通遼新一代天氣雷達天線抬升前后探測環(huán)境對比分析

趙曉杰，宋玉紅，范志力，張建航

(通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

通遼新一代天氣雷達(CIDRAD/CB)，海拔高度177m，經(jīng)度122°15′39″E，緯度43°37′13″N，于2007年9月投入業(yè)務運行，隨著近十多年城市化進程速度加快，雷達站周邊高樓四起，雷達天線饋源距地面88m的高度已不再符合新一代天氣雷達觀測規(guī)定，以雷達大修技術改造建設項目為契機，擬在原址基礎上將天線底座抬升高度以改善探測環(huán)境，提高雷達數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

1 探測環(huán)境保護區(qū)分析

國內(nèi)雷達一般采用VCP21梯掃模式，通遼新一代天氣雷達為CINRAD/CB型號，其波束寬度在1°左右，最低工作仰角為0.5°。根據(jù)《氣象探測環(huán)境保護規(guī)范-天氣雷達站(GB31223-2014)》規(guī)范要求天氣雷達站一級保護區(qū)內(nèi)不應有任何障礙物，二級保護區(qū)雷達工作在最低仰角時，固孤立障礙物遮擋容限值一般取值為0.25°，周邊所有遮擋物的總遮擋方位角在5°以內(nèi)[1,2]。一級保護區(qū)和二級保護區(qū)對遮擋障礙物都有明確的高度限制。

通遼市常年處于西風帶的控制之下，主要天氣系統(tǒng)來向為西方，通遼新一代天氣雷達無地形阻擋，但有5處高樓遮擋(見表1)，建筑物主體高度均高于88m，在0.5°仰角雷達基本反射率產(chǎn)品顯示，金葉家園、城市之星累計遮擋方位角為6°；根據(jù)公式計算可以知道金葉家園、城市之星、鑫達大廈屬于一級保護區(qū)限定高度，對0.5°、1.5°仰角回波均有遮擋；蒙泰大廈、金融大廈位于二級保護區(qū)限制高度。雷達天線抬升前其限制高度均在遮擋物主體高度之下；雷達天線抬升6m后，除鑫達大廈以外，其他幾個建筑物主體高度均低于限制高度。

表1 通遼雷達天線抬升前后限制高度分析

2 凈空環(huán)境分析

根據(jù)天氣雷達探測環(huán)境保護規(guī)范，如果將雷達天線原址抬升6m，天線距地高度將達到94m。從圖1可以看出通遼地勢平坦無任何地形阻擋，只存在幾處高大建筑物阻擋，雷達天線抬升后東北一處最嚴重的高樓遮擋遮蔽角(鑫達大廈)從2°左右下降到1°左右，0.5°仰角累計遮擋方位角降為4°，1.5°仰角遮擋方位角降為1°，雷達天氣系統(tǒng)來向無任何遮擋，觀測環(huán)境明顯改善[3]。

圖1 通遼雷達天線抬升前后遮蔽角圖對比

3 一次降水過程分析

通過對通遼市新一代天氣雷達2020年9月3日16∶00時大范圍降水過程的0.5°仰角一次梯掃基數(shù)據(jù)進行解析，分析該站雷達波束阻擋情況。從圖2可以看出雷達周邊仍存在多處波束阻擋，基本都是近處的高大建筑物阻擋，不存在地形阻擋，雷達回波反映的實際狀況和凈空環(huán)境數(shù)據(jù)分析的結果基本吻合。

圖2 一次大范圍降水過程分析

天線抬高后遮擋仰角降低，遮擋范圍明顯減小，基本符合新一代天氣雷達探測規(guī)范中方位連續(xù)阻擋低于5°的要求，雷達回波連續(xù)性不影響雷達數(shù)據(jù)的正常使用，能夠滿足日常氣象決策服務的需求。

4 結束語

筆者從探測環(huán)境保護區(qū)和凈空環(huán)境條件兩方面入手，對通遼新一代天氣雷達天線抬升后探測環(huán)境進行評估分析，得出如下幾個結論：①雷達天線抬升6m后，周邊幾個主要建筑阻擋物的實體高度大部分都處于限制高度以下，探測環(huán)境改善明顯。②從凈空環(huán)境上來看，雷達天線抬升后，除鑫達大廈的遮蔽角超過0.5°，其他遮擋物的遮蔽角情況均符合新一代探測環(huán)境要求。③鑒于通遼新一代天氣雷達周邊城市化進展情況，若需徹底解決高大建筑物對該站雷達波束的阻擋，應重新選擇適合的雷達站址，進行遷站。