北斗探空在复杂地形区域气象观测的适应性研究

气象服务是关系到民生的大事，而气象观测则是气象服务的基础，复杂地形区域始终是气象观测的薄弱点，这与其地形起伏剧烈、气流运动紊乱等特点密切相关。但复杂地形区域大多是气象灾害问题的高发区，气象观测的及时性与精准性显得尤为重要，传统气象观测手段在实践中逐渐暴露出诸多弊端隐患。北斗探空技术将北斗卫星导航系统作为核心，能够实现对气象要素的实时采集与精准定位，高度可控，可开展全天候的高精度气象观测任务，成为突破复杂地形区域气象观测难点的新路径。

一、北斗探空技术原理及优势

（一）技术原理

北斗探空技术的核心是北斗卫星导航系统，主要由四部分构成，分别是探空气球、北斗定位模块、气象传感器以及数据传输模块。北斗探空技术的工作原理如下：通过发射携带设备与气象传感器的探空气球，实时采集探空气球从地面升空气流上升过程中周围大气层的气象数据；依托于对北斗卫星信号的接收，确定探空气球所处的三维位置，计算其运动速度，推演风速风向；最后，定位信息与气象要素通过数据传输单元发送至地面气象接收站，形成气象剖面数据图[1]。

（二）优势

北斗探空技术与传统探空技术相比较，有着诸多显著优势，主要体现在以下几个方面：1.自主可控。北斗探空技术的应用基于北斗卫星系统，是我国完全自主研发的技术，摆脱传统探空技术受国外导航系统的制约，高度自主，全程可控，能够从多维度保证气象观测数据的安全性，为连续观测提供助力。2.定位精度高。北斗系统在进行静态定位时，精度可达到米级，动态定位的精度能够达到分米级，具有较高的定位精度，能够为风速与风向的推演提供更为精准的参数基础。3.抗干扰性能优异。北斗卫星系统融合了诸多抗干扰技术，以此为基础研发的北斗探空技术同样具有较强的抗干扰性能，即便在复杂地形区域的电磁环境中，也能够保持稳定的数据传输效果。4.实时覆盖。北斗探空技术的应用能够实现对采集数据信息的实时回传，探空技术中的探空气球能够进入到偏远地区与复杂地形区域，拓展探空覆盖范围，弥补传统观测技术的区域空白。

二、北斗探空在复杂地形区域气象观测的适应性

（一）定位精度与观测难度的适应性

基于北斗导航系统的北斗探空技术，主要采用三频信号设计模式，更适用于低纬度复杂地形观测场景，表现出更加优越的信号抗遮挡性能[2]。实践研究结果表明，即便是在高原等复杂地形区域，北斗探空技术仍能够保持稳定的气象观测信号，成功获取区域内的气象参数信息。对北斗探空技术在复杂地形区域气象馆中的应用适应性展开静态试验，发现其与 GPS 模式的定位精度相当，完全能够满足气象观测业务的定位精度要求。在峡谷、深山等信号遮挡严重的复杂地形区域，北斗探空技术依托接收技术的组网设置，能够实现实时的数据采集，降低观测难度，保障气象观测连续性。

（二）通信能力与数据传输的适应性

北斗探空技术的应用能够实现在弱信号地区的高速通信功能，不再受传统探空技术对 GPS 系统过分依赖的制约，无需地面基站网络，仅依靠北斗系统就能实现双向通信目标，在极端环境及复杂地形区域也能保证通信能力与数据传输的稳定性。北斗短报文模块存在一定的传输限制，每分钟只能进行 1 帧、78 个字节的传输，但随着北斗探空技术的不断完善，实现对数据压缩算法的优化，能够突破传输限制，充分满足北斗探空在复杂地形区域气象观测各要素的实时传输需求。同时，北斗探空系统构建了地空物联网架构，能够显著提升气象观测结果的利用率与响应速度。

（三）设备可靠与复杂环境的适应性

复杂地形区域发生极端气候现象的概率较高，而北斗探空针对这一特征进行了专项设计，北斗探空仪的硬件能够达到极高的工业级防水标准，耐温差能力强，能抵御强风、高温威胁，在复杂地形区域气象观测中的应用具有较强的设备可靠性以及适应复杂环境的性能[3]。动态试验结果表明，北斗探空仪对平流层与流层顶交界位置的波动误差能够保持在 10 米内，高度适应大气层变化突发、剧烈的特征，并在探空气球双球嵌套技术的支持下，有效减少气象观测设备损耗，降低气象观测运维成本。

（四）覆盖范围与观测网络的适应性

北斗探空在复杂地形区域气象观测中应用的适应性，还体现在覆盖范围与观测网络层面上，依托对信息接收站点与组网的搭建，有效拓展复杂地形区域气象观测的覆盖范围，填补复杂地形区域气象监测空白。其中具有代表性的就是西藏自治区班戈国家基本气象观测站，显著提升西藏高原地区的探空密度，增强气象站对雷暴大风等极端气象条件的监测能力。目前，我国北斗探空气象观测站的密度不断增加，间距从 400公里缩短至200 公里，从根本上帮助我国气象局弥补传统雷达、GPS 气象观测受复杂地形区域信号遮挡造成的缺陷问题。在北斗探空技术的助力下，我国已经逐渐构建起覆盖全国范围的气象观测网络体系，实现高空探测数据的无缝式覆盖，进一步消除气象观测盲区，提高复杂地形区域气象观测结果的准确性与时效性。

三、结语

综上所述，北斗探空在复杂地形区域气象观测中的应用表现出良好的适应性特征，自主可控、定位精度高、抗干扰性能优异且能够实时覆盖，填补传统探空技术下复杂地形区域气象观测的空白。未来可进一步深入研究复杂地形区域的气象观测技术，建立常态化观测网络，为气象服务、防灾减灾提供强有力的技术支撑。

参考文献：

[1]郝文强.对比分析 L 波段测风雷达与北斗探空系统性能[J].内蒙古科技与经济,2025(10):134-136,148.

[2]施闯,周凌昊,范磊,等.利用北斗/GNSS 观测数据分析“21•7”河南极端暴雨过程[J].地球物理学报,2022,65(1):186-196.

[3]曹晓钟,夏元彩,罗皓文,等.气象探空观测的技术发展与未来展望[J].气象科技进展,2022,12(5):27-36.