAj+i Aj、X-Xi/v=vj+evj+i-vjX——当按时间进行插值时，X为待插值时间，Xj,Xj+1为时间X相邻上下层对应的时间；当按位势高度进行插值时，X为待插值位势高度,Xj,Xj+1为高度X相邻上下层对应的位势高度;当按气压进行插值时,X为待插值气压的对数,Xj,Xj+1为高度X相邻上下层对应的气压的对数u,v——待插值位势高度或时间X对应的风场分量；Uj+|,Vj i----X相邻的上计算层风场分量；+Uj,Vj——X相邻的下计算层风场分量参考文献

[1]GB/T37467—2019气象仪器术语⑵GB/T35237高空风探测报告编码规范

[3]QX/T121—2010高空压、温、湿、风探测报告编码规范

[4]QX/T234—2014气象数据归档格式探空

[5]QX/T418—2018高空气象观测数据格式BUFR编码

[6]QX/T587—2020气象观测专用技术装备测试规范高空气象观测仪器常规高空气象观测数据处理方

[7]QX/T628—2021法中国气象局.常规高空气象观测业务规范[M].北京气象出版社，2010《北斗

[8]探空气象观测业务规范（试行）》（气测函〔2024〕196号）

[9]

[10]World MeteorologicalOrganization.Guide toMeteorological Instrumentsand MethodsofObservationEighth edition.WMO No.6[Z],1996

1.1—2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构和起草规则》的规定起草本标准由中国气象局提出本标准由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会SAC/TC507归口本标准起草单位中国气象局气象探测中心，中国气象局，航天新气象科技有限公司，深圳华大北斗科技股份有限公司本标准主要起草人郭启云曹晓钟黄晓杰罗皓文梁佳祥李欣夏元彩赵培涛杨荣康黄枝凡卫星导航定位探空系统测风是目前国际上推荐的高空气象测风装备，广泛应用于高空气象和气候观测业务，为规范导基于卫星导航定位技术的高空风的观测，特拟定本标准卫星导航定位探空系统高空风向和风速观测方法1范围本文件规定了卫星导航定位探空系统对高空风向和风速的观测方法，包括组成、性能要求、观测流程、数据内容等本文件适用于采用国际主流导航卫星定位探空系统高空风向和风速观测2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中，注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件GB/T44451卫星导航定位探空系统探空仪GB/T44110卫星导航定位探空系统地面接收机QX/T123—2011无线电探空资料质量控制3术语和定义下列术语和定义适用于本文件采样瞬时值sampling instantaneousvalue在采样过程中获取的某一时刻的气象要素单个测量值注常简称为采样值[GB/T35237-2017]瞬时气象值meteorological instantaneousvalue气象要素瞬时值，气象要素在一定观测时段内的[采样瞬时值的]平均值或总量[GB/T35237-2017]4组成基于卫星导航定位技术测风是利用探空气球或降落伞等作为风场的示踪物，由示踪物携带的卫星导航定位探空仪直接测量示踪物的位置或速度，通过位置相对时间的变化得到探空仪的瞬时运动速度或直接利用卫星导航定位输出的多普勒瞬时速度，进一步可计算出高空水平方向的风向和风速系统组成49系统包括卫星导航定位探空仪（以下简称探空仪）、接收系统、风场示踪物、数据接收处理软件主要功能如下——探空仪用于探空仪的定位、测速，主要包括卫星导航定位模块、发射机、电池；——接收系统用于接收探空仪无线发射的探测数据，主要包括接收天线、接收机；——风场示踪物随风漂浮，其水平运动速度反应水平风场，一般为橡胶气球或降落伞；——数据处理接收软件进行数据质控，计算水平风向，风速等产品数据，并存档5性能要求探岸仪

5.1气球球载探空仪应在符合GB/T44451卫星导航定位探空系统探空仪的基础上，应适配气球载体进行原位观测以及一次放球满足上升-平漂-下降三阶段探测等要求，机载、艇载、箭载等探空仪另行规定探空仪最大探测高度应不低于50km5A地面播收系统气球球载探空仪所采用地面接收系统应符合GB/T44110卫星导航定位探空系统地面接收机，机载、艇载、箭载等接收机另行规定5风场示踪物气球球载探空仪所使用的探空气球应符合GB/T41766-2022气象气球，使用的降落伞要求另行规定数据辖收处理软件54可解析地面接收机的探空数据，并按规定处理方法处理出水平风速、风向6观测流程

6.1数据采集和传输探空仪在探测作业全流程均可通过特定采样速率采集瞬时位置和速度数据等采样瞬时值探空仪采样瞬时值数据应能通过直接无线链路通信或卫星通信链路转发传回接收系统，接收系统解调出探空仪探测原始数据上传给上位机或数据中心的数据处理软件进行处理6,；数据处理和计算对上传的探空仪测量数据，可根据导航定位位置进行差分（见附录A.2）或导航多普勒速度两种方式得到探空仪的水平速度分量，先根据垂直速度或高度变化判断探空仪所处阶段（上升、平漂、阶段）根据探空仪随气球或降落伞摆动速度的干扰频率范围（见A.5）,对水平速度分量分别进行平滑滤波消GB/TXXXXX—XXXX除干扰得到水平风分量（见附录A.6）,对于伞降系统还需要根据加速度对水平速度分量进行修正得到水平风分量（见附录A.7）,最后再通过矢量合成计算得到水平风向风速（见附录A.4）,对于风向风速数据缺测或求取规定层上的风向风速，通过插值计算（见附录A.8）得到

6.3数据质量控制卫星导航定位探空系统信息应进行质量控制，包括采样瞬时值的质量控制、瞬时气象值的质量控制和综合质量控制，各参数质量控制依照《无线电探空资料质量控制》（QX/T123-2011）的规定执行

6.

3.1定位可靠性当卫星定位标志为未定位或卫星颗数小于4颗，或定位精度因子大于4,则定位和速度数据不可用,当卫星定位标志为定位状态，且卫星颗数大于4颗，不超过6颗，或定位精度因子在2〜4之间时，定位和速度数据可疑，当卫星定位标志为定位状态，且卫星颗数大于6颗，定位精度因子小于2时，定位和速度数据可用

6.

3.2允许值范围检查一是对风场、风向取值范围进行检查，二是根据各高度上历史统计的最大风速进行检验

6.

3.3差值检查当前时刻的风矢量速度相对前后的变化率超出门限值时，则判断当前值可疑或异常

6.

3.4离散值检查对风矢量时间序列采用统计方法，即当风矢量值与平均值的差值大于标准差的规定倍数时，则判断为离散值

6.

3.5时间一致性检查时间一致性检查包括孤立值检查和重复值检查其中孤立值检查用于检验是否存在游离于整体时间序列之外的异常值；重复值检查用于检验时间序列是否存在同一数据持续重复出现且超过合理时间范围的“僵值

6.4数据存档对探空原始数据、处理后的风场等数据进行存档7数据内容

7.1基本内容至少应包括站点基本信息；——施放瞬间值（风速、风向等）；——要素观测值；——质量控制信息（质控码）

7.2站点基本信息至少应包括——测站名称及代码——观测场地纬度；——观测场地经度；——观测场地拔海高度；7;要素观测值至少应包括——观测时间；——高度数据——风向数据——风速数据

7.4质量控制信息至少应包括——正确通过了所有质控检查；——可疑质控检查时未超过错误阈值，但大于正常阈值；——错误质控检查时超过错误阈值；——缺测由于通信或仪器故障等原因未采集到测量值；------缺省未进行质控检查；——订正对已知的误差采用相关算法对测量结果进行了订正;——修改人工对测量数据进行了修改；——其他情况未包含在以上质量控制信息中的情况附录A（规范性附录）探空仪风向和风速数据处理要求A.1上升、平漂、下降阶段探空上升段观测方法通过常规气象气球或双模气象气球，将基于卫星导航定位测风探空仪携带升空，需要地面处理系统根据探空仪相对气球的摆动速度的频率特性，通过平滑滤波方法抑制探空仪摆动速度的影响A.I.；平漂段观测方法通过双模气象气球的内球实现平漂，外球为上升阶段提供合适速度，外球到达预定高度膨胀破裂后,内球净举力为零，实现平漂利用卫星导航接收机测量探空仪的位置或运动速度来观测风场，平漂稳定阶段探空仪相对气球几乎无摆动，只需滤除卫星导航接收机测量数据本身的噪声A.1；下降段观测方法采用往返平漂探空观测模式时，气球上升或平漂到达预定时间或高度，通过物理方法剪切气球与探空仪的连接，使探空仪下降，进行从上向下测量；当采用艇载、机载、箭载工作方式时，在预定高度上将探空仪抛出，探空仪从上往下测量探空仪下降时，降落伞控制下降速度，保持探空仪姿态平稳，实时将探测数据传回接收机，数据处理时根据探空仪相对降落伞的摆动速度的频率特性，通过平滑滤波方法进行抑制摆动影响，同时由于降落伞呈减速下降，其水平运动速度与风场存在差异，需要加以修正A.2位置差分求取速度按照《北斗探空气象观测业务规范（试行）》附录A进行A.3风分量分解风速、风向按下面方法分解为风分量u=-V*sin（l80/TI*D）

（1）v—V*cos（l80/兀*D）

（2）式中（V,D）——V为风速（单位m/s）,D为风向（单位）；（u,v）-----u为纬向风或东向风（单位m/s）,v为经向风或北向风（单位m/s）oA.4风场合成风分量按下面方法合成得到风向、风速风向计算方法若u=0,v=0,为静风；若u=0,v0,风向为180；若u=0,v0,风向为360；D_C=180/K arctan（v/u）。