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(dá)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(dá)自身性能限制，經(jīng)常會因丟球影響氣象要素數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(dá)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(dá)；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(dá)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(dá)，該高空氣象監(jiān)測雷達(dá)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(dá)。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(jìn)行探測。自清遠(yuǎn)市氣象局使用L波段雷達(dá)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(dá)的測距和測角的精確度水平較高，使得雷達(dá)脈沖寬度和波瓣的寬度較窄，降低了雷達(dá)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(dá)工作基本原理

氣象部門在利用L波段雷達(dá)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(jìn)行實時監(jiān)控。在開展高空氣候監(jiān)測時，L波段雷達(dá)主要是對探空氣球的運行軌跡進(jìn)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(dá)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(dāng)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(dá)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(jìn)行計算。

L波段雷達(dá)在對高空中的溫度、濕度、氣壓觀測數(shù)據(jù)進(jìn)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(dá)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(jìn)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(dá)性能下降或故障。L波段雷達(dá)是一種自動化程度較高的新型雷達(dá)，為了延長其的使用壽命，在業(yè)務(wù)使用中，除了要正確進(jìn)行操作外，還要對其進(jìn)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(dāng)均會使雷達(dá)性能下降或者故障，因跟蹤異常而出現(xiàn)丟球。因雷達(dá)故障造成的丟球共有以下幾種：雷達(dá)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(dá)天線對準(zhǔn)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(dá)跟蹤異常；操作人員之間的配合不當(dāng)使得氣球施放時間提前或者延遲，造成L波段雷達(dá)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(dá)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(jìn)而造成回答器載波頻率出現(xiàn)漂移，一旦頻率變化在雷達(dá)工作頻率幅度以上，探空儀發(fā)射的頻率和雷達(dá)接收的頻率都會處于漂移狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)丟球。

三、避免高空氣象探測雷達(dá)丟球的對策

1.充分做好放球前的準(zhǔn)備工作。在放球中，如果放球地點同雷達(dá)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(dá)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(zhǔn)探空儀后需要認(rèn)真查看雷達(dá)自動跟蹤情況，確保雷達(dá)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(dá)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(jìn)而選擇合適的施放點，應(yīng)盡量選擇雷達(dá)下風(fēng)方向作為施放點，以提升施放氣球時雷達(dá)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(dá)側(cè)面進(jìn)行，應(yīng)適當(dāng)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(jìn)行認(rèn)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(dá)，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(zhǔn)備。

4.做好雷達(dá)日常維護工作。若高空探測丟球現(xiàn)象是雷達(dá)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(dá)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(dá)天線對準(zhǔn)探空儀后需要反復(fù)檢查，確保雷達(dá)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(zhǔn)備，避免在氣球出手瞬間雷達(dá)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(dá)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