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[摘要]：20世纪大气科学取得迅速的发展，其原因之一是重视观测系统的建设和新探测技术的应用。大气探测是大气科学的重要研究领域之一，本文在理清大气探测技术的基本发展历程的基础上，分析论述当前大气探测技术的现状，并对大气探测技术的未来发展趋势进行了展望。
[关键词]：大气探测 气象卫星 雷达探测 大气观测
中图分类号：O434.12 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）32- 0096 -01
一、大气探测技术的发展历程概述
20世纪大气科学取得迅速的发展，其原因之一是重视观测系统的建设和新探测技术的应用。目前，国际几个大型研究计划，如气候变化与可预报性研究计划（CLIVAR）、全球能量和水分循环研究计划（GEWEX）、世界天气研究计划（WWRP）都把观测系统建设放在首位；并且积极发展新的大气探测技术，如空基遥感探测技术，GPS技术等。近年来，大气探测技术取得了显著的发展，其主要特点是：探测能力显著增强，观测自动化水平迅速提高，重视观测方法、观测网的设计，讲究观测工具的配合，直接观测、遥测和遥感3种观测技术并存，各取所长。
大气探测技术的发展大致经历以下四个阶段。一是初始阶段（17世纪中叶至本世纪初）。受当时科学技术水平的限制，这个阶段长达270多年，气象观测技术发展非常缓慢，但观测内容已逐步扩及目前地面观测中的大多数项目。当时所用的观测仪器，则大都是机械式的，全靠手工操作。二是发展阶段（1915一1944年）主要进展是在大气探测中开始应用无线电技术，使得无线电探空得以实现。三是成形阶段（1945一1959年），主要进展是发展了火箭探测技术。四是成熟阶段（]960一）。这个阶段以气象卫星的使用为标志。1960乍4月美国发射了世界土第一颗气象卫星泰罗斯一号，由此，大气探测进入一个新阶段。气象卫星突破了探字仪或探测火箭只能观测某一局部空间、某个孤立时刻大气状况的限制，而能观测大范围天气的连续变化。这是大气探测技术的一个亘大变革，是第三次重大突破。
二、当前大气探测技术的基本现状
近年来，西方发达国家投入巨资研制发射21世纪新一代气象卫星，布设新一代气象雷达、风廓线仪、GPS定位系统等，建设21世纪的综合气象观测网。我国也批准数十亿的气象卫星基金和十亿的气象雷达建设经费等组建我国21世纪的综合探测系统。综合探测系统总体设计首先是空基系统和地基系统互补。未来的综合系统将朝着以空基为主的方向发展，地基探测将作为基本网和校准空基探测的基准。我国近年来在强对流和降水探测技术、雷电和大气电学探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境探测平台等方面取得了极大的进展。当前大气探测的基本情况如下。
一是气象卫星。自从1960年4月1日美国发射第一颗气象卫星TIROS-1以来，20世纪60年代初至1978年前后为气象卫星试验阶段，1978年至20世纪90年代中期建立了由5颗静止气象卫星和2颗极轨气象卫星组成的全球观测网；从20世纪90年代中期到2000年前后气象卫星进入比较成熟的应用阶段。20多年来气象卫星在观测技术、业务化和应用等方面取得了长足的进展。气象卫星已成为制作全球天气预报必不可少的大气遥感的关键技术。
二是气象雷达。气象雷达技術的发展大体分三个阶段，第一阶段20世纪40年代末到60年代、第二阶段20世纪70年代到20世纪80年代、第三阶段从20世纪90年代开始。近20年来多普勒气象雷达在大气遥感探测和研究中得到广泛应用，如探测降水云内和晴空大气中水平风场和垂直风场，降水滴谱和大气湍流等。多普勒气象雷达还为龙卷风的探测和短时预报提供了有效的工具。在完成多部雷达联合组网实时定量探测的基础上，可利用雷达测雨的观测资料结合卫星观测，进行更大范围的降水预报。
三是风廓线仪。风廓线仪的应用是对传统气球测风方法的一次革命。与有球测风相比，风廓线仪除了具有可连续探测优点外，还具有高精度和运行可靠性。它融合了现代技术，操作维护方便，垂直分辨率高，风速测量误差与有球测风相当，其适用范围是有球测风无法比拟的（-40℃～ +50℃、相对湿度0～100%、地面225.3km·h-1、降水率在7.6mm·h-1或积雪1·22m）。风廓线仪在气象科学研究中的应用有：测定水平风廓线。尤其是用于研究中尺度天气现象；垂直风速测定，这对研究小尺度天气、强对流风暴等具有重要价值；此外，还可以探测湍流、大气稳定度、中尺度大气等。风廓线仪主要功能是获取高空风和低空急流活动特征，能够提供高时空密度的气象信息。
四是GPS，全球定位系统（Global Positioning System——GPS）是美国20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元完成的。GPS的出现为高空气象探测的发展带来了新契机。GPS为气象高空探测展示出新途径。包括对流层低层的水汽；在数值模式中直接同化应用偏转角或折射率资料；对流层的高分辨率温度廓线；高层等压面的位势高度计算；电离层电子密度剖面；野外试验；可探测、预报闪电等。
三、未来大气探测技术的发展趋势展望
笔者认为大气探测技术总的发展趋势是向综合探测方向发展。如地基与空基，遥测遥感与大气观测，常规与非常规观测。向系统性方向发展。研制和开发新型设备，从而集信息的获取、预处理及传输为一体化。向遥测遥感自动化方向发展。自动化遥测遥感设备将逐步取代器测和部分目测项目。向高精度方向发展。探测的精度主要是指时空上高分辨率，探测数据高准确性。探测仪器向多功能、小型化方向发展。
具体来说，其一，遥感发展趋势。未来GPS气象学应用（GPS-MET）、风廓线仪、RASS等遥感探测将是未来高空探测业务的重要组成部分。并逐步实现多种技术相结合。GPS技术很可能在气象上的几个方面得到迅速应用：GPS在探空测风遥测体系中的应用；GPS在反演大气水汽总量（GPS/ 1 PW）的应用，并向地基GPS组网发展，LEO空基GPS技术；GPS与其他测量手段相结合以获取更多气象信息。其二，遥测发展趋势，探空仪向数字式、智能化方向发展；测风系统及探空数据处理设备向小型化、自动化方向发展，微型无人驾驶飞机探测的业务试用；研制下投式探空仪。 其三，特种探测发展趋势，建立沙尘暴监测网：完善大气本底基准站和增建区域本底站，边界层探测站，完善臭氧监测和干湿沉降监测网，提高大气化学监测的代表性与准确性，加强城市环境气象监测。开展雷电探测与防护技术研究。其四，雷达探测发展趋势。研制、开发双偏振雷达：提高对强降水时的估测精度和降水云体中固态、液态含水量的估测精度，判别降水中的雹粒、苟块，提高对降水相态的监测。研制激光气象雷达：提高对多种降水的估测精度及其相态监测和用于大气气溶胶的测量及大气污染、温湿度、能见度监测。其五，卫星监测的发展趋势，研制、开发先进的传感技术与应用；与其他探测资料结合，开展资料同化和数值模拟应用。
参考文献：
[1]，胡玉峰，未来10年我国大气探测技术的发展趋势[A]，新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“地球气候和环境系统的探测与研究”分会论文集，2003；
[2] 苑跃，近年来国际大气探测技术发展概要[J]，四川气象，1997（03）；
[3] 娄桂杰、张玉霞、付文兵，对作好大气探测业务管理工作的思考[J]，科技创新导报，2009（20）；
[4] 郄秀书、吕达仁、陈洪滨、王普才，大气探测高技术及应用研究进展[J]，大气科学，2008（04） ；
[关键词]：大气探测 气象卫星 雷达探测 大气观测
中图分类号：O434.12 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）32- 0096 -01
一、大气探测技术的发展历程概述
20世纪大气科学取得迅速的发展，其原因之一是重视观测系统的建设和新探测技术的应用。目前，国际几个大型研究计划，如气候变化与可预报性研究计划（CLIVAR）、全球能量和水分循环研究计划（GEWEX）、世界天气研究计划（WWRP）都把观测系统建设放在首位；并且积极发展新的大气探测技术，如空基遥感探测技术，GPS技术等。近年来，大气探测技术取得了显著的发展，其主要特点是：探测能力显著增强，观测自动化水平迅速提高，重视观测方法、观测网的设计，讲究观测工具的配合，直接观测、遥测和遥感3种观测技术并存，各取所长。
大气探测技术的发展大致经历以下四个阶段。一是初始阶段（17世纪中叶至本世纪初）。受当时科学技术水平的限制，这个阶段长达270多年，气象观测技术发展非常缓慢，但观测内容已逐步扩及目前地面观测中的大多数项目。当时所用的观测仪器，则大都是机械式的，全靠手工操作。二是发展阶段（1915一1944年）主要进展是在大气探测中开始应用无线电技术，使得无线电探空得以实现。三是成形阶段（1945一1959年），主要进展是发展了火箭探测技术。四是成熟阶段（]960一）。这个阶段以气象卫星的使用为标志。1960乍4月美国发射了世界土第一颗气象卫星泰罗斯一号，由此，大气探测进入一个新阶段。气象卫星突破了探字仪或探测火箭只能观测某一局部空间、某个孤立时刻大气状况的限制，而能观测大范围天气的连续变化。这是大气探测技术的一个亘大变革，是第三次重大突破。
二、当前大气探测技术的基本现状
近年来，西方发达国家投入巨资研制发射21世纪新一代气象卫星，布设新一代气象雷达、风廓线仪、GPS定位系统等，建设21世纪的综合气象观测网。我国也批准数十亿的气象卫星基金和十亿的气象雷达建设经费等组建我国21世纪的综合探测系统。综合探测系统总体设计首先是空基系统和地基系统互补。未来的综合系统将朝着以空基为主的方向发展，地基探测将作为基本网和校准空基探测的基准。我国近年来在强对流和降水探测技术、雷电和大气电学探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境探测平台等方面取得了极大的进展。当前大气探测的基本情况如下。
一是气象卫星。自从1960年4月1日美国发射第一颗气象卫星TIROS-1以来，20世纪60年代初至1978年前后为气象卫星试验阶段，1978年至20世纪90年代中期建立了由5颗静止气象卫星和2颗极轨气象卫星组成的全球观测网；从20世纪90年代中期到2000年前后气象卫星进入比较成熟的应用阶段。20多年来气象卫星在观测技术、业务化和应用等方面取得了长足的进展。气象卫星已成为制作全球天气预报必不可少的大气遥感的关键技术。
二是气象雷达。气象雷达技術的发展大体分三个阶段，第一阶段20世纪40年代末到60年代、第二阶段20世纪70年代到20世纪80年代、第三阶段从20世纪90年代开始。近20年来多普勒气象雷达在大气遥感探测和研究中得到广泛应用，如探测降水云内和晴空大气中水平风场和垂直风场，降水滴谱和大气湍流等。多普勒气象雷达还为龙卷风的探测和短时预报提供了有效的工具。在完成多部雷达联合组网实时定量探测的基础上，可利用雷达测雨的观测资料结合卫星观测，进行更大范围的降水预报。
三是风廓线仪。风廓线仪的应用是对传统气球测风方法的一次革命。与有球测风相比，风廓线仪除了具有可连续探测优点外，还具有高精度和运行可靠性。它融合了现代技术，操作维护方便，垂直分辨率高，风速测量误差与有球测风相当，其适用范围是有球测风无法比拟的（-40℃～ +50℃、相对湿度0～100%、地面225.3km·h-1、降水率在7.6mm·h-1或积雪1·22m）。风廓线仪在气象科学研究中的应用有：测定水平风廓线。尤其是用于研究中尺度天气现象；垂直风速测定，这对研究小尺度天气、强对流风暴等具有重要价值；此外，还可以探测湍流、大气稳定度、中尺度大气等。风廓线仪主要功能是获取高空风和低空急流活动特征，能够提供高时空密度的气象信息。
四是GPS，全球定位系统（Global Positioning System——GPS）是美国20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元完成的。GPS的出现为高空气象探测的发展带来了新契机。GPS为气象高空探测展示出新途径。包括对流层低层的水汽；在数值模式中直接同化应用偏转角或折射率资料；对流层的高分辨率温度廓线；高层等压面的位势高度计算；电离层电子密度剖面；野外试验；可探测、预报闪电等。
三、未来大气探测技术的发展趋势展望
笔者认为大气探测技术总的发展趋势是向综合探测方向发展。如地基与空基，遥测遥感与大气观测，常规与非常规观测。向系统性方向发展。研制和开发新型设备，从而集信息的获取、预处理及传输为一体化。向遥测遥感自动化方向发展。自动化遥测遥感设备将逐步取代器测和部分目测项目。向高精度方向发展。探测的精度主要是指时空上高分辨率，探测数据高准确性。探测仪器向多功能、小型化方向发展。
具体来说，其一，遥感发展趋势。未来GPS气象学应用（GPS-MET）、风廓线仪、RASS等遥感探测将是未来高空探测业务的重要组成部分。并逐步实现多种技术相结合。GPS技术很可能在气象上的几个方面得到迅速应用：GPS在探空测风遥测体系中的应用；GPS在反演大气水汽总量（GPS/ 1 PW）的应用，并向地基GPS组网发展，LEO空基GPS技术；GPS与其他测量手段相结合以获取更多气象信息。其二，遥测发展趋势，探空仪向数字式、智能化方向发展；测风系统及探空数据处理设备向小型化、自动化方向发展，微型无人驾驶飞机探测的业务试用；研制下投式探空仪。 其三，特种探测发展趋势，建立沙尘暴监测网：完善大气本底基准站和增建区域本底站，边界层探测站，完善臭氧监测和干湿沉降监测网，提高大气化学监测的代表性与准确性，加强城市环境气象监测。开展雷电探测与防护技术研究。其四，雷达探测发展趋势。研制、开发双偏振雷达：提高对强降水时的估测精度和降水云体中固态、液态含水量的估测精度，判别降水中的雹粒、苟块，提高对降水相态的监测。研制激光气象雷达：提高对多种降水的估测精度及其相态监测和用于大气气溶胶的测量及大气污染、温湿度、能见度监测。其五，卫星监测的发展趋势，研制、开发先进的传感技术与应用；与其他探测资料结合，开展资料同化和数值模拟应用。
参考文献：
[1]，胡玉峰，未来10年我国大气探测技术的发展趋势[A]，新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“地球气候和环境系统的探测与研究”分会论文集，2003；
[2] 苑跃，近年来国际大气探测技术发展概要[J]，四川气象，1997（03）；
[3] 娄桂杰、张玉霞、付文兵，对作好大气探测业务管理工作的思考[J]，科技创新导报，2009（20）；
[4] 郄秀书、吕达仁、陈洪滨、王普才，大气探测高技术及应用研究进展[J]，大气科学，2008（04） ；