北斗探空
“升级记”
高空气象观测数据，是天气预报业务的重要基础性支撑，其大气温度、湿度、风资料是数值天气预报原始初始场的真值，是监测不同高度层结大气特征的直接观测数据。
每日两次定点施放探空气球，是我国气象工作者获取高空气象观测数据的主要方式，日复一日为数值模式、天气预报输送着连续可靠的观测资料。随着天气预报业务发展，夏季午后强对流天气监测预警服务对探测时次提出更多需求，时空分辨率也需提高来满足预报和服务的要求。
自2017年起，中国气象局牵头开启了一场针对探空技术的“攻坚战”——自主研发北斗探空系统。从硬件到算法逐一突破，经过多年技术攻关和反复试验，突破了多项关键技术，实现了低成本加密探空目标，不仅为精准预报、智慧服务提供坚实数据基础，也推动了气象装备国产化进程和气象科技能力现代化建设，为探空技术转型升级提供了“中国方案”。
2010年
北斗探空仪参加世界气象组织（WMO）广东阳江国际探空比对。中国气象局气象探测中心启动北斗探空系统研发工作。
2015年
北斗探空仪基本定型，开始试验平漂功能。
2017—2019年
基于北斗导航卫星定位系统的北斗探空仪定型，并在长江中下游区域进行北斗探空先导观测试验。中国气象局气象探测中心研制具备“上升—平漂—下降”三段式观测能力的探空系统。
2019—2021年
中国气象局气象探测中心联合国家气象中心、中国气象局地球系统数值预报中心，以及湖北、湖南、江西、安徽省气象局等单位，开展长江中下游智能探空与预报交互观测试验，深度推进资料应用。
2022—2023年
广东气象部门开展阶段性业务化试点、资料应用。中国气象局气象探测中心、国家气象信息中心、国家气象中心和中国气象局地球系统数值预报中心建立数据采集、传输、应用的全业务流程。
2024—2025年
启动业务站平行比对及新建北斗探空站业务试运行工作。
云+端
传输效能与安全双升级基于互联网，气象部门建立了集约规范的北斗探空数据传输及服务流程，打造安全高效的新一代信息传输“云+端”业务模式。此前，L波段探空数据遵循着“探空站—省级—国家级”的传输流程。为支撑北斗探空三段式观测，全新的“云+端”模式应运而生，其传输流程调整为“探空站—国家级—省级”。
在全新的数据传输流程中，各环节紧密衔接、高效运转：原始观测数据从观测站直传入云，在国家级气象大数据云平台“天擎”提供服务并向省级气象部门共享。此外，在台风等高影响天气期间，数据用户可主动通过协同观测系统生成控制指令，直传北斗探空站远程控制北斗探空仪开展目标观测。
调整升级的数据业务模式，不仅显著提升了数据传输效率，更在全国范围的平行比对及广东地区的业务化运行实践中得到了充分验证，数据传输从 L波段探空文件分钟级传输升级为北斗探空消息秒级传输，传输完整率达100%，数据服务及时率达99.8%，为新一代北斗探空系统的稳定运行提供了保障。
平行比对
全方位验证北斗探空系统优势截至2025年8月，我国完成了为期1年、覆盖全国120个探空站的北斗探空与传统 L波段探空的专项平行比对工作，全面检验北斗探空系统的实际性能。在平行比对期间，北斗探空系统稳定运行率达99.96%，观测数据报文生成、推送的及时率均超过99%，在数据精度和传输时效等方面均表现出优于 L波段探空的性能。
在数据精度方面，测风误差从1米/秒缩小至0.3米/秒，高度误差从100米降至16米；湿度测量方面，北斗探空略优于 L波段探空；温度测量方面，北斗探空与 L波段探空水平基本相当。整体观测数据正确率达99.69%，且切换北斗探空后，可“无缝衔接”保证高空气象观测数据的连贯性和一致性。
数据传输方面，北斗探空实现了从“分钟级”到“秒级”的提升，数据完整率达到100%。在数据入库效率上，北斗探空的50报、10报、00报（分别对应不同观测要素、不同格式的气象数据报告，是后续天气预报的核心基础数据）入库时间，相比 L波段分别缩短约1.2分钟、6.6分钟、1.8分钟。
平行比对充分验证了北斗探空系统的可靠性与优越性。基于其更精密的观测数据、更高效的传输能力，我国已将探空站的平均间距从300余公里缩短至250公里，监测网络密度显著提升，将有助于实现对台风、暴雨等灾害性天气的更广范围监测、更精准捕捉和更及时响应。
北斗专项培训
简化操作为基层减负在中国气象局气象探测中心支持下，中国气象局气象干部培训学院牵头组建专项专班，针对全国131个北斗探空站开展全覆盖培训，为基层台站注入技术动能，推动北斗业务流程革新。
培训创新采用“理论直播+实操面授+台站跟班”模式，打造“1场1室1机房1基地”实训场景，模拟充灌球等业务全流程，落实“一日一训、一日一考”制度，累计学习时长超2.4万小时，结业理论通过率达100%。目前，培训延伸至预报、服务领域，在省级预报员轮训中加入北斗资料应用课程，实现人员业务素养提升“无死角”。
系统培训为基层带来业务变革，更切实减轻了工作负担。此前，少数基层台站每年穿越2400公里疆域、横跨3个时区开展巡检，基层气象工作者逐一对水平度、仰角等参数校准，时刻紧盯雷达跟踪状态，以防低仰角丢球等情况。经培训掌握北斗探空系统后，操作大幅简化——北斗探空仪及多通道接收机极大地简化了维修保障流程，干电池供电省去浸泡电池充电环节，多站接收替代单站跟踪，智能化值班简化基础作业流程。
虽然流程简化，但气象工作者的初心未变：培训时反复练气球配平，力求每一步精准；风雪天守在设备旁，确保数据采集不中断……他们用行动诠释着责任与担当。
数据应用
数据驱动释放观测效益北斗探空数据应用效果如何？
在今年汛期，北斗探空数据多次为精准判别天气类型、强度及发生时段提供了支撑，有效增强预警针对性。
7月2日至4日，四川广元出现明显降水天气过程。基于北斗探空数据计算的温度对数压力（T-lnP）图，可分析关键强对流参数，辅助精细化判定本次强对流天气的类型及强度。同时，北斗探空的T-lnP图解析了本地水汽条件的转变、不稳定能量积蓄与释放，提升了预报员对暴雨发生时段、量级及降水效率的定量预估能力。
7月1日至3日，云南临沧大部地区出现大到暴雨，局部大暴雨。1日20时，市气象台分析北斗探空资料后发现：临沧北斗探空站对流有效位能显著升高，预示强对流潜势大，热力、动力条件有利于雷暴大风发展。基于北斗探空关键参数信息，市气象台于1日22时发布雷电黄色预警，并于2日3时30分依据形势发展升级发布暴雨四级预警信号。3日8时，北斗探空曲线显示，整层大气接近饱和、CAPE值（衡量大气对流不稳定程度的指标）显著衰减，据此研判后续降水将以稳定性阵雨为主，为降级解除预警提供了依据。
目前，北斗探空资料在我国天气预报、气候变化分析、数值天气预报和卫星检验观测产品等业务领域得到应用。同化北斗探空相比同化 L波段探空资料的台风路径预报误差缩小，对中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA—MESO）降水预报技巧提高超2%，同化贡献率达7%；减少中国气象局全球同化预报系统（CMA—GFS）的0至5天预报误差；强对流三维潜势诊断模块接入国家级灾害预警平台，支撑杭州亚运会、哈尔滨亚冬会等活动服务保障；风云气象卫星产品检验平台接入9个北斗探空站数据后，温度监测差异低至0.01℃至0.1℃。
2024年伊始，北斗探空系统在广东河源、清远、汕头、阳江率先转入正式业务运行。作为北斗探空系统组网观测示范业务化试点省，广东省气象局联合中国气象局气象探测中心，建设北斗导航探空观测网，开展“云+端”数据传输链路改造，围绕观测、预报、服务全业务流程开展试点工作，为区域预报预警、防灾减灾及气候研究提供观测支撑。
7月9日，在广东省河源市东源县万绿湖，11198架无人机同时升空编队，点亮南粤夜空，一项吉尼斯世界纪录就此诞生。
而在活动前夕，受今年第4号台风“丹娜丝”残余环流影响，天气形势极为复杂。气象部门充分利用河源北斗探空站、风廓线雷达和激光测风雷达提供的100米至400米高空风场实时数据，精准预测了风雨间歇时段。主办方据此提前部署，确保活动全程未受降水干扰。
河源地处亚热带季风气候区，降水充沛但时空分布不均，地形兼具山地丘陵与平原河谷，不同地形对大气环流和气象要素的分布有着显著影响。这是首批北斗探空系统之一，复杂的气候环境和地形提供了多样的观测场景，能全面检验系统在不同天气状况下的性能。
“台站值班人员不用再担心因大风天气、气球过顶等各种因素造成记录缺测或重放球，施放流程大幅优化。”河源国家高空气象观测站工程师谢近年表示，“在业务中积累的丰富经验，已多次在全国技术培训中分享推广。”
广东省气象局率先构建“云+端”北斗探空地空物联网模式，研发北斗探空省级中心站平台和全流程数据应用服务。通过定点投放实现对重点区域的目标观测，自2024年起，广东省气象局已将北斗探空观测资料在数值模式、台风预报、卫星检验等领域实现常态化应用。
广东省第十二届大学生运动会于今年5月5日至6月5日在广州举行。北斗探空系统所获取的高空气象资料，为赛事期间的预报、保障服务提供了数据支持，助力精准预测天气变化。
2024年，在台风“派比安”向中国靠近时，北斗探空数据为数值模式模拟和预报修正提供了关键依据。省气象局48小时台风路径预报结果显示，预报误差由94公里缩小至38公里。
自2024年9月完成建设并投入试运行以来，班戈北斗探空站运行较稳定，多次观测高原关键天气过程，填补了羌塘高原高空气象观测资料的空白，使气象观测站网布局更为完整立体，为精准把握我国天气系统上游的大气特征，更好开展防灾减灾、保障生态文明建设提供了科学的数据支撑。
2024年9月10日7时15分，海拔4706米的西藏自治区班戈国家基本气象观测站成功施放首个探空气球，标志着世界海拔最高的北斗探空高空气象观测站（以下简称“北斗探空站”）正式建成并启用。
班戈县气象局局长白玛多吉介绍，尽管当地自然环境极为严酷——昼夜温差大、高寒低氧、空气稀薄，北斗探空系统仍展现出极高的可靠性和稳定性，北斗探空气球施放成功率和数据完整率均达到业务运行标准。
羌塘高原是青藏高原的重要组成部分，是全球高寒生态系统保存最完好的区域之一，也是低涡和切变线等系统的重要生成地，这些系统东移后常引发我国东部地区强降水和极端天气。班戈北斗探空站的建成，填补了羌塘高原高空气象观测资料的空白，并多次成功捕捉到低涡系统过境时完整的大气垂直结构，清晰揭示出低涡系统的气旋式环流特征，并准确测量出低涡中心附近的风速垂直切变。同时，获取了低涡内部及周边地区精确的温度和湿度垂直结构数据，反映了大气不稳定能量的积累和释放过程，为预报高原雷暴和东移后的强对流天气提供了关键资料。
这些观测数据，增强了对高原雷暴大风、强降水等中小尺度天气系统的跟踪监测能力，对高原湖泊群的降水增强效应等研究具有重要意义。同时，建立长期、连续、高分辨率北斗探空观测业务，形成监测高原气候变化的基准数据集，为青藏高原生态文明建设、气候变化研究、防灾减灾及地方经济社会发展提供数据支撑。
与此同时，也为基层台站简化了操作——无需拷贝校对北斗探空仪检定参数，减少设备维护工作量，除少量数据录入外，无需在本地生成、上传和发送报文。
正如坚守在高原的基层气象工作者所言：“北斗探空业务带来的改变是具体而深刻的——我们的工作更高效了，数据更可靠了，服务也更有底气了。”
这座立于世界之巅的北斗探空站，不仅是地理意义上的高点，更是中国气象科技自主创新、勇攀高峰的象征。
2025年6月，内蒙古自治区锡林浩特高空观测站成为全球第15个、亚洲第3个全球气候观测系统高空基准观测认证站点。该站点2023年3月启动北斗探空与 L波段探空平行比对后，2025年1月切换北斗探空系统，在技术能力、观测效率和数据质量上均有显著提升。
锡林浩特高空观测站是亚洲中北部唯一代表中温带半干旱大陆性季风草原气候的全球气候观测系统高空基准观测网（简称“GRUAN”）认证站。该站于2008年入选 GRUAN计划，2023年3月启动观测试验，2024年8月实现数据流全球共享，2025年6月正式获认证，成为继新加坡站、日本筑波站后亚洲的第3个认证站点。
锡林浩特高空观测站于今年1月1日正式启动北斗探空业务，获取当地长期、连续、稳定的垂直大气数据。
“无论是从技术方法、设备仪器还是数据传输、探测精度等方面，北斗探空系统都实现了质的改变。北斗探空系统使‘操作型’的工作模式转向‘质控+应用型’，气象服务也延伸至‘跨领域精细服务’。”锡林郭勒盟气象局副高级工程师李艳介绍，北斗探空的技术优势尤为突出——所应用的北斗探空仪可实现单点亚米级精度定位，同时系统设备体积小、重量轻、维护方便。
随着北斗探空系统在内蒙古全面升级换代，不仅通过2000余次天地一体化试验为卫星遥感数据检验提供关键支撑，还改变了以往 L波段天气雷达依赖人工巡检保障的工作模式，为内蒙古地区防灾减灾、数值预报提供更精准数据，推动气象装备保障与区域协同发展迈上新台阶。
在横跨东五至东七三个时区、东西距离超2400公里的内蒙古，北斗探空系统正重塑高空气象观测业务的格局。此前，12部 L波段天气雷达已运行超过15年，终年遭受风沙、严寒、极端温差影响。为确保 L波段探空系统的稳定运行，内蒙古气象部门每年开展两次巡检标定，以专门检测 L波段二次测风雷达各分系统的性能与运行状况。其中，对于雷达方位角零度的检测尤为艰辛，需在深夜借助北极星进行校准。
改变，得益于北斗探空系统的全面部署与应用。自治区气象数据中心相关负责人包伟智表示，北斗探空系统的切换，改善了装备保障效率与可靠性，数据传输效率、监测精度均显著提升。
此外，通过2000余次天地一体化试验，凭借高精度北斗探空三段式观测获取的地面至平流层温湿度廓线及临近空间30公里的水平温度的数据资料，为卫星遥感产品真实性检验提供直接观测依据。通过与卫星温湿度遥感数据的对比分析，能有效识别并修正反演带来的系统性偏差，优化反演模型，让卫星遥感产品质量与精度显著提升。
随着这次切换，如今，草原上的科技力量，正成为守护区域安全、推动气象行业发展的重要支撑。
北斗探空系统“精、密、快、新”的技术特征，推动气象服务保障从“看得见的雷达跟踪”跃升到“厘米级导航、秒级传输、分钟级预报”。广西气象部门建立了完善的业务管理制度，不断加强数据预警与溯源整改，推进“观测数据预警”机制建设，通过严格的数据审核与质量评估，优化操作流程与要点把控，实现了“精密监测全覆盖、精准预报提前量、精细服务零等待、应急备份全天候”。
9月17日，第四届中国—东盟气象合作论坛在广西壮族自治区南宁市开幕。在南宁国家综合气象观测专项试验外场，中国气象局气象探测中心联合南宁市气象局向来自东盟各国的气象水文部门专家学者，展示北斗探空系统，介绍其在台风等高影响天气开展目标观测与数值同化应用的示范项目。
广西地处华南沿海，强对流等灾害性天气频发，季节性强、局地致灾风险高。为精细化保障服务第22届中国—东盟博览会（简称“东博会”）顺利、安全、精彩举办，自治区气象台充分运用北斗探空系统的观测产品，制作相关服务材料，提供基础数据支撑。
“北斗探空系统具备每秒高频次数据传输能力，能获取更精准的大气垂直廓线，捕捉到中小尺度天气系统细微变化，提升预报员对灾害性天气出现时间、发生发展强度的判断能力。”参与该系统技术研发与业务建设的百色市气象局正高级工程师韦丽英说。
区别于传统探空观测模式，北斗探空系统可开展“上升—平漂—下降”三段式探空观测。南宁国家高空气象观测站于今年第1号台风“蝴蝶”影响期间，在6月12日8时至14日20时开展三段式观测共6次。其中，下降段观测在时间维度上弥补了14时、2时的加密探空，极大地补充了台风监测的精细化资料。
《中国气象报》2025年10月21日2—3版
