高空氣象探測雷達過頂丟球原因分析及對策

摘要：我國現已開始運營L波段雷達氣象探測系統，目前分布在國內120座探空站內，考慮到雷達自身的性能屬性，極易出現氣球過頂丟球，這會使得信息記錄不全面，縱然有補放小球的補救措施，不過如果天氣比較惡劣，是不能搶救回來的，這必然會使得記錄的精準性大大降低。由此可見，在進行高空觀測時，要盡可能防止出現氣球過頂丟球，在對L波段雷達相關原理和性能進行剖析之后，得出了氣球過頂原因，并提出了預防措施和過頂丟球出現時的應對方案，進而提升L波段雷達在探測過程中對探測目標的穩定跟蹤水平，保證整個探測過程的有效性，以及相關信息的完整性和精準性，避免出現由于低空丟球而引發重放球。

關鍵詞：L波段；雷達；波瓣寬度；過頂；丟球

對于現有科技而言，收集天氣變化情況最主要的方式就是進行高空大氣探測，這也是氣象科學的基石，一般的高空探測又歸類于大氣探測系統。當前國家記錄在冊的探空站數量有120座。國內的高空探測系統原先是運用的老舊的701系統，但是隨著時代的發現，原有系統已然不能滿足當前需要了，故而在2010年全面升級為L波段雷達探測系統。該系統不但具有當前世界先進水平，并且最主要的是國家對其擁有自主知識產權，其優勢在于有著迅捷的信息采集能力、高超的探測精度以及強大的自動跟蹤能力等。該系統是在跟蹤雷達基礎上發展而來的，然后還融入了先進的數字無線通訊技術。故而，對于L波段高空氣象探測系統要有足夠的認知，并能夠靈活的運用。相關從業人員必須要夯實專業知識、學習掌握相關技術規定、積極進行工作總結和相關技術交流。針對實際情況，妥善處置過頂丟球，旨在將過頂丟球帶來的損失降到最低。盡可能不要出現缺測和重放球事件。只有精準的捕獲到最新的高空氣象探測資料，才能夠為氣象工作提供可信的參考。

1氣球過頂丟球的原因

實際運用情況表明，運用L波段雷達時低空丟球出現頻率較高，經過分析發現，該雷達波瓣寬度比較窄，放球地點也會存在一定的限制。

（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，我們接受的信號就會變得極其微弱，這就會引發更大的連鎖反應，出現旁瓣抓球。

（2）雷達天線上限位。考慮到L波段雷達角度控制在負六度到正九十二度之間，因此實現一百八十度反轉是不現實的。因此仰角在九十度以上時，天線不存在一百八十度追蹤，具體原因時這種情況工作設備很可能被卡死，還有一點就是方位轉速也會對此進行制約，這就很容易出現過頂丟球了。

（3）沒有把握好地面風情況，進而沒有擇取最好的放球點。一般的國內站臺都會擇取兩個以上的放球點。工作人員的放球地點一般是結合當時的風速、風向綜合決定的，需要注意的就是不要在放球的那個時刻發生過頂丟球。假設本站點雷達位于放球點以東，探測出風向為南風或東南風，這時候在速度升至2～3m/s時過頂丟球概率最高。

（4）在放球之前沒有做出充足的準備。首先就是接收機增益調節問題，一般情況下該值應該在三十到五十之間。假如地上未設對準儀器，那么就會隨時在旁瓣跟蹤狀態。還有一種情況就是在采集信息時，接收機頻率調控不佳，一般情況下就是在球還未釋放之前，頻率值應該在1675MHZ，同時規定前后誤差不能超過六個單位，實際情況下如果不在范圍之內，那么信號就會變得飄忽不定，或者是出現旁瓣跟蹤狀態。

2預防過頂丟球的對策

（1）扎實落實放球準備工作，經過相關研究發現，在釋放球體時放球的位置需要在雷達天線二十五米范圍之內，由于這時的信號是在飽和狀態，因此，無論如何晃動雷達四條亮線，發現它們都是平齊的，這就會讓人錯誤的認為已經抓到了球。而真實的情況就是，飽和狀態下用這種方法是不能判定有沒有抓到球的，這會使得旁瓣跟蹤狀況的出現。故而，在增益調控時不能太飽和，頻率需要調節到一定值。在增益和頻率都處于較好位置時，將天線瞄準探空儀，然后測定地面風向，進而確定放球點。此外還要進行電池的相關準備，因為電池作為一個能源儲存裝置，不管是浸泡還是安裝，時間太早都會使得能量損耗嚴重，在電池處于工作狀態之后，地面還在做無用的工作，就會浪費電量，進而使得探空儀發射機不能正常運轉，信號的接受上也會受到影響。浸泡電池的溫度我們一般控制在三十五度左右，鹽的含量一般在三克左右，電壓方面夏季和冬季也是不一樣的，冬季一般在二十伏，而夏季則會低一到兩伏。

（2）如果出現過頂丟球也不必慌亂，如果在監控鏡頭內發現氣球，那么就要看它的仰角，在超過九十度之后，通過改變焦距，使得氣球呈現在屏幕上，轉變天控按鈕到手動模式，改變雷達的方位和仰角，搖晃的位置要與氣球偏向一致，使得氣球隨時在屏幕中間。然后再將手動模式復位到自動上。當斜距跟蹤穩定之后就扇掃一次，如果發現四條亮線未發生任何改變，那么就表明抓到了球。

（3）在整個過程中還需要輔助班的參與，他們會使用經緯儀追蹤球影，過頂丟球出現之后，輔助班能夠借助經緯儀測定相關仰角、方位角。此時依舊需要天控變為手動模式，搖晃雷達到指定方位，再轉為自動。在夜空作業就需要有燈籠了，其目的是為了讓經緯儀能夠捕獲目標。蠟燭燃燒殆盡之后，監控將失去目標，這時候就要參照風速、信號強度、增益值等判定氣球方位。

（4）工程實踐表明，雷達仰角在超過九十度之后，就很容易出現機械故障，也就是常說的卡死現象。這種情況出現之后，就要馬上關閉雷達，然后再接通開關激活雷達，再重復上述過程，更快的找到氣球，盡可能不要補放小球和重放球。在出現過頂丟球之后，如果能夠測出斜距，那么也根據相關計算得出仰角值，此處計算就是簡單的三角計算，就不作過多詳述了。作為準備工作，站臺也可以多測定一些不同高度的仰角值，將其作為應急情況下的備選參考。

（5）施放后可能會出現一些突發情況，使得雷達不能實現自動跟蹤，如果天氣再變得惡劣，那么情況就會變得比較危急。這時候操作人員依舊要保持冷靜，將天控轉為手動模式，根據風向判定氣球行跡，進而追蹤上斜距，根據斜距等值計算仰角，移動天線到目標位置，經過搜索就能夠迅速捕獲到氣球。不過要注意的是，在使用“扇掃”時，斜距追蹤一定要精準，不然系統進行追蹤的參考就是錯的，抓球的時間就會延遲，自然不能完成抓球。更有甚者在仰角跟蹤正確時，扇掃出現問題反倒會出現丟球，乃至于重放球。

3結語

在進行高空氣象探測時，難免會出現丟球等異常跟蹤情況，相關工作人員要結合L波段雷達丟球的根本原因進行分析，進而采取對應的處理措施，在這個過程中一定要保持冷靜，盡力在最短時間內追回氣球，同時參照相關規定做好相應的數據處理工作。總而言之，要綜合考慮各項因素減少重放球，在完善硬件設施的同時，也要加強相關人員的技能培訓，使其了解各項操作的內涵，能夠運用專業知識靈活處理各種突發情況，徹底杜絕重放球事件的出現。

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作者簡介：么俊峰，出生年月：1983年10月21日，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：遼寧省海城市，當前職務：副科長，當前職稱：助理工程師，學歷：大學本科，研究方向：高空氣象觀測.