书城自然科学学生气象知识丛书-气象与信息
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第7章 气象通信(1)

(第一节)气象电报

气象电报是专门用于气象目的内容为气象信息的电报。世界气象组织规定,各国气象资料以统一格式的气象电报(五位数为一组)进行发送和交换,各国气象部门必须严格遵守。

气象电报由起始行、简式报头、报文和电报结束信号(或称报尾)四部分组成。其中简式报头和报文两部分合在一起又称为气象公报。

起始行表示一份气象电报开始,由电报起始符、电报流水号和气象公报目录号等组成。

简式报头是一份气象公报的简单说明,由报类、地理代号、编辑中心代号、日期时间组和补充说明等组成。

报文是由同一报类的若干份气象报告组成。

电报结束信号表示一份气象电报的结束,由规定的符号组成。

气象电报的长度不得超过3800个字符,它只能包含一份气象公报,而一份气象公报只能由报类相同的若干份气象报告组成。主要气象报类有地面天气报告(SYNOP)、船舶天气报告(SHIP)、探空报告(TEMP)、测风报告(PILOT)、分析报告(LAC)、地面气候月报(CLIMAT)、天气警报(WARNING)等。

气象电码是为使气象电报便于传送而对气象电报所作的各种编报规定。根据不同的使用目的及所要编发的不同内容,气象电码又分为天气报告电码、探空报告电码、气候月报电码等等,而且制成电码表,便于使用。比如在“云及过去天气等电码符号表”中,用“9”表示雷暴天气,用“7”表示降雪天气,用“0”表示晴好天气。如果“9”错编为“0”,则会造成气象记录的重大错误。

气象电报所含各项的排列位置是有一定形式的。如果编报内容较多,常分成若干“电码段”。电码段是某一类气象要素(或项目)的一串电码组,如探空报告中的等压面资料段。电码组是构成气象电报的基本单元的数字或字母组,通常每组有五位数。

(第二节)莫尔斯通信

莫尔斯通信是美国人莫尔斯于1844年试验成功的。1832年秋天,在大西洋中航行的一艘邮船上,美国医生杰克逊给旅客们讲电磁铁原理,旅客中41岁的美国画家莫尔斯被深深地吸引住了。从这以后,他毅然改行投身于电学研究领域。

莫尔斯从在电线中流动的电流在电线突然截止时会迸出火花这一事实得到启发,“异想天开”地想,如果将电流截止片刻发出火花作为一种信号,电流接通而没有火花作为另一种信号,电流接通时间加长又作为一种信号,这三种信号组合起来,就可以代表全部的字母和数字,文字就可以通过电流在电线中传到远处了。

经过几年的琢磨,1837年,莫尔斯设计出了著名且简单的电码,称为莫尔斯电码,它是利用“点”、“划”和“间隔”(实际上就是时间长短不一的电脉冲信号)的不同组合来表示字母、数字、标点和符号。1837年莫尔斯制成了世界上第一台电磁式有线电报机。在华盛顿与巴尔的摩之间架设了一条64公里长的实验性电报线。

1844年5月24日,在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里,一批科学家和政府官员聚精会神地注视着莫尔斯,只见他亲手操纵着电报机,随着一连串的“点”、“划”信号的发出,远在64公里外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组成的世界上第一份电报。

电报机有人工和自动两种,还有有线发送和无线发送两种方式。

人工电报机是由人来按动电键,使电键接点开闭,形成“点”、“划”和“间隔”信号,经电路传输出去,收报端接到这种电信号后,便控制音响振荡器产生出“嘀”、“嗒”声,“嘀”声为“点”,“嗒”声为“划”,供收报员收听抄报。

在无线通信情况下,发报端除有发报电键外,还必须有发射机,以便将电键发出的电脉冲信号变换(即调制)成高频载波信号,才能发送出去。在接收端,除了耳机外,还必须有接收机,它将发射端发送的高频载波信号接收下来,再变换(即解调)成音频信号,供人工收听抄报。

自动电报机的发报端在发报时,事先将准备发送的报文用专用的凿孔机凿成发送凿孔纸带,然后用快机发送出去。在收报端,使用波纹收报机来收报,即在移动的纸带上自动记录莫尔斯电码波纹信号。电报的发明,为各地气象资料的迅速传递和集中提供了条件,使绘制当日天气图成为可能。

(第三节)气象电传通信

1921年,前苏联人特鲁塞维奇设计出了最早的机械式电传机。到了20世纪80年代,机械式电传机逐渐被电子式电传机所取代。机械式电传机由电动机、发报键盘、发报器、收报器、印字机、凿孔机和其他附属部件组成。

电子式电传机由电子分配器键盘、针式打印机、凿孔机、光电阅读器、线路接口板、中央控制板和稳压电源模块等部件组成,用一个中央处理器(CPU)控制全机。电传通信与莫尔斯通信是两种截然不同的通信方式,其主要区别是电传通信以有线电路为主,进行点对点通信传输。

电传通信的优点是自动打印,传输速度较快,准确率较高,比莫尔斯通信的速度提高3倍左右。电传通信是由机械将信号转换为字符,并直接打印在纸张上。使报务员从繁重的手抄劳动中摆脱出来。电传通信为高度分散的气象观测站的气象观测资料的收集和发送提供了一条新的通信途径。

我国的有线电传通信:20世纪50年代中期,我国首先建立了北京中央气象台与各大区气象台之间的气象干线电传电路取代手抄莫尔斯通信。1956年10月北京与沈阳间开通了我国第一条气象专用有线长途电传电路。1957~1958年间,陆续开通了北京分别到武汉、上海、兰州、太原等中心气象台的电传电路。以后又开通了北京到成都、西安、长沙、石家庄、济南、天津、呼和浩特、郑州、广州、乌鲁木齐以及拉萨的电传电路。

我国的无线电传通信:1970年1月1日,我国第一组气象无线移频电传广播正式投入业务,呼号为BAA,使用3部1千瓦、1部5千瓦发射机广播。到20世纪80年代初,我国各区域气象广播全部改为移频电传方式。

(第四节)气象传真通信

“传真通信”是一种真迹传送方式。传真通信是利用扫描技术,通过光电设备的作用,把固定的图像、文字等转换成串行的电信号,然后利用通信技术,把它们从一个地方按原样传送到另一个地方,并在那里以记录的形式复制出来的一种通信方式。传真通信大致可分为扫描、光电转换、信号传输、记录和同步同相处理等五个基本过程。这其中同步同相处理,对于确保图像质量,是非常重要的一个环节。为了保证传送的图像不走样,传真通信中的收、发两端的扫描速度必须相同,以保证收、发的每个像素的相对位置一致,这样的过程称为传真机的同步。此外,收、发两端图片的起始位置必须一致,即在发送端从开始扫描到边缘时,接收端也必须在相应的位置上,符合这种要求的称为传真机同相。实现同相的过程叫对相。对相过程一般是微调收片机的转速,使其相位与发片机相同后再转入正常的扫描速度。

随着我国气象事业的不断发展,用电报传递气象信息已不能满足预报业务的需要,必须采用先进的传真技术,将绘制好的天气图及照片通过信号进行传送,使各地气象台能收到预报使用的直观的天气图。气象传真按其通信传输信道可分为有线气象传真、无线气象传真和卫星气象传真。按信号类型可分为模拟气象传真和数字气象传真。