焦仲莉

(海西州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，青海 德令哈 817000)

我國是氣象災(zāi)害頻發(fā)的國家，氣象災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)和人民生活造成的損害和影響與日俱增。中國氣象局《氣象雷達(dá)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃(2017～2020年)》明確提出加強(qiáng)新一代氣象雷達(dá)的組網(wǎng)建設(shè)，而新一代多普勒氣象雷達(dá)是當(dāng)今世界上監(jiān)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生、發(fā)展最為有效的探測(cè)手段之一。雷達(dá)運(yùn)行過程中的電磁輻射主要來自雷達(dá)系統(tǒng)采集工序(RAD)，發(fā)射機(jī)通過旋轉(zhuǎn)拋物面天線向天空發(fā)射脈沖探測(cè)信號(hào)進(jìn)行空間掃描，使空中天線主射方向的電場(chǎng)強(qiáng)度增高，從而產(chǎn)生電磁輻射。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，對(duì)新一代多普勒氣象雷達(dá)電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目概況及技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目主要建設(shè)1部X波段雙偏振雷達(dá)系統(tǒng)，工作頻率為9300～9500MHz，脈沖峰值功率400W，天線最大增益44dBi，脈沖寬度1.0μs，脈沖重復(fù)頻率300Hz～3000Hz，雷達(dá)天線架設(shè)高度17.5m。主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)主要技術(shù)性能指標(biāo)

2 電磁環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702-2014)[1]、《輻射環(huán)境管理導(dǎo)則 電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T10.3-1996)[2]，電磁環(huán)境公眾曝露控制限值見表2。

表2 電磁環(huán)境公眾曝露控制限值

3 電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)

3.1 近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)劃分

發(fā)射天線近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)以瑞利距離d來劃分，d計(jì)算公式：

d=D2/λ

(1)

式中：D—天線的口徑，m；λ—波長，m。

經(jīng)計(jì)算可知，瑞利距離為80m，即近場(chǎng)區(qū)為以發(fā)射天線為中心80m范圍，80m外為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。

3.2 理論預(yù)測(cè)模式

根據(jù)《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則 電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器和方法》(HJ/T10.2-1996)[3]，微波雷達(dá)近場(chǎng)最大功率密度Pdmax計(jì)算公式為：

Pdmax=4Pt/S

(2)

式中：PT—送入天線凈功率，W；S—天線實(shí)際幾何面積，m2。

遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)軸向功率密度計(jì)算公式為：

(3)

式中：P—雷達(dá)發(fā)射機(jī)平均功率，W；G—天線增益(倍數(shù))；r—預(yù)測(cè)點(diǎn)與天線軸向直線距離，m。

雷達(dá)為脈沖調(diào)制工作狀態(tài)，屬于間歇性發(fā)射脈沖信號(hào)，脈沖寬度及占空比都較小。因此，為合理確定電磁環(huán)境影響控制范圍及周邊建筑限高，雷達(dá)發(fā)射機(jī)平均功率需考慮時(shí)間修正因子及占空比的影響，修正后的平均功率計(jì)算公式為：

P= P峰值×η×δ

(4)

式中：η—掃描時(shí)間修正因子，指電磁波在關(guān)注點(diǎn)的駐留時(shí)間與掃描時(shí)間的比值；δ—占空比，指脈沖重復(fù)頻率與脈沖寬度乘積。

3.3 理論預(yù)測(cè)結(jié)果

新一代多普勒氣象雷達(dá)天線有三種不同的掃描方式：PPI(平面位置掃描)、RHI(距離高度掃描)、VOI(體積掃描)[4]。其中以PPI 掃描對(duì)地面電磁環(huán)境影響最大。預(yù)測(cè)過程還應(yīng)重點(diǎn)考慮對(duì)地面輻射影響最大的角度，即雷達(dá)在仰角0.5°進(jìn)行0°～360°PPI 掃描。

經(jīng)預(yù)測(cè)，近場(chǎng)區(qū)峰值功率密度為800W/m2，遠(yuǎn)大于250W/m2公眾曝露控制限值要求；近場(chǎng)區(qū)平均功率密度最大為7.2mW/m2，滿足0.25W/m2公眾曝露控制限值要求；遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)主射方向的平均功率密度最大值為0.21mW/m2，滿足0.25W/m2公眾曝露控制限值要求；遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)主射方向峰值功率密度最大值為23.4W/m2，滿足250W/m2公眾曝露控制限值要求。

3.4 電磁環(huán)境影響控制范圍及建筑限高

由于雷達(dá)天線近場(chǎng)區(qū)峰值功率密度超標(biāo)，因此電磁環(huán)境影響控制范圍集中在近場(chǎng)區(qū)(以發(fā)射天線為中心80m范圍)，遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)不做管控要求。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)將雷達(dá)天線反射面底部水平面以上的范圍劃為電磁環(huán)境控制范圍，即以雷達(dá)塔樓地面海拔高度為基準(zhǔn)，近場(chǎng)范圍內(nèi)的建筑物高度不得超過天線架設(shè)高度(17.5m)。

4 電磁輻射防護(hù)措施

鑒于雷達(dá)運(yùn)行對(duì)電磁環(huán)境的影響特征，提出以下電磁輻射防護(hù)措施：

(1)雷達(dá)站址應(yīng)盡量避開城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃區(qū)，不僅可以保持好的凈空環(huán)境，降低遮蔽影響，也有利于減少對(duì)周圍環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響。

(2)雷達(dá)站區(qū)建筑物應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行電磁屏蔽。

(3)加強(qiáng)雷達(dá)的運(yùn)行管理，對(duì)雷達(dá)機(jī)房設(shè)備及天線進(jìn)行定期的檢查和維修，以確保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求。