淺析L波段氣球過頂丟球的原因與對策

王淑娟，湯峰昌 ，王紅興，王艷玲

鄭州市氣象局，河南鄭州 450005

0 引言

高空大氣探測是獲取天氣變化資料的基本手段，是氣象科學的最重要的基礎，常規的高空探測又是大氣探測系統中最重要的組成部分。L波段GFEL-1型自動跟蹤二次雷達與GTSl型數字式電子探空儀系統作為高空探測系統的換代系統，具有較高測風精度和探測精度，自動化程度也大大地提高。此雷達系統是集跟蹤雷達與數字無線通訊于一體的綜合系統。因此，要熟練掌握L波段高空氣象探測系統業務操作手冊；努力學習專業基礎知識；熟記探空專業技術規定；善于總結工作經驗，多交流工作中遇到的問題。認真分析特殊情況，正確處理過頂丟球，把過頂丟球造成的損失減小到最小。避免缺測和重放球。取準取全第一手高空氣象探測資料。為天氣預報、氣候分析和專業氣象保障服務提供精確的高空氣象資料。

1 氣球過頂丟球的原因

在使用L波段雷達進行高空觀測中經常出現低空丟球的現象，究其原因是因為L波段雷達的波瓣寬度窄，還有放球場地受限等原因造成。

1.1 頻率偏移

當GTSl型數字式探空儀回答器頻率偏離L波段GFEL-1型自動跟蹤二次雷達中心頻率過大時，易造成信號弱，而在信號弱的情況下又容易造成旁瓣抓球。還有探空儀發射機回答發射機凹口的調整，若凹口太淺可調整發射機板上靠近發射機頭附近的電位器，逆時針調節，使可凹口加深。但不能多凹口。

1.2 雷達天線上限位

由于L波段雷達仰角限制為-6～92°之間，不能反轉180°。所以當仰角高于90°時，雷達天線不能翻轉180°進行跟蹤，雷達容易被卡住。又受方位轉速的限制，極易造成過頂丟球。

1.3 沒有根據地面風選擇好放球點

大多臺站一般都選取2個或2個以上放球點。值班員應根據放球時的地面風向、風速選擇合適的放球場地，避免施放瞬間過頂丟球。如我站雷達設置在放球點的東面，如果地面為南風或東南風，且風速在2～3個m/s時極易過頂丟球。

1.4 放球前的準備工作沒做好

放球時在地面沒有調整好接收機增益，正常情況下放球前接收機增益應調至（30～50左右）。或是在地面沒對準儀器，一直處于旁瓣跟蹤狀態。（可根據4條亮線的長短不一、凹口飄移、紅燈閃爍等情況來判斷是否旁瓣跟蹤）。接受信號過程中沒有及時調整接收機頻率；正常情況下放球前接收機頻率為1675±6MHZ，如果頻率太偏會使信號飄逸造成旁瓣跟蹤狀態。

2 預防過頂丟球的對策

1） 做好放球前的準備工作

實驗證明，放球時放球點距離雷達天線＜25m時，因信號處于飽和狀態，怎么搖雷達4條亮線都平齊，給人一種假象好像抓住球了。其實由于信號處于飽和狀態無法判斷是否真抓住球了很易造成旁瓣跟蹤。所以，在調整增益時不要太過飽和，頻率需調整。調整好雷達的增益和頻率，天線對準探空儀，根據地面風選擇放球點。還有電池的準備，電池浸泡或裝配過早會損失過多的能量，因為電池放電時間大于90min，探空儀接上電池后。地面作業時間太長會使探空儀升空后由于電池能量消耗太多而影響探空儀發射機工作狀態，如果放球時間長會使能量不足影響后來的信號。還有浸泡電池的水溫在35°左右，放鹽量3g以及電池的電壓冬季應保持在20V而夏季應保持在18～19V即可。

2） 當發生過頂丟球時不必緊張，當在攝像頭中能看到氣球時，注意觀察仰角變化，當仰角高于90°時，立即調整攝像頭焦距，使氣球變小在攝像頭中可看見，然后調整天控按鈕為手動，搖動雷達的方位和仰角，氣球在視頻中偏向那邊就向那邊搖，使氣球居畫面最中央。然后把天控調整為自動即可。如果距離跟蹤誤差過大，再調整距離。在斜距跟蹤正常的情況下扇掃一下，如果扇掃時四條亮線沒有變化說明抓住球了。

3）輔助班負責用經緯儀在放球瞬間跟雷達一起跟蹤球影，在過頂丟球時輔助班可以通過對講機報出氣球在緯儀中的仰角、方位角，雷達操作員迅速將天控打為手動，搖雷達到指定位子，然后將天控打為自動。如果是晚上放球，一定要將燈籠準備好，蠟燭固定好并充分燃燒，以免出手蠟燭熄滅，在經緯儀里看不到球影。 當燈籠滅了在攝像頭中看不到氣球時，可根據地面風的大小、探空信號的強弱、增益大小來判斷氣球的位置。如地面風速小的情況下，把天控轉為手動狀態，將雷達仰角搖到50°左右，迅速轉動方位360°。找到探空信號最強、增益最小的位置（正常情況下增益讀數為30～50左右，而旁瓣抓球時增益會增大）處將天控打為自動，在斜距跟蹤的情況下扇掃一下。如果扇掃時四條亮線沒有變化，高度和氣高大致相同說明抓住球了。否則，將雷達仰角上升6～8°重復上述操作，直至抓住氣球。

4） 雷達在仰角＞90°時，容易發生機械故障，即雷達仰角容易鎖死在90°以上。發生這種情況時，可以迅速關掉雷達，再依次打開各開關，激活雷達，然后再進行上述步驟，盡快找回氣球。避免失測補放小球和重放球。當過頂丟球時如果可以看到斜距時，還可根據高度計算出仰角值。計算仰角值的方法是知道高度和斜距，對邊／斜邊等于SinA然后用計算出的仰角值與轉動方位360°來搜索氣球的位置。臺站可以計算出不同高度的仰角值，制成表格以備應急時使用。

5） 施放后，如果出現特殊情況雷達不能自動跟蹤，又是雨雪的特殊天氣，這時雷達操作人員也應保持鎮定，快速將“天控”切換到手動狀態，根據地面風向判斷氣球的大致運行軌跡，確定大致方位，然后跟綜上斜距，根據斜距和氣高（確保沒有飛點）反算仰角，將天線搖到大致位置，在附近搜索一下即可快速抓住球。但切記在使用雷達的“扇掃”功能進行搜索時一定要保證斜距跟蹤正確，否則系統會根據錯誤的斜距計算結果進行搜索，容易造成誤判斷，延誤抓球時間，有時在仰角方位跟蹤正確但斜距錯誤時使用“扇掃”功能反倒會造成丟球，而重放球。

總之，減少重放球需要注意各方面因素，在做好硬件的準備同時不斷提高業務技能這一軟件也很重要，熟練掌握各種操作的原理及方法，靈活應對各種突發情況，才可以從根本上避免重放球事件的發生。

[1]王愛萍,李爭凱,肖方榮,等.L波段雷達氣球過頂跟蹤要領.貴州氣象,2007,31(6):44-45.