高空探測中低空丟球或重放球的原因及應(yīng)對(duì)措施

李新梅

（南陽市氣象局，河南　南陽　473000）

高空探測中低空丟球或重放球的原因及應(yīng)對(duì)措施

李新梅

（南陽市氣象局，河南南陽473000）

高空氣象探測資料是氣象預(yù)報(bào)所需資料中不可或缺的部分，但是由于L波段GFEL-1型自動(dòng)跟蹤二次雷達(dá)其仰角被限制在-6°～ 92°之間，而不是-6°～ 180°。所以該雷達(dá)在跟蹤氣球時(shí)雷達(dá)天線不能翻轉(zhuǎn)180度進(jìn)行跟蹤。又由于L波段雷達(dá)波瓣寬度比59—701型二次測風(fēng)雷達(dá)波瓣寬度窄，測角精度提高了，但遇到丟球時(shí)操作人員找回目標(biāo)較59—701型二次測風(fēng)雷達(dá)困難，不能像59—701型雷達(dá)那樣可以根據(jù)四條亮線就能把球迅速找回來。因此在仰角高于90°時(shí)往往由于方位跟不上而丟球。丟球的發(fā)生使高空探測資料失去了近地面層的記錄。盡管可以補(bǔ)放小球，但有時(shí)也會(huì)因?yàn)樘鞖庠蚨鵁o法補(bǔ)回，造成記錄缺測.或因某些原因找不回氣球而重放球。大大降低了資料的使用價(jià)值，并且還浪費(fèi)物力、財(cái)力，避免氣球過頂丟球及重放球在高空觀測中是非常重要的。本文通過對(duì)L波段雷達(dá)基本原理及性能分析，不斷總結(jié)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出氣球過頂原因及預(yù)防過頂丟球時(shí)的操作方法，可供同類型臺(tái)站借鑒。

L波段；雷達(dá)；波瓣寬度；過頂；丟球

南陽站地處豫西南，盛行東北風(fēng)，按架設(shè)規(guī)定放球點(diǎn)應(yīng)放在當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)的下風(fēng)方。故將放球點(diǎn)設(shè)在（雷達(dá)天線的）西偏南方向，便于雷達(dá)自動(dòng)跟蹤。但是遇有正西風(fēng)、偏西風(fēng)或靜風(fēng)時(shí)氣球會(huì)直接從雷達(dá)頂部經(jīng)過。由于L波段GFEL-1型自動(dòng)跟蹤二次雷達(dá)其仰角被限制在-6°～ 92°之間，而不是-6°～ 180°。所以該雷達(dá)在跟蹤氣球時(shí)雷達(dá)天線不能翻轉(zhuǎn)180度進(jìn)行跟蹤。因此在仰角高于90°時(shí)往往由于方位跟不上而丟球。造成過頂丟球或重放球。由于雷達(dá)波瓣窄，手動(dòng)抓球難度比較大加之雷達(dá)的轉(zhuǎn)速有限。常常在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒能抓到球造成低空丟球或重放球。

1　低空過頂丟球主要有以下幾種原因

1.1沒有根據(jù)地面風(fēng)選擇好放球點(diǎn)。

大多臺(tái)站一般都選取兩個(gè)或兩個(gè)以上放球點(diǎn)。從資料證明南陽多年的風(fēng)玫瑰圖中，出現(xiàn)最多的風(fēng)是NE，其次是SW.可以此為根據(jù)選取放球點(diǎn)。備份放球場地的選擇應(yīng)考慮避免特殊風(fēng)向時(shí)氣球施放瞬間的過頂。南陽盛行東北風(fēng)，放球點(diǎn)設(shè)在（雷達(dá)天線的）西南方向。但是遇有正西風(fēng)、偏西風(fēng)（包括SW、WSW、W、WMW且風(fēng)速在2～3個(gè)米/秒）或靜風(fēng)時(shí)氣球會(huì)直接從雷達(dá)頂部經(jīng)過，造成過頂丟球或重放球。為避免西南風(fēng)過頂，備份放球場最好設(shè)在東北向。所以在放球前值班員應(yīng)根據(jù)放球時(shí)的地面風(fēng)向、風(fēng)速選擇合適的放球場地，避免施放瞬間過頂丟球。遇有正西風(fēng)、偏西風(fēng)（包括SW、WSW、W、WMW且風(fēng)速在2～3個(gè)米/秒時(shí)）或靜風(fēng)時(shí)就不能在西面放球而應(yīng)更換放球點(diǎn)。這就需要值班員作認(rèn)真的選擇了。

1.2雷達(dá)天線上限位

由于L波段雷達(dá)仰角限制為-6～92°之間，不能反轉(zhuǎn)180°。所以當(dāng)仰角高于90°時(shí)，雷達(dá)天線不能翻轉(zhuǎn)180°進(jìn)行跟蹤，雷達(dá)容易被卡住。又受方位轉(zhuǎn)速的限制，極易造成過頂丟球。

1.3接受信號(hào)過程中沒有及時(shí)調(diào)整接收機(jī)頻率

正常情況下放球前接收機(jī)頻率為1675±6MHZ，如果頻率太偏會(huì)使信號(hào)飄逸造成旁瓣跟蹤狀態(tài)。

1.4放球前的準(zhǔn)備工作沒做好

1.4.1頻率沒有調(diào)好

放球前沒有做好放球前的準(zhǔn)備工作，頻率沒調(diào)到最佳狀態(tài)。頻率過大或過小。當(dāng)GTSl型數(shù)字式探空儀回答器頻率偏離L波段GFEL-1型自動(dòng)跟蹤二次雷達(dá)中心頻率過大時(shí)，易造成信號(hào)弱，而在信號(hào)弱的情況下又容易造成旁瓣抓球。當(dāng)探空儀回答器頻率偏離雷達(dá)中心頻率過大時(shí)也可調(diào)探空儀發(fā)射機(jī)回答發(fā)射機(jī)凹口，若凹口太淺可調(diào)整發(fā)射機(jī)板上靠近發(fā)射機(jī)頭附近的電位器，逆時(shí)針調(diào)節(jié)，使可凹口加深

1.4.2放球時(shí)在地面沒有調(diào)整好接收機(jī)增益，正常情況下放球前接收機(jī)增益應(yīng)調(diào)至（30以內(nèi)）。或是在地面雷達(dá)沒對(duì)準(zhǔn)儀器，一直處于旁瓣跟蹤狀態(tài)。

2　怎么預(yù)防過頂丟球或重放球。

2.1實(shí)驗(yàn)證明，放球時(shí)放球點(diǎn)距離雷達(dá)天線＜25M時(shí)，因信號(hào)處于飽和狀態(tài)，怎么搖雷達(dá)四條亮線都平齊，給人一種假象好像抓住球了。其實(shí)由于信號(hào)處于飽和狀態(tài)無法判斷是否真抓住球了，很易造成旁瓣跟蹤。所以放球點(diǎn)在場地允許的情況下要盡量離雷達(dá)遠(yuǎn)一些。不能＜30M。

2.2做好放球前的準(zhǔn)備工作，調(diào)整好雷達(dá)的增益和頻率，使亮相處于最佳狀態(tài)。根據(jù)地面風(fēng)向選擇放球點(diǎn)，天線對(duì)準(zhǔn)探空儀。電池的準(zhǔn)備也很重要，浸泡電池的水溫在35°左右，放鹽量3g以及電池的電壓冬季應(yīng)保持在20V而夏季應(yīng)保持在17-18V即可。電池浸泡或裝配過早會(huì)損失過多的能量，因?yàn)殡姵胤烹姇r(shí)間有限，探空儀接上電池后。地面作業(yè)時(shí)間太長會(huì)使探空儀升空后由于電池能量消耗太多而影響探空儀發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)，如果放球時(shí)間長會(huì)使能量不足影響后來的信號(hào)。

3　過頂丟球怎么辦

在使用L波段雷達(dá)進(jìn)行高空觀測中經(jīng)常出現(xiàn)低空丟球的現(xiàn)象，究其原因是因?yàn)長波段雷達(dá)的波瓣寬度窄，手動(dòng)抓球難度比較大加之雷達(dá)的轉(zhuǎn)速有限。常常在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒能抓到球造成低空丟球或重放球。

3.1當(dāng)有過頂傾向并在攝像頭中能看到氣球時(shí)，注意觀察仰角變化，當(dāng)仰角高于90°時(shí)，立即調(diào)整攝像頭焦距，使氣球變小在攝像頭中可看見，然后調(diào)整天控按鈕為手動(dòng)，搖動(dòng)雷達(dá)的方位和仰角。氣球在視頻中偏向那邊就向那邊搖，使氣球居攝像頭畫面最中央，然后把天控調(diào)整為自動(dòng)即可。如果距離跟蹤誤差過大，再調(diào)整距離。在斜距跟蹤正常的情況下扇掃一下，如果扇掃時(shí)四條亮線沒有變化說明抓住球了。

3.2增加輔助班，負(fù)責(zé)用經(jīng)緯儀在放球瞬間跟雷達(dá)一起跟蹤球影，在過頂丟球時(shí)輔助班可以通過對(duì)講機(jī)報(bào)出氣球在緯儀中的仰角、方位角，雷達(dá)操作員迅速將天控打?yàn)槭謩?dòng)，搖雷達(dá)到指定位子。預(yù)防過頂丟球。

3.3如果是晚上放球，一定要將燈籠準(zhǔn)備好，蠟燭固定好并充分燃燒，以免出手蠟燭熄滅，在經(jīng)緯儀里看不到球影。當(dāng)燈籠滅了在攝像頭中看不到氣球時(shí)，可根據(jù)地面風(fēng)的大小、探空信號(hào)的強(qiáng)弱、增益大小來判斷氣球的位置。如地面風(fēng)速小的情況下，把天控轉(zhuǎn)為手動(dòng)狀態(tài)，將雷達(dá)仰角搖到50°左右，迅速轉(zhuǎn)動(dòng)方位360°。找到探空信號(hào)最強(qiáng)、增益最小的位置（正常情況下增益讀數(shù)為30以內(nèi)，而旁瓣抓球時(shí)增益會(huì)增大）處將天控打?yàn)樽詣?dòng)，在斜距跟蹤的情況下扇掃一下。如果扇掃時(shí)四條亮線沒有變化，高度和氣高大致相同說明抓住球了。否則，將雷達(dá)仰角上升6～8°重復(fù)上述操作，直至抓住氣球。

3.4雷達(dá)在仰角＞90°時(shí)，容易發(fā)生機(jī)械故障，即雷達(dá)仰角容易鎖死在90°以上。發(fā)生這種情況時(shí)，可以迅速關(guān)掉雷達(dá)，再依次打開各開關(guān)，激活雷達(dá)！然后再進(jìn)行上述步驟！盡快找回氣球。

3.5當(dāng)過頂丟球時(shí)如果可以看到斜距時(shí)，根據(jù)斜距和氣高（確保沒有飛點(diǎn)）反算仰角，將天線搖到大致位置，在附近搜索一下即可快速抓住球。但切記在使用雷達(dá)的“扇掃”功能進(jìn)行搜索時(shí)一定要保證斜距跟蹤正確，否則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的斜距計(jì)算結(jié)果進(jìn)行搜索，容易造成誤判斷，延誤抓球時(shí)間。臺(tái)站可以事先根據(jù)正常情況下斜距和對(duì)應(yīng)的氣高計(jì)算出不同高度的仰角值，制成表格以備應(yīng)急時(shí)使用。橫坐標(biāo)為斜距，縱坐標(biāo)為高度，根據(jù)H=R×SINδ每隔一定的度數(shù)畫出一條仰角線，則可畫出一組仰角射線，在抓球時(shí)可根據(jù)斜距和氣高在這個(gè)圖上快速查出大致仰角。有時(shí)在仰角方位跟蹤正確但斜距錯(cuò)誤時(shí)使用“扇掃”功能反倒會(huì)造成丟球，而重放球。

4　結(jié)論

4.1河南省處于暖溫和亞熱帶氣候交界的邊緣地區(qū)，所以氣候具有明顯的過度性，屬于北亞熱帶向暖溫帶過度的大陸性季風(fēng)氣候。因?yàn)楹幽蟽?yōu)越的氣候條件，使得河南的氣象資料就顯的格外重要。河南高空探測站共3個(gè)，分別為鄭州、南陽、盧氏。其中盧氏站為單測風(fēng)站。

4.2高空大氣探測是獲取天氣變化資料的基本手段，是氣象科學(xué)的最重要的基礎(chǔ)，常規(guī)的高空探測又是大氣探測系統(tǒng)中最重要的組成部分。L波段GFEL-1型自動(dòng)跟蹤二次雷達(dá)與GTSl型數(shù)字式電子探空儀系統(tǒng)作為高空探測系統(tǒng)的換代系統(tǒng)，具有較高測風(fēng)精度和探測精度，自動(dòng)化程度也大大地提高。此雷達(dá)系統(tǒng)是集跟蹤雷達(dá)與數(shù)字無線通訊于一體的綜合系統(tǒng)。因此要熟練掌握L波段高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)；努力學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；熟記探空專業(yè)技術(shù)規(guī)定；善于總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，多交流工作中遇到的問題。認(rèn)真分析特殊情況，正確處理過頂丟球，把過頂丟球造成的損失減少到最小。避免缺測和重放球。取準(zhǔn)取全第一手高空氣象探測資料，為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析和專業(yè)氣象保障服務(wù)提供精確的高空氣象資料，同時(shí)對(duì)國防和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中也起著很重要的作用

總之，減少重放球需要注意各方面因素，在做好硬件的準(zhǔn)備同時(shí)不斷提高業(yè)務(wù)技能這一軟件也很重要，熟練掌握各種操作的原理及方法，靈活應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，才可以從根本上避免重放球事件的發(fā)生。

［1］中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司L波段高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)2005年2月

［2］中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司L波段高空氣象探測系統(tǒng)維護(hù)、維修手冊(cè)2004年10月

［3］氣象局大氣探測技術(shù)中心L波段高空氣象探測系統(tǒng)常見技術(shù)問題解答2006年11月

李新梅 （1980.3-），女，工程師，學(xué)士，研究方向：大氣探測工作。

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1003-5168（2015）11-086-02