高空氣象探測雷達(dá)過頂丟球原因分析及對(duì)策

摘要：我國現(xiàn)已開始運(yùn)營L波段雷達(dá)氣象探測系統(tǒng)，目前分布在國內(nèi)120座探空站內(nèi)，考慮到雷達(dá)自身的性能屬性，極易出現(xiàn)氣球過頂丟球，這會(huì)使得信息記錄不全面，縱然有補(bǔ)放小球的補(bǔ)救措施，不過如果天氣比較惡劣，是不能搶救回來的，這必然會(huì)使得記錄的精準(zhǔn)性大大降低。由此可見，在進(jìn)行高空觀測時(shí)，要盡可能防止出現(xiàn)氣球過頂丟球，在對(duì)L波段雷達(dá)相關(guān)原理和性能進(jìn)行剖析之后，得出了氣球過頂原因，并提出了預(yù)防措施和過頂丟球出現(xiàn)時(shí)的應(yīng)對(duì)方案，進(jìn)而提升L波段雷達(dá)在探測過程中對(duì)探測目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤水平，保證整個(gè)探測過程的有效性，以及相關(guān)信息的完整性和精準(zhǔn)性，避免出現(xiàn)由于低空丟球而引發(fā)重放球。

關(guān)鍵詞：L波段；雷達(dá)；波瓣寬度；過頂；丟球

對(duì)于現(xiàn)有科技而言，收集天氣變化情況最主要的方式就是進(jìn)行高空大氣探測，這也是氣象科學(xué)的基石，一般的高空探測又歸類于大氣探測系統(tǒng)。當(dāng)前國家記錄在冊(cè)的探空站數(shù)量有120座。國內(nèi)的高空探測系統(tǒng)原先是運(yùn)用的老舊的701系統(tǒng)，但是隨著時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，原有系統(tǒng)已然不能滿足當(dāng)前需要了，故而在2010年全面升級(jí)為L波段雷達(dá)探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但具有當(dāng)前世界先進(jìn)水平，并且最主要的是國家對(duì)其擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其優(yōu)勢在于有著迅捷的信息采集能力、高超的探測精度以及強(qiáng)大的自動(dòng)跟蹤能力等。該系統(tǒng)是在跟蹤雷達(dá)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，然后還融入了先進(jìn)的數(shù)字無線通訊技術(shù)。故而，對(duì)于L波段高空氣象探測系統(tǒng)要有足夠的認(rèn)知，并能夠靈活的運(yùn)用。相關(guān)從業(yè)人員必須要夯實(shí)專業(yè)知識(shí)、學(xué)習(xí)掌握相關(guān)技術(shù)規(guī)定、積極進(jìn)行工作總結(jié)和相關(guān)技術(shù)交流。針對(duì)實(shí)際情況，妥善處置過頂丟球，旨在將過頂丟球帶來的損失降到最低。盡可能不要出現(xiàn)缺測和重放球事件。只有精準(zhǔn)的捕獲到最新的高空氣象探測資料，才能夠?yàn)闅庀蠊ぷ魈峁┛尚诺膮⒖肌?/p>

1氣球過頂丟球的原因

實(shí)際運(yùn)用情況表明，運(yùn)用L波段雷達(dá)時(shí)低空丟球出現(xiàn)頻率較高，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該雷達(dá)波瓣寬度比較窄，放球地點(diǎn)也會(huì)存在一定的限制。

（1）頻率偏移。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)，我們接受的信號(hào)就會(huì)變得極其微弱，這就會(huì)引發(fā)更大的連鎖反應(yīng)，出現(xiàn)旁瓣抓球。

（2）雷達(dá)天線上限位?？紤]到L波段雷達(dá)角度控制在負(fù)六度到正九十二度之間，因此實(shí)現(xiàn)一百八十度反轉(zhuǎn)是不現(xiàn)實(shí)的。因此仰角在九十度以上時(shí)，天線不存在一百八十度追蹤，具體原因時(shí)這種情況工作設(shè)備很可能被卡死，還有一點(diǎn)就是方位轉(zhuǎn)速也會(huì)對(duì)此進(jìn)行制約，這就很容易出現(xiàn)過頂丟球了。

（3）沒有把握好地面風(fēng)情況，進(jìn)而沒有擇取最好的放球點(diǎn)。一般的國內(nèi)站臺(tái)都會(huì)擇取兩個(gè)以上的放球點(diǎn)。工作人員的放球地點(diǎn)一般是結(jié)合當(dāng)時(shí)的風(fēng)速、風(fēng)向綜合決定的，需要注意的就是不要在放球的那個(gè)時(shí)刻發(fā)生過頂丟球。假設(shè)本站點(diǎn)雷達(dá)位于放球點(diǎn)以東，探測出風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)或東南風(fēng)，這時(shí)候在速度升至2～3m/s時(shí)過頂丟球概率最高。

（4）在放球之前沒有做出充足的準(zhǔn)備。首先就是接收機(jī)增益調(diào)節(jié)問題，一般情況下該值應(yīng)該在三十到五十之間。假如地上未設(shè)對(duì)準(zhǔn)儀器，那么就會(huì)隨時(shí)在旁瓣跟蹤狀態(tài)。還有一種情況就是在采集信息時(shí)，接收機(jī)頻率調(diào)控不佳，一般情況下就是在球還未釋放之前，頻率值應(yīng)該在1675MHZ，同時(shí)規(guī)定前后誤差不能超過六個(gè)單位，實(shí)際情況下如果不在范圍之內(nèi)，那么信號(hào)就會(huì)變得飄忽不定，或者是出現(xiàn)旁瓣跟蹤狀態(tài)。

2預(yù)防過頂丟球的對(duì)策

（1）扎實(shí)落實(shí)放球準(zhǔn)備工作，經(jīng)過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在釋放球體時(shí)放球的位置需要在雷達(dá)天線二十五米范圍之內(nèi)，由于這時(shí)的信號(hào)是在飽和狀態(tài)，因此，無論如何晃動(dòng)雷達(dá)四條亮線，發(fā)現(xiàn)它們都是平齊的，這就會(huì)讓人錯(cuò)誤的認(rèn)為已經(jīng)抓到了球。而真實(shí)的情況就是，飽和狀態(tài)下用這種方法是不能判定有沒有抓到球的，這會(huì)使得旁瓣跟蹤狀況的出現(xiàn)。故而，在增益調(diào)控時(shí)不能太飽和，頻率需要調(diào)節(jié)到一定值。在增益和頻率都處于較好位置時(shí)，將天線瞄準(zhǔn)探空儀，然后測定地面風(fēng)向，進(jìn)而確定放球點(diǎn)。此外還要進(jìn)行電池的相關(guān)準(zhǔn)備，因?yàn)殡姵刈鳛橐粋€(gè)能源儲(chǔ)存裝置，不管是浸泡還是安裝，時(shí)間太早都會(huì)使得能量損耗嚴(yán)重，在電池處于工作狀態(tài)之后，地面還在做無用的工作，就會(huì)浪費(fèi)電量，進(jìn)而使得探空儀發(fā)射機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，信號(hào)的接受上也會(huì)受到影響。浸泡電池的溫度我們一般控制在三十五度左右，鹽的含量一般在三克左右，電壓方面夏季和冬季也是不一樣的，冬季一般在二十伏，而夏季則會(huì)低一到兩伏。

（2）如果出現(xiàn)過頂丟球也不必慌亂，如果在監(jiān)控鏡頭內(nèi)發(fā)現(xiàn)氣球，那么就要看它的仰角，在超過九十度之后，通過改變焦距，使得氣球呈現(xiàn)在屏幕上，轉(zhuǎn)變天控按鈕到手動(dòng)模式，改變雷達(dá)的方位和仰角，搖晃的位置要與氣球偏向一致，使得氣球隨時(shí)在屏幕中間。然后再將手動(dòng)模式復(fù)位到自動(dòng)上。當(dāng)斜距跟蹤穩(wěn)定之后就扇掃一次，如果發(fā)現(xiàn)四條亮線未發(fā)生任何改變，那么就表明抓到了球。

（3）在整個(gè)過程中還需要輔助班的參與，他們會(huì)使用經(jīng)緯儀追蹤球影，過頂丟球出現(xiàn)之后，輔助班能夠借助經(jīng)緯儀測定相關(guān)仰角、方位角。此時(shí)依舊需要天控變?yōu)槭謩?dòng)模式，搖晃雷達(dá)到指定方位，再轉(zhuǎn)為自動(dòng)。在夜空作業(yè)就需要有燈籠了，其目的是為了讓經(jīng)緯儀能夠捕獲目標(biāo)。蠟燭燃燒殆盡之后，監(jiān)控將失去目標(biāo)，這時(shí)候就要參照風(fēng)速、信號(hào)強(qiáng)度、增益值等判定氣球方位。

（4）工程實(shí)踐表明，雷達(dá)仰角在超過九十度之后，就很容易出現(xiàn)機(jī)械故障，也就是常說的卡死現(xiàn)象。這種情況出現(xiàn)之后，就要馬上關(guān)閉雷達(dá)，然后再接通開關(guān)激活雷達(dá)，再重復(fù)上述過程，更快的找到氣球，盡可能不要補(bǔ)放小球和重放球。在出現(xiàn)過頂丟球之后，如果能夠測出斜距，那么也根據(jù)相關(guān)計(jì)算得出仰角值，此處計(jì)算就是簡單的三角計(jì)算，就不作過多詳述了。作為準(zhǔn)備工作，站臺(tái)也可以多測定一些不同高度的仰角值，將其作為應(yīng)急情況下的備選參考。

（5）施放后可能會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)情況，使得雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，如果天氣再變得惡劣，那么情況就會(huì)變得比較危急。這時(shí)候操作人員依舊要保持冷靜，將天控轉(zhuǎn)為手動(dòng)模式，根據(jù)風(fēng)向判定氣球行跡，進(jìn)而追蹤上斜距，根據(jù)斜距等值計(jì)算仰角，移動(dòng)天線到目標(biāo)位置，經(jīng)過搜索就能夠迅速捕獲到氣球。不過要注意的是，在使用“扇掃”時(shí)，斜距追蹤一定要精準(zhǔn)，不然系統(tǒng)進(jìn)行追蹤的參考就是錯(cuò)的，抓球的時(shí)間就會(huì)延遲，自然不能完成抓球。更有甚者在仰角跟蹤正確時(shí)，扇掃出現(xiàn)問題反倒會(huì)出現(xiàn)丟球，乃至于重放球。

3結(jié)語

在進(jìn)行高空氣象探測時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)丟球等異常跟蹤情況，相關(guān)工作人員要結(jié)合L波段雷達(dá)丟球的根本原因進(jìn)行分析，進(jìn)而采取對(duì)應(yīng)的處理措施，在這個(gè)過程中一定要保持冷靜，盡力在最短時(shí)間內(nèi)追回氣球，同時(shí)參照相關(guān)規(guī)定做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作?？偠灾?，要綜合考慮各項(xiàng)因素減少重放球，在完善硬件設(shè)施的同時(shí)，也要加強(qiáng)相關(guān)人員的技能培訓(xùn)，使其了解各項(xiàng)操作的內(nèi)涵，能夠運(yùn)用專業(yè)知識(shí)靈活處理各種突發(fā)情況，徹底杜絕重放球事件的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蓋曉東，高軍，蘭朝生.L波段高空氣象探測雷達(dá)丟球現(xiàn)象的探討及應(yīng)對(duì)措施[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2010（22）：35-35.

[2]李潔梅.L波段高空氣象探測雷達(dá)操作特殊問題及處理方法[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（5）：182-182.

[3]樊建華.高空氣象探測雷達(dá)過頂丟球現(xiàn)象應(yīng)對(duì)[J].科研，2017（3）：00147-00147.

作者簡介：么俊峰，出生年月：1983年10月21日，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：遼寧省海城市，當(dāng)前職務(wù)：副科長，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：高空氣象觀測.