西峰新一代天氣雷達搬遷前后運行及應(yīng)用情況對比分析

田華，趙振昌，王燕凌，郭桐

西峰新一代天氣雷達搬遷前后運行及應(yīng)用情況對比分析

田華，趙振昌，王燕凌，郭桐

（甘肅省慶陽市氣象局，甘肅 慶陽 745000）

近年來，隨著城市經(jīng)濟社會快速發(fā)展，早期建設(shè)在城鎮(zhèn)的雷達站周圍高層建筑物越來越多，雷達探測環(huán)境遭受破壞的情況日益嚴重，已經(jīng)形成大范圍探測盲區(qū)，直接影響著氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警工作的有效開展，影響雷達觀測資料的完整性和準確性。甘肅省慶陽市西峰新一代天氣雷達2018年進行了臺站搬遷，通過搬遷前后雷達系統(tǒng)運行情況比較和資料應(yīng)用情況對比分析，提出了臺站搬遷對雷達系統(tǒng)影響和保障措施，供需要搬遷的臺站參考。

天氣雷達；搬遷；應(yīng)用情況；保障措施

1 西峰新一代天氣雷達概況

西峰新一代天氣雷達坐落于慶陽市西峰城區(qū)，2004-12建成投入業(yè)務(wù)運行后，對提高慶陽及周邊地區(qū)的災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警能力和人工影響天氣的指揮水平發(fā)揮著十分重要的作用。但是近年來隨著慶陽市城市建設(shè)步伐明顯加快，雷達探測環(huán)境日益惡化，根據(jù)慶陽市氣象局2015年調(diào)查情況統(tǒng)計，西峰雷達水平探測方向遮擋范圍達到170°以上，最高遮擋仰角達6°以上，在雷達可探測范圍內(nèi)，慶陽市行政區(qū)域?qū)⒔?/3的區(qū)域被遮擋，成為探測盲區(qū)，給強對流天氣的監(jiān)測預(yù)警及預(yù)警信號的發(fā)布造成了很大困難。

2018-05西峰雷達進行臺站搬遷，雷達系統(tǒng)整機搬遷至郊外，距離市區(qū)15 km。2018-06通過專家組驗收正式運行。通過2年多的業(yè)務(wù)運行，與搬遷前對比，統(tǒng)計雷達故障發(fā)生次數(shù)，分析雷達運行情況和雷達資料應(yīng)用情況，得出搬遷對雷達業(yè)務(wù)的影響，并提出保障措施。

2 雷達系統(tǒng)運行對比分析

雷達搬遷后故障發(fā)生次數(shù)明顯增多，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2015—2018-04雷達總共發(fā)生故障14次，2018-06搬遷后運行至2020-10，雷達共發(fā)生硬件故障23次，軟件故障4次，雷達故障發(fā)生率較搬遷前明顯增加。

通過分析雷達參數(shù)實際測量和故障發(fā)生原因，總結(jié)出雷達搬遷后存在以下幾個典型故障。

發(fā)射機系統(tǒng)故障頻繁。發(fā)射監(jiān)控分機經(jīng)常性出現(xiàn)“燈絲過流”“缺相故障”“IGBT過流”故障現(xiàn)象，根據(jù)故障狀態(tài)和參數(shù)測量對比分析得出，“燈絲過流”是燈絲偏磁分級提供的速調(diào)管燈絲電流過高引起的；“缺相故障”是速調(diào)管三相軸流風機的三相電壓或電流值輸入缺相所造成的；“IGBT過流”屬于高壓故障，充電控制板分機中驅(qū)動板檢測到賦能開關(guān)IGBT電流過高。綜合判斷，相關(guān)器件運行時間已較長，此次搬遷途中整機難免出現(xiàn)顛簸，造成了器件損耗，性能隨之出現(xiàn)下降，更換了三相軸流風機、充電控制板、燈絲偏磁分機后雷達發(fā)射系統(tǒng)運行有較大改善。

終端采集機與RVP8通訊中斷現(xiàn)象頻發(fā)。起初發(fā)生中斷后，將RVP8重啟后系統(tǒng)運行正常，但是持續(xù)時間不長又會發(fā)生中斷，維護人員最初更換兩者之間的數(shù)條通信線路，但故障仍存在。因RVP8屬于進口機器、國家級備件，臺站檢測、維修存在較大困難，因此向國家局申請更換RVP8，更換之后通過運行發(fā)現(xiàn)再無此故障發(fā)生，廠家人員與臺站保障人員分析，因此設(shè)備存在大量精密元器件，臺站搬遷過程中對某些精密元件造成影響。

雷達時常掉高壓。雷達系統(tǒng)正常運行時，突然出現(xiàn)高壓中斷不能正常運行，需要關(guān)掉雷達電源，重啟雷達后雷達可以正常運行。臺站保障人員通過不斷分析和排查，發(fā)現(xiàn)高壓機柜里的變壓器上方線路出現(xiàn)老化、銅絲暴露現(xiàn)象，導致線路出現(xiàn)打火現(xiàn)象，引起三相電波動，導致監(jiān)控系統(tǒng)故障報警。針對此故障，臺站隨即更換了雷達機柜里的數(shù)條老化線路。

發(fā)射功率下降。雷達搬遷后通過周維護測量發(fā)射功率，平均在220 kW左右，達不到指標要求（≥250 kW），通過廠家技術(shù)人員和臺站保障人員的多次參數(shù)測量，更換相關(guān)備件后，發(fā)現(xiàn)發(fā)射功率還是達不到指標要求，廠家相關(guān)專家分析，與雷達系統(tǒng)整體性能下降有關(guān)。

對比雷達搬遷前后運行情況發(fā)現(xiàn)，雷達系統(tǒng)經(jīng)過搬遷后，整體性能下降，加之雷達已連續(xù)運行多年，搬遷途中考慮到外界因素影響，雷達部分器件、線路出現(xiàn)老化，故障率高，故障維修難度大、成本高，維修周期長，進而影響了雷達的整體運行效能。

3 雷達資料應(yīng)用對比分析

西峰新一代雷達于2018-05搬遷后運行以來，徹底解決了由于北部嚴重遮擋導致的回波顯示不全等問題，在汛期區(qū)域性暴雨過程中，雷達回波顯示完整，給預(yù)報員和人影作業(yè)人員帶來了極大便利，起到了良好的指示作用。近3年來在短時、臨近天氣預(yù)報、冰雹、暴雨等災(zāi)害性天氣識別，重大社會活動氣象保障服務(wù)等方面發(fā)揮了重要的作用。

如在2018-07-10區(qū)域性暴雨過程中，雷達回波顯示完整，起到了良好的指示作用。預(yù)報員從西峰雷達的PPI上可以看出，2018-07-10暴雨雷達回波強度最強為40 dBz，大片面積的回波強度較小，是以層狀云為主的混合降水回波。平均徑向速度場上，過程中速度零線存在正S風隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流。從雷達圖分析可以看出，暴雨強度回波特征為層積混合云降水回波，強度不強但維持時間較長，徑向速度圖上可以反映出暖平流和暴雨輻合運動發(fā)展的變化過程，后期有冷鋒過境典型形式。此次過程國家測站及區(qū)域自動站中有22站次出現(xiàn)短時強降水，其中19：00—20：00共出現(xiàn)7站次短時強降水，20：00—21：00出現(xiàn)6站次短時強降水。結(jié)合2018-07-10T19：00—21：00地面站資料來看，較強降水的落區(qū)和西峰雷達高反射率區(qū)域較為一致，集中在環(huán)縣東部—慶城西部及中部—鎮(zhèn)原北部一帶。

但是根據(jù)慶陽市氣象臺、人影辦入汛以來雷達應(yīng)用情況反饋，搬遷后的雷達衰減較為明顯，在某些弱對流或小范圍強對流過程中指示作用不強。通過以下2個天氣過程個例分析可以看出：①2019-06-07午后到夜間，鎮(zhèn)原、環(huán)縣局地出現(xiàn)了冰雹及短時強降水。16：22的西峰雷達上顯示，鎮(zhèn)原西部存在小范圍強回波，最大強度位置處在其西南部，強度為40 dBz，回波邊緣破碎，不成體系，強度僅為10～30 dBz。而在同時次的寶雞雷達上，該對流單體的強度明顯較強、影響范圍明顯較廣——對流中心位于鎮(zhèn)原平泉一帶，中心最大回波強度為55 dBz。這與當日鎮(zhèn)原冰雹的實況較為吻合。對照地面降水資料來看，16：00—17：00雷達回波對流單體的位置——鎮(zhèn)原平泉出現(xiàn)了23.6 mm短時強降水，附近的郭原也有15.0 mm的較強降水。但對于出現(xiàn)在鎮(zhèn)原三岔33.8 mm、慶城土橋30.9 mm、寧縣平子24.3 mm的短時強降水，從西峰、寶雞兩部雷達上均未能監(jiān)測到對應(yīng)的回波。②2019-06-12T15：00前后，環(huán)縣西部部分地方出現(xiàn)了較強降水。從14：52西峰雷達上看，環(huán)縣境內(nèi)西北部為零散的片狀回波，小南溝附近最大強度為40 dBz，毛井附近最大回波強度為50 dBz，兩塊回波間斷明顯、不成體系。而在14：47固原雷達上，顯示的回波強度和范圍均較明顯，邊界較為清晰，小南溝及毛井附近強回波連成一線，形成了一條較短的東北—西南向帶狀回波；環(huán)縣西北部南湫附近也有35 dBz的小團回波。這與14：00—15：00環(huán)縣小南溝（17.9 mm）、劉園子煤礦（15.6 mm）、南湫（10.6 mm）一帶的較強降水基本一致。在16：13西峰雷達圖上，可以看到鎮(zhèn)原西部—環(huán)縣南部強回波已經(jīng)形成了一條較明顯的帶狀回波，最大強度55 dBz。

通過以上雷達資料應(yīng)用情況分析得出，西峰雷達對近距離的對流云監(jiān)測效果仍然較好，但是對遠距離的慶陽邊緣，由于衰減較強，監(jiān)測效果不理想，業(yè)務(wù)人員在利用雷達監(jiān)測研判災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展時，西峰雷達不能有效發(fā)揮其作用，也因此對隴東區(qū)域強對流天氣的監(jiān)測極為不利。

4 搬遷保障措施

雷達整機搬遷是一項耗時、耗力的項目工程，所以在雷達搬遷前需要制訂特別詳細的搬遷方案，通過前期實地調(diào)研，與廠家技術(shù)人員溝通，制定了《西峰新一代天氣雷達搬遷方案》，并需要做好以下準備工作：新雷達樓所需水、電到位，電梯通過驗收正常運行；檢查雷達機房已裝修好，機房電源、接地、防雷、綜合布線等功能正常；雷達新站址和舊站址之間的光纖網(wǎng)絡(luò)必須連接順暢，最好電信和聯(lián)通兩條光纖將新站聯(lián)入舊站的數(shù)據(jù)機房；配電室的發(fā)電機組能正常運行，油、冷卻液儲備充足，市電停電后保證整個新雷達站供電正常；雷達機房必須配備UPS、消防設(shè)備、溫濕度監(jiān)測儀、空調(diào)等；設(shè)備搬遷后的機柜擺放位置、設(shè)備連線要按照要求設(shè)計好，最大程度地保證搬遷的科學有序性；準備搬遷工作所需的設(shè)備、材料、工具等物品。在設(shè)備拆除、運輸、吊裝過程中盡可能排除一切外界因素，減少雷達器件、線路受外力影響，在雷達調(diào)試階段，對雷達系統(tǒng)進行一次全方位檢查，48 h拷機運行，更換參數(shù)不穩(wěn)定、不精準的器件和老化線路，確保雷達運行環(huán)境處于良好狀態(tài)。還有重要的一個環(huán)節(jié)就是要制訂《雷達搬遷應(yīng)急處理預(yù)案》，需要考慮到設(shè)備搬遷過程中發(fā)生碰撞、損壞、部件脫落等類似意外情況以及設(shè)備搬遷安裝后，雷達傳輸資料等相關(guān)業(yè)務(wù)無法正常傳輸?shù)惹闆r，做好相應(yīng)的應(yīng)急處理工作。

5 結(jié)束語

通過對雷達搬遷前后系統(tǒng)運行情況、產(chǎn)品資料應(yīng)用情況分析對比，雷達搬遷后有效解決了遮擋問題，在天氣過程監(jiān)測預(yù)警中也發(fā)揮了重要作用，但搬遷后雷達整機性能出現(xiàn)下降、雷達資料應(yīng)用性差、預(yù)報監(jiān)測效果不理想的問題。雷達搬遷對雷達系統(tǒng)會造成一定影響，在搬遷時按照規(guī)定流程做好每一個環(huán)節(jié)工作，同時也需要廠家和臺站專家給予一定的技術(shù)保障，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，將故障降到最低，提高新一代天氣雷達的社會效益和經(jīng)濟效益。

［1］馬勝萍.氣象雷達維護與維修［M］.北京：氣象出版社，2014.

［2］趙瑞金，趙現(xiàn)平，董保華，等.CINRAD/SA雷達故障統(tǒng)計分析［J］.氣象科技，2006（3）：344-348.

［3］李強，劉永亮.新一代天氣雷達發(fā)射機故障個例診斷與分析［J］.氣象水文海洋儀器，2010（2）：109-110，113.

TN959.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.066

2095－6835（2021）08－0162－02

田華（1990—），男，大學本科，慶陽市氣象局西峰天氣雷達站助理工程師，研究方向為新一代天氣雷達觀測及保障維護。

〔編輯：王霞〕