高空氣象探測雷達丟球現(xiàn)象分析

梁雪蓮　梁艷芳　潘志平

摘 要：目前，我國自主研發(fā)的新一代L波段雷達氣象探測系統(tǒng)已經(jīng)在全國大部分探空站投入使用。受到雷達自身性能限制，經(jīng)常會因丟球影響氣象要素數(shù)據(jù)準確性，盡管可以使用補放球操作，但有時會因天氣原因而無法補回，最終造成記錄缺測。由此不難看出，防止氣球丟球在高空氣象探測中十分重要。本文對高空氣象探測雷達丟球原因分析，并結(jié)合實際應(yīng)用對不同原因造成的丟球處理方法歸納總結(jié)，為今后開展高空氣象探測，增強探測精度和高度，為天氣預(yù)報、氣候預(yù)測及人工影響天氣等工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高空氣象探測；雷達；丟球；原因；對策

高空氣象探測是氣象觀測工作的重要組成部分之一，同時也是氣候預(yù)報、氣象服務(wù)以及氣象科學(xué)實驗的基礎(chǔ)。L波段高空氣候監(jiān)控雷達是由我國獨立自主研發(fā)的具有國際領(lǐng)先水平的新一代高空氣象監(jiān)測雷達，該高空氣象監(jiān)測雷達在自動追蹤角度、自行處理監(jiān)控高度以及處理觀測數(shù)據(jù)信息時主要借助于假單脈沖的二次雷達。其主要特點是探測精度和自動化程度高、采樣速度快、體積小、能耗少，可以生成不同種類的氣象產(chǎn)品，同時還能對高空中的溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓等氣象要素數(shù)據(jù)進行探測。自清遠市氣象局使用L波段雷達探測系統(tǒng)以來，高空氣象探測的自動化程度也越來越高，因探測雷達的測距和測角的精確度水平較高，使得雷達脈沖寬度和波瓣的寬度較窄，降低了雷達定向和自動跟蹤性能，在日常高空氣象探測工作中經(jīng)常會有丟球現(xiàn)象。

一、L波段雷達工作基本原理

氣象部門在利用L波段雷達監(jiān)測高空氣候條件時，對GTS1型號電子探空設(shè)備的使用頻率較高，該探空設(shè)備可以對高空中的溫度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓等氣象要素數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。在開展高空氣候監(jiān)測時，L波段雷達主要是對探空氣球的運行軌跡進行一系列的跟蹤、測量及定位，隨后引入相關(guān)的計算公式，計算出高空中的氣象情報信息。在計算的過程中，探空儀會有連續(xù)不斷的探空碼發(fā)射出來，一旦L波段雷達接收到相關(guān)的探空碼信息，利用破譯設(shè)備可以很容易的獲取到探空儀發(fā)送的高空氣象信息。隨著時間的推移，探空球與地面之間的距離也越來越高，因自身攜帶有無線電回答器，在高空氣候監(jiān)測工作開始之前會發(fā)出相應(yīng)的指示訊息，當這些指示訊號被地面上的回答器接收后就會被立即回復(fù)。探測人員可以結(jié)合接收和發(fā)送信號的時間信息判斷探空氣球的具體位置方向，還能計算出探空氣球與L波段雷達之間的距離，且兩者之間的夾角。之后還能根據(jù)數(shù)學(xué)計算公式，對高空中的風(fēng)向氣候等信息進行計算。

L波段雷達在對高空中的溫度、濕度、氣壓觀測數(shù)據(jù)進行計算時需要通過探空氣球來完成。探空氣球的主要組成部分有監(jiān)控氣壓、溫度的敏感電子元件、電路設(shè)備等組成，可以很容易的感知到高空中的溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù)變化，并通過破譯設(shè)備解讀。

二、高空氣象探測雷達丟球的原因

1.未選擇合適的放球點。大部分的臺站在施放氣球之前都會選擇至少兩個的放球點，工作人員根據(jù)臺站近年風(fēng)向風(fēng)速資料，找出出現(xiàn)頻率最高的風(fēng)向，進而選擇合適放球點。在放球之前操作人員沒有結(jié)合自動觀測站或其它測風(fēng)設(shè)備測定近地面的風(fēng)向、風(fēng)速選擇合適的放球施放點，使得在放球瞬間出現(xiàn)了過頂丟球。

2.L波段雷達性能下降或故障。L波段雷達是一種自動化程度較高的新型雷達，為了延長其的使用壽命，在業(yè)務(wù)使用中，除了要正確進行操作外，還要對其進行良好的維護。如果沒有根據(jù)規(guī)范要求維護或者是維護不當均會使雷達性能下降或者故障，因跟蹤異常而出現(xiàn)丟球。因雷達故障造成的丟球共有以下幾種：雷達天線座匯流環(huán)異常、驅(qū)動箱編碼器插頭接觸不良等產(chǎn)生的丟球。

3.近地面跟蹤異常。近地面跟蹤異常主要包括有三種情況：放球之前沒有將雷達天線對準回答器或者探空儀；在施放氣球的瞬間，值班人員沒有第一時間發(fā)現(xiàn)氣球高仰角過頂后雷達跟蹤異常；操作人員之間的配合不當使得氣球施放時間提前或者延遲，造成L波段雷達因非常規(guī)跟蹤而出現(xiàn)丟球。

4.頻率漂移。探空儀器自身性能不穩(wěn)是頻率漂移的主要原因，L波段雷達工作過程中的頻率范圍在1670～1680MHz之間，而自動調(diào)節(jié)頻率的幅度則為±（3～4MHz），探空氣球從施放到氣球的爆炸的這段時間內(nèi)，氣溫的變化幅度要在120℃以上，進而造成回答器載波頻率出現(xiàn)漂移，一旦頻率變化在雷達工作頻率幅度以上，探空儀發(fā)射的頻率和雷達接收的頻率都會處于漂移狀態(tài)，進而引發(fā)丟球。

三、避免高空氣象探測雷達丟球的對策

1.充分做好放球前的準備工作。在放球中，如果放球地點同雷達天線之間的距離在25m以內(nèi)，此時的信號處于飽和狀態(tài)，搖晃四條亮線始終都是齊平的，此時會讓操作人員誤以為抓球成功，導(dǎo)致了旁瓣跟蹤。在施放探空氣球之前應(yīng)結(jié)合探空信號調(diào)整雷達接收機增益和頻率，增益應(yīng)調(diào)節(jié)到30～50dB范圍內(nèi)，而頻率則應(yīng)調(diào)節(jié)到1655MHz左右，將天線對準探空儀后需要認真查看雷達自動跟蹤情況，確保雷達處于最佳的工作狀態(tài)。

2.選擇合適的放球點。選擇合適的氣球施放點是確保高空氣象探測工作中雷達可以正常跟球的關(guān)鍵，通常情況下，臺站會根據(jù)探測環(huán)境事先選擇2～3個施放點，而值班人員則需要在施放氣球之前結(jié)合自動站或者是測風(fēng)設(shè)備測定瞬間風(fēng)向，進而選擇合適的施放點，應(yīng)盡量選擇雷達下風(fēng)方向作為施放點，以提升施放氣球時雷達自動抓球的成功率；如果在下風(fēng)方向沒有合適的施放球點，在放球時可以選擇雷達側(cè)面進行，應(yīng)適當增加放球點和雷電之間的距離。

3.正確掌握氣球運動軌跡。在施放氣球之前需要探測人員對近地面風(fēng)向、風(fēng)速進行認真查看，并結(jié)合最近一次的測風(fēng)記錄數(shù)據(jù)，正確判斷低空處氣球的運動軌跡，對該次施放氣球后的初始運動軌跡有一定的了解，方便在丟球出現(xiàn)后可以第一時間追回。若臺站中引入風(fēng)廓線雷達，可以很容易的了解近地面2000m以內(nèi)的風(fēng)向變化情況，為探測工作做好充足的準備。

4.做好雷達日常維護工作。若高空探測丟球現(xiàn)象是雷達故障引起的，很難及時解決，臺站內(nèi)的機務(wù)人員應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求將檢查維護和日常保養(yǎng)工作做好，主要是以清潔工作為主，做好重點部件的保養(yǎng)，檢查各個電纜接頭、接插元件的安裝情況，檢查天線轉(zhuǎn)動靈活性水平。定期使用經(jīng)緯儀對比觀測，查看雷達工作運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

5.做好惡劣天氣下的應(yīng)急工作。施放氣球過程中若出現(xiàn)大風(fēng)、暴雨、能見度低等惡劣天氣現(xiàn)象時，在將雷達天線對準探空儀后需要反復(fù)檢查，確保雷達可以對探空儀器自動跟蹤。對于惡劣天氣下探測工作中可能出現(xiàn)問題做好充足準備，避免在氣球出手瞬間雷達仰角卡死。在冬季施放氣球時，可以在放球前緩慢轉(zhuǎn)動雷達方位一圈，從低到高勻速轉(zhuǎn)動仰角，避免天線出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不靈而對自動跟蹤產(chǎn)生影響。

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作者簡介：梁雪蓮（1974-），女，漢族，大專學(xué)歷，廣東省從化市人，從事高空大氣探測工作。endprint