肖寧

（天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津300450）

1 引言

氣象探測(cè)中天氣雷達(dá)起到至關(guān)重要的作用。目前世界上，各行各業(yè)對(duì)氣象探測(cè)的要求越來(lái)越高，常規(guī)雷達(dá)只能獲取云雨的強(qiáng)弱、范圍大小等信息，多普勒雷達(dá)除上述信息外，還能獲取降水粒子相對(duì)雷達(dá)的平均徑向運(yùn)動(dòng)速度和速度譜寬，從而在一定條件下，反演出大氣風(fēng)場(chǎng)、氣流垂直速度的分布，以及湍流狀況等。多普勒天氣雷達(dá)的發(fā)明，為強(qiáng)對(duì)流天氣的探測(cè)、天氣系統(tǒng)的分析研究及人工影響天氣的試驗(yàn)等氣象工作創(chuàng)造了新的局勢(shì)。

多普勒天氣雷達(dá)的基本原理是發(fā)射脈沖形式的電磁波，電磁波在向前傳播過(guò)程中遇到降水天氣系統(tǒng)或其他目標(biāo)物會(huì)將電磁波向四面八方散射，其中向后散射的部分電磁波可以回到雷達(dá)，被雷達(dá)接收和處理。根據(jù)雷達(dá)回波的特征可以判斷降水天氣系統(tǒng)降水強(qiáng)弱和有無(wú)產(chǎn)生冰雹、龍卷和地面直線型風(fēng)害的可能。

多普勒天氣雷達(dá)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括強(qiáng)對(duì)流天氣的探測(cè)和預(yù)警、大范圍降水的監(jiān)視和雨量的定量估計(jì)、風(fēng)場(chǎng)特征的判斷以及高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式初值場(chǎng)的形成。然而多普勒天氣雷達(dá)具有一定的局限性，它對(duì)于遠(yuǎn)距離的目標(biāo)的探測(cè)能力降低，同時(shí)對(duì)于非常近的目標(biāo)物的探測(cè)能力受限。

2 長(zhǎng)蘆鹽場(chǎng)雷達(dá)應(yīng)用對(duì)比

天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)氣象臺(tái)在臨近預(yù)報(bào)工作中使用兩種氣象雷達(dá)資料。其中C波段中頻相參多普勒天氣雷達(dá)為集團(tuán)公司于2012年購(gòu)買(mǎi)安裝在辦公樓頂，另外氣象臺(tái)還使用由天津市塘沽氣象局提供的多普勒雷達(dá)資料。這兩種雷達(dá)雖同為多普勒雷達(dá)，但個(gè)中參數(shù)及產(chǎn)品規(guī)模不同，實(shí)際使用效果存在差異。

2.1 C波段中頻相參多普勒天氣雷達(dá)

C波段中頻相參多普勒天氣雷達(dá)是安徽四創(chuàng)電子股份有限公司設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)研制的新一代C波段多普勒天氣雷達(dá)。該雷達(dá)發(fā)射電磁波，并接受從氣象目標(biāo)散射的電磁波以發(fā)現(xiàn)氣象目標(biāo)，能同時(shí)測(cè)定空中氣象目標(biāo)的距離、方位或仰角。雷達(dá)采用同軸磁控管發(fā)射機(jī)，數(shù)字接收機(jī)直接采樣發(fā)射主波的頻率和初相位，從而可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和信號(hào)重構(gòu)，其系統(tǒng)改善因子可達(dá)到25dB以上，基本滿足多普勒功能要求。雷達(dá)對(duì)強(qiáng)降水天氣測(cè)量距離大于400km，而對(duì)雹云、龍卷、冰雹等中小尺度強(qiáng)天氣現(xiàn)象的有效檢測(cè)和識(shí)別距離大于150km，通過(guò)中頻相參技術(shù)，對(duì)徑向風(fēng)速測(cè)量的范圍大于±36km/s。

C波段中頻相參多普勒天氣雷達(dá)由天饋分系統(tǒng)（天線罩、天線轉(zhuǎn)臺(tái)和饋線）、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、監(jiān)控/服分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理終端分系統(tǒng)以及電源分系統(tǒng)7個(gè)部分組成。其原理框圖如圖1所示。

圖1

C波段中頻相參多普勒天氣雷達(dá)終端具有友好的人機(jī)交互式界面，操作簡(jiǎn)單，設(shè)置便捷，維護(hù)方便并具有較高的可靠性、穩(wěn)定性和可維性，擁有完善的安全保護(hù)措施。終端室配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)控制雷達(dá)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周?chē)夭ㄇ闆r，另外一臺(tái)可同步接收雷達(dá)數(shù)據(jù)做產(chǎn)品分析。

2.2 濱海新區(qū)多普勒雷達(dá)

濱海新區(qū)氣象局使用的是S波段多普勒天氣雷達(dá)，由中美合資企業(yè)敏視達(dá)公司按照美國(guó)WSR88D的規(guī)格生產(chǎn)，其正式名稱為CINRAD-SA（國(guó)際上稱為WSR-98D）。它的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是相對(duì)工作站更為廉價(jià)的高檔PC機(jī)，使用WINDOWSNT作為操作系統(tǒng)。新一代天氣雷達(dá)由若干個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)都由計(jì)算機(jī)控制。這些子系統(tǒng)是：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA），雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）和主用戶終端子系統(tǒng)（PUP）以及連接它們的通訊線路。當(dāng)雷達(dá)連續(xù)地工作時(shí)，大量的數(shù)據(jù)需要迅速地處理，因此要求使用高性能的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用各種氣象算法來(lái)處理數(shù)據(jù)流。圖2描繪了來(lái)自RDA的基數(shù)據(jù)，如何經(jīng)過(guò)RPG中各種算法的處理，成為各種氣象和水文產(chǎn)品被最終顯示在用戶終端上。

2.3 實(shí)況雷達(dá)圖比對(duì)

本文選取了兩次天氣過(guò)程中同一時(shí)間點(diǎn)兩個(gè)雷達(dá)的基本反射率圖做比較。圖3與圖4為2018年8月7日7：00的雷達(dá)反射率圖，圖5與圖6為2018年8月18日8：54的雷達(dá)反射率圖。從中可以看出，鹽場(chǎng)雷達(dá)的分辨率高一些，顯示效果更清晰；雷達(dá)站周?chē)匚锘夭ㄌ幚矸矫纣}場(chǎng)雷達(dá)的效果略好于塘沽雷達(dá)；另外由于塘沽雷達(dá)地理位置原因，其南部被個(gè)別高樓大廈遮擋，雷達(dá)回波約40°左右范圍不可見(jiàn)（如圖6），這導(dǎo)致在降水天氣過(guò)程中觀測(cè)南部對(duì)流單體的形成與運(yùn)動(dòng)軌跡只能依靠鹽場(chǎng)雷達(dá)。

圖2

圖3 鹽場(chǎng)雷達(dá)

圖4 塘沽雷達(dá)

圖5 鹽場(chǎng)雷達(dá)

圖6 塘沽雷達(dá)

3 結(jié)論

通過(guò)使用對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鹽場(chǎng)雷達(dá)工作時(shí)間較短，在臨近預(yù)報(bào)時(shí)才開(kāi)啟，并且只可做PPI掃描，無(wú)雷達(dá)產(chǎn)品；塘沽雷達(dá)全天候開(kāi)啟做體掃，產(chǎn)品豐富。鹽場(chǎng)雷達(dá)相較塘沽雷達(dá)成本低，但有后續(xù)維修費(fèi)用。塘沽氣象局提供的氣象服務(wù)還包含MICAPS、自動(dòng)站等其他預(yù)報(bào)資料?？傮w而言，在氣象研究方面，塘沽雷達(dá)更有優(yōu)勢(shì)。

就本單位鹽業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況來(lái)看，鹽場(chǎng)雷達(dá)地圖配置了鹽場(chǎng)區(qū)域范圍，實(shí)際表現(xiàn)情況優(yōu)于塘沽雷達(dá)，在鹽業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)中更具有針對(duì)性。另外，鹽場(chǎng)雷達(dá)在內(nèi)存允許的前提下可以永久保存數(shù)據(jù)，塘沽雷達(dá)只提供一段時(shí)間的數(shù)據(jù)服務(wù)。所以對(duì)于本單位的鹽業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，鹽場(chǎng)雷達(dá)的實(shí)用性更強(qiáng)。