高空觀測中氣球過頂丟球的處理方法淺析

劉一萍 華夢飛 胡曉亞 鄭燕

安慶市氣象局 安徽 安慶 246000

隨著人們生活水平的提高，對氣象服務要求是越來越高，為了提高氣象服務水平，需要做好高空氣象探測工作。在高空觀測工作中，由于L波段GFEL-1 型自動跟蹤二次雷達仰角在-6°～ 92°之間，所以在進行工作中容易發生丟球問題。如果發生了丟球問題，可以進行補放小球，但是也會因為天氣原因導致不能補回，造成高空觀測數據缺失，導致不能很好地開展氣象服務工作。

1 低空過頂丟球主要有以下幾種原因

1.1 頻率偏移

在高空觀測中，如果發生頻率偏移，就會造成低空過頂丟球問題。在具體操作中，當數字式探空儀回答器頻率偏離L波段自動跟蹤二次雷達中心頻率比較大的時候，可能會導致信號偏弱問題，造成旁瓣抓球，對高空觀測工作造成一定影響[1]。

1.2 沒有根據地面風選擇好放球點

在高空觀測中，如果沒有根據地面風選擇好放球點，就會造成低空過頂丟球問題。在高空觀測工作中，通常會選擇兩個以上的放球點。相關工作人員需要根據放球時候的地面風向和風速選擇合適的放球點，避免發生過頂丟球問題。

1.3 雷達天線上限位

在高空觀測中，由于L波雷達仰角受到限制，不能180°反轉。所以在工作中，在仰角大于90°時，雷達天線不能翻轉，而且雷達容易被卡主，導致過頂丟球問題發生，對高空觀測工作開展造成影響。

1.4 放球前的準備工作沒做好

在高空觀測中，如果放球前的準備工作沒有做到位，就會導致發生過頂丟球問題。在進行放球的時候，沒有對地面接收機增益進行合理調整，或者地面沒對準儀器，都會導致問題發生。

另外在工作中，沒有對接收機頻率進行合理的調整，導致發生旁瓣跟蹤狀態，不利于高空觀測工作順利進行。

2 怎么預防過頂丟球

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，怎么搖雷達四條亮線都平齊，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。

做好放球前的準備工作，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90分鐘，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及電池的電壓冬季應保持在20V而夏季應保持在18～19V就可以[2]。

3 過頂丟球的處理

①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。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探空一般應安排3人以上值班，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。④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。⑤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。⑥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。

4 結束語

在氣象行業的發展中，高空大氣探測是非常重要一部分，所以做好高空觀測工作對提升氣象服務質量有很大影響。在高空觀測中，如果發生過頂丟球問題，就會對高空觀測工作造成很大影響，所以在高空觀測工作中，需要對過頂丟球問題進行分析，然后采取相關措施，把過頂丟球所造成的損失降低到最低程度，更好地為氣象工作進行服務。