整合氣象科技：支援精準火砲射擊的先進系統

重點摘要

全面的氣象數據：先進砲兵氣象系統整合了氣球探空、地面遙測和數值預報等數據源，提供更準確和即時的戰場氣象資訊。
提升射擊精度：精確的氣象數據對於計算彈道至關重要，能有效抵消風、溫度、濕度和壓力等因素對彈丸飛行的影響，顯著提高火砲射擊的精準度。
系統整合與自動化：現代砲兵氣象系統，如IMETS和BMETS，強調數據的自動處理、分析和與火砲控制系統（如AFATDS）的無縫整合，加速決策過程並支援快速反應。

在現代軍事行動中，精確的火砲射擊對於任務的成功至關重要。而氣象條件對火砲彈道的影響是不可忽視的因素。風、溫度、濕度、氣壓等大氣參數都會改變彈丸的飛行軌跡，導致射擊偏差。因此，發展先進的砲兵氣象系統，能夠精確獲取、分析和應用氣象數據，成為提升火砲射擊精準度的關鍵。

先進的砲兵氣象系統通過整合多種先進科技，包括氣球探空、地面遙測儀器和數值預報模式，以克服傳統氣象觀測方法的局限性，提供更全面、精確和即時的氣象資訊，有效支援火砲控制任務。

氣球探空技術：獲取高空數據的關鍵

原理與應用

氣球探空是獲取高空大氣數據的傳統且有效的方法。通過釋放攜帶探空儀（Radiosonde）的氣球，可以測量從地面到平流層不同高度的溫度、濕度、氣壓和風向風速等參數。探空儀將這些數據通過無線電傳輸回地面接收站進行處理和分析。

對於火砲射擊而言，高空風是影響彈道的重要因素。不同高度的風速和風向變化會導致彈丸在飛行過程中發生偏移。氣球探空提供的高空風廓線數據，能夠幫助彈道計算系統更精確地預測彈丸的飛行軌跡，從而修正射擊參數。

美國國家氣象局（NWS）自1930年代開始就使用氣球探空來進行日常氣象觀測，每天在多個地點同時釋放氣球，以獲取標準化的高空數據。軍事上，氣球探空也被用於獲取戰場區域的精確高空氣象資訊，特別是在缺乏其他高空觀測手段的地區。

近年來，高空氣球平台也發展出搭載遙測傳感器的能力，用於遠程監測、偵察和通信。這些平台可以在平流層長時間停留，提供持續的氣象和情報數據，雖然這類高空偵察氣球與傳統的氣象探空氣球有所區別，但都顯示了氣球平台在高空數據獲取方面的潛力。

Air defense captain shares lofty ambitions

圖：美國陸軍使用高空氣球進行測試。

挑戰與改進

儘管氣球探空提供了寶貴的高空數據，但也存在一些挑戰。傳統的氣球探空數據是離散的，無法提供連續的、即時的氣象變化資訊。氣球的飛行路徑受風影響，可能無法精確地覆蓋目標區域。此外，氣球的回收和重複使用也存在一定的困難。

為了克服這些限制，研究人員正在探索改進氣球探空技術的方法，例如通過控制氣球的上升和下降速度，以獲得更精確的垂直廓線數據。此外，結合其他遙測技術，可以彌補氣球探空的不足。

地面遙測儀器：獲取即時氣象數據的補充

種類與功能

地面遙測儀器可以在地面上獲取大氣的垂直廓線數據和區域氣象資訊，作為氣球探空的補充。這些儀器包括：

氣象雷達：用於探測降水、雲層結構和風場等資訊。多普勒雷達可以測量大氣中的風速和風向。
聲雷達（SODAR）和光學雷達（LIDAR）：用於測量低層大氣的風廓線、溫度和濕度廓線。
微波輻射計：可以測量大氣的溫度、濕度和液態水含量廓線。
地面氣象站：測量地面附近的溫度、濕度、氣壓、風速、風向和降水等參數。

圖：中國的702D砲兵氣象雷達車。

這些地面遙測儀器可以提供連續的、即時的氣象數據，並且可以在惡劣天氣條件下工作。將地面遙測數據與氣球探空數據結合，可以形成更全面的三維大氣結構圖像。

在砲兵中的應用

地面遙測儀器在砲兵氣象支援中扮演著越來越重要的角色。例如，氣象雷達可以幫助砲兵部隊了解戰場區域的降水分佈，這對於規劃火砲射擊和避免彈藥受潮非常重要。風廓線儀器可以提供低層大氣的精確風數據，這對於近距離火砲射擊和火箭彈的飛行計算非常關鍵。

現代化的砲兵氣象系統，如戰場氣象系統（BMETS），通常會整合多種地面遙測傳感器，以提供全面的戰場氣象感知能力。這些系統可以快速部署，並在作戰區域內建立一個氣象監測網絡。

數值預報模式：提供未來氣象預測

原理與作用

數值天氣預報（NWP）模式是利用數學方程模擬大氣運動，從而預測未來天氣狀況的工具。這些模式需要大量的氣象觀測數據作為輸入，通過高性能計算機進行運算，輸出未來不同時間點和不同地點的氣溫、氣壓、濕度、風場、降水等氣象要素的預報結果。

對於砲兵而言，數值預報模式可以提供未來幾小時或幾天內的戰場氣象預測。這對於作戰規劃、火力準備和彈藥選擇具有重要意義。通過了解未來氣象條件的變化趨勢，指揮官可以做出更明智的決策，提高作戰效率。

Newly activated U.S. Army 2nd Multi-Domain Task Force and 41st Field Artillery Brigade test sensor-shooter capabilities during

圖：美國陸軍測試傳感器與射擊器之間的協調能力，氣象信息是其中重要一環。

一些軍事氣象系統，如Profiler系統，就整合了天氣研究與預報（WRF）模式，能夠生成針對特定區域的戰場氣象預報數據，並將這些數據提供給火砲控制系統（如AFATDS）使用。

模式的精度與挑戰

數值預報模式的精度取決於多個因素，包括輸入數據的質量、模式的物理過程參數化以及計算資源的限制。在複雜地形或快速變化的天氣條件下，模式的預報精度可能會受到影響。

為了提高戰場數值預報的精度，需要將戰場區域獲取的即時氣象數據（來自氣球探空和地面遙測）同化到模式中，以改進模式的初始條件。此外，發展更高分辨率的數值預報模式也是提高精度的重要途徑。

先進砲兵氣象系統的整合與應用

系統組成與功能

先進的砲兵氣象系統（如整合氣象系統IMETS和戰場氣象系統BMETS）旨在將上述各種氣象數據源進行整合，並提供自動化的數據處理、分析和分發功能。這些系統通常包括：

氣象傳感器：包括氣球探空儀、地面自動氣象站、風廓線儀、微波輻射計等。
數據採集與處理單元：負責接收和處理來自各種傳感器的原始數據。
數值預報模塊：運行高分辨率的戰場數值預報模式。
數據管理與分析軟件：對氣象數據進行質量控制、分析和可視化。
通信模塊：將氣象產品傳輸給火砲控制系統和其他戰場指揮系統。

圖：美軍砲兵氣象小組成員正在準備氣球探空。

這些系統的核心功能在於提供“彈道氣象數據”（Ballistic Meteorology Data），即對彈道計算有直接影響的氣象參數。這包括在彈丸飛行路徑上的平均風、平均溫度和平均空氣密度等。通過將實測數據與數值預報結果相結合，系統可以生成更精確的彈道氣象數據。

與火砲控制系統的集成

先進砲兵氣象系統的最終目標是將精確的氣象數據無縫地傳輸給火砲控制系統（Fire Control System），例如美國陸軍的先進野戰砲兵戰術數據系統（AFATDS）。AFATDS利用接收到的彈道氣象數據，結合火砲的性能參數、目標位置和彈藥類型，計算出精確的射擊諸元（如射角、方位角和引信設置）。

這種自動化的數據傳輸和處理過程極大地縮短了從氣象觀測到射擊準備所需的時間，提高了反應速度和作戰效率。此外，系統的整合也減少了人為錯誤的可能性。

Exploration, meteorology and guided projectiles. New tools for

圖：現代自行火砲系統。

下表總結了不同氣象技術在砲兵氣象系統中的作用和優勢：

技術	主要功能	在砲兵氣象中的作用	優勢	挑戰
氣球探空	測量高空溫度、濕度、氣壓、風	提供高空風廓線等彈道氣象數據	能獲取從地面到高空的垂直廓線數據	離散觀測、受風影響、回收困難
地面遙測儀器	測量地面附近和低層大氣的氣象參數及廓線	提供即時風廓線、降水等信息	提供連續、即時數據，可在惡劣天氣工作	測量範圍有限，易受地形遮擋
數值預報模式	預測未來天氣狀況	提供戰場氣象預測	提供未來趨勢信息，支持作戰規劃	精度受輸入數據和模式限制，計算資源需求大
系統整合	整合各種數據源，自動處理分析	提供全面、精確的彈道氣象數據	提高數據準確性和處理效率，無縫集成到火控系統	系統複雜度高，需要標準化接口