极端天气下气象综合观测技术应用

极端天气成为全球气候变化的直观表现，我国近年呈现“多发、重发、连发”特征：2023 年郑州“7·20”特大暴雨破大陆降水纪录，2024 年台风“摩羯”登陆风力达 17 级，长江流域高温超 40 天，东北暴雪积雪超 50cm 。此类事件威胁城市基建、能源供应与农业生产，而气象综合观测技术通过整合多源设备，实现极端天气全流程感知。但极端环境下设备易失效、复杂地形存观测盲区、数据融合效率低等问题仍突出，梳理技术应用现状与优化路径对提升防灾能力意义重大。

一、极端天气类型与核心特征

（一）暴雨洪涝

以 1 小时降水量 ⩾20mm 、24 小时 ⩾50mm 为标准，突发且降水集中，易引发山洪滑坡。2024 年华南前汛期降水偏多 40% ，广东韶关单次暴雨致北江超百年一遇洪水，多地滑坡致近 200 人伤亡，观测需聚焦降水时空分布与水汽通道。

（二）台风（热带气旋）

台风：中心风力 ⩾12 级（ 32.7m/s ），伴强风、暴雨、风暴潮，路径与强度多变。2024 年 9 个台风登陆我国，“摩羯”登陆厦门时中心气压 910hPa 、风速 60m/s ，损失 720.3 亿元，观测需监测气压、风速及海表温度。

（三）高温热浪

高温热浪：连续 3 天日最高温 ⩾35°C （或 2 天 ⩾37^∘C ），持续且伴干旱。2024 年长江流域、川渝高温超 20 天，部分区域达 42% ，致1800 万亩作物受旱，观测需关注气温、地表温度及城市热岛。

（四）暴雪与低温冻害

暴雪冻害：24 小时降雪量 ⩾10mm ，伴日最低温 ⩽0^qC ，易致积雪冰冻。2024 年中东部积雪 20-40cm ，鄂州线路覆冰停电，观测需监测降雪强度、积雪深度与覆冰厚度。

二、气象综合观测技术体系核心构成

（一）地面观测技术

自动气象站：采集气温、降水等 6 项基本要素，部分拓展土壤温湿度等。按功能分三级：国家基准站（143 个，1 个 /500km² ，小时级观测）、基本站（623 个，1 个 /150km² ，小时级）、区域站（2.74 万个，1 个 /30km² ，5-10 分钟级）。区域站可捕捉局地强降水，如 2024 年韶关暴雨中为山洪预警提供关键数据。

多普勒天气雷达：S/C 波段微波探测，反演风场与降水强度，监测半径 250-400km，6-10 分钟更新。40 部S 波段部署于沿海等高发区，33 部 C 波段服务内陆，如台风“泰利”登陆前，湛江雷达监测眼壁区 55dBz 回波（对应特大暴雨）[1]。

（二）高空观测技术

探空气球：携带探空仪获取地面至 30km 高空数据，精度 ±0.1°C （温度）、 ±5% （湿度），120 个站点每日 08 时、20 时施放，极端天气加密。通过 K 指数（ ⩾35^∘C 提示强对流）辅助暴雨预报，如 2024年怀化暴雨前长沙探空站K 指数达 42% 。

气象飞机：“新舟 60”等 20 余架飞机搭载探测设备，深入极端天气内部。台风监测中可下投探空仪，如“摩羯”观测累计飞行12 小时，投探空仪36 枚，使登陆点误差缩至 20km 内，精度提升 40% 。

（三）遥感观测技术

气象卫星：“风云”系列含极轨卫星（FY-3， 250m-1km 分辨率，全球监测）与静止卫星（FY-4，500 分辨率，15 分钟更新，区域追踪）。高温监测中 FY-4 反演地表温度（精度 ±1^∘C ），2024 年长江流域识别 12 万平方公里 ⩾45^∘C 区域；资源三号卫星（2.1 米分辨率）辅助灾后评估，如甘肃暴雨后统计受灾面积。

无人机系统：多旋翼无人机搭载传感器，飞行 100-1000m ，续航2-4 小时，补盲复杂地形。2024 年四川甘孜山洪中，无人机监测峡谷1 小时降水 35mm ，触发红色预警。

（四）应急观测技术

移动观测车：集成自动站、小型雷达，2 小时内抵达现场，10 分钟级传输数据。2024 年甘肃暴雨中 3 辆车三角布局，为救援提供实时降水与路况。

便携式设备：手持风速仪、雨量筒等，适用于危险区域。暴雪时监测线路覆冰，高温时记录工地温度，支撑安全预警。

三、极端天气下技术应用逻辑

（一）暴雨洪涝

启动阶段：FY-4 卫星 15 分钟云图识别强对流云团（云顶亮温⩽-50^∘C ），极轨卫星分析水汽通道。

精细化阶段：雷达 6 分钟传输回波（ ⩾50dBz 为暴雨），区域站监测 1 小时降水 ⩾20mm 触发预警，探空气球 6 小时加密观测水汽通量（ 提示持续）。

应急阶段：无人机补盲山区，移动车监测城市内涝。2024 年重庆通过“卫星 + 雷达 + 无人机”协同，结合“天资·12h^′′ ”模型，预警提前90 分钟，6 小时预报准确率升 20% 。

（二）台风

路径监测：FY-3 卫星每日 2 次识别台风眼，FY-4 卫星 15 分钟追踪路径，结合海表温度（ ⩾26^∘C 供能），雷达辅助判速。

强度监测：飞机登陆前 24 小时下投探空仪（中心气压 ⩽950hPa 为强台风），探空气球6 小时加密，自动站验证近地面风速。

影响监测：移动车测风暴潮，无人机查堤坝，卫星灾后评估。2024 年“泰利”观测使登陆时间误差 1 小时、地点 20km ，转移提前48 小时 [2]。

（三）高温热浪

地面监测：基准站记录高温（连续 3 天 ⩾35°C 启动预警），城市站识别热岛（如上海市区较郊区高 4-6% ）。

遥感监测：FY-4 卫星 30 分钟反演地表温度，极轨卫星评估作物旱情（植被指数降 15% 以上为严重）。

应急监测：移动车测路面温度（ ⩾60^∘C 预警爆胎），记录仪放人员密集区。2024 年长江流域据此避免3 起停电，减农损 20 亿元。

（四）暴雪冻害

降雪监测：雷达 10 分钟传输降雪回波（弱于降雨 5-10dBz ），自动站称重式雨量计测降雪量 ⩾10mm 触发预警。

积雪覆冰监测：FY-4 卫星 15 分钟反演积雪深度（精度 ±2cm ），无人机查线路覆冰（如东北监测 8mm 覆冰）。

低温监测：自动站记录日最低温 ⩽-10^∘C （持续 3 天预警），移动车测路面 ⩽0% 提示结冰。2024 年湖北据此封闭 120 处路段，事故降 60% 。

结语：

气象综合观测技术已使极端天气预警提前 6-12 小时，灾损较2010-2020 年降 28% ，但数据、设备、盲区问题仍存。未来需向“智能化（分钟级预警）、精准化（ 1mm/h 降水精度）、协同化（全国 + 全球网络）”发展，依托 FuXi-DA 框架与高分辨率卫星，构建“零损耗数据 + 全区域覆盖”体系，助力防灾减灾与“人与自然和谐共生”。

参考文献：

[1] 郭志远 ， 妙丹书 . 分布式气象综合观测系统网络通信应用技术的研究 [J]. 信息记录材料 ，2024，25（11）：45-47.

[2] 李中华 . 综合气象观测保障关键技术研究和应用 . 湖北省 ， 湖北省气象信息与技术保障中心，2023-09-02.