浅析L波段气球过顶丢球的原因与对策

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摘要 L波段雷达气象探测系统现在已在全国80个探空站投入使用,而由于雷达性能原因,气球过顶丢球,致使记录不完整,尽管可以补放小球,但有时也会因为天气原因而无法补回,造成记录缺测。可见,避免气球过顶丢球在高空观测中是非常重要的,通过对L波段雷达基本原理及性能分析,总结出气球过顶原因、预防和过顶丢球时的操作方法,可提高新一代L波段雷达在探测过程中对探测目标的稳定跟踪水平,保证探测质量及探测资料的完整性、准确性,杜绝了因低空丢球导致重放球事件的发生。

关键词 L波段;雷达;波瓣宽度;过顶;丢球

中图分类号 TM77文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)12-0024-02

0引言

高空大气探测是获取天气变化资料的基本手段,是气象科学的最重要的基础,常规的高空探测又是大气探测系统中最重要的组成部分。L波段GFEL-1型自动跟踪二次雷达与GTSl型数字式电子探空仪系统作为高空探测系统的换代系统,具有较高测风精度和探测精度,自动化程度也大大地提高。此雷达系统是集跟踪雷达与数字无线通讯于一体的综合系统。因此,要熟练掌握L波段高空气象探测系统业务操作手册;努力学习专业基础知识;熟记探空专业技术规定;善于总结工作经验,多交流工作中遇到的问题。认真分析特殊情况,正确处理过顶丢球,把过顶丢球造成的损失减小到最小。避免缺测和重放球。取准取全第一手高空气象探测资料。为天气预报、气候分析和专业气象保障服务提供精确的高空气象资料。

1 气球过顶丢球的原因

在使用L波段雷达进行高空观测中经常出现低空丢球的现象,究其原因是因为L波段雷达的波瓣宽度窄,还有放球场地受限等原因造成。

1.1频率偏移

当GTSl型数字式探空仪回答器频率偏离L波段GFEL-1型自动跟踪二次雷达中心频率过大时,易造成信号弱,而在信号弱的情况下又容易造成旁瓣抓球。还有探空仪发射机回答发射机凹口的调整,若凹口太浅可调整发射机板上靠近发射机头附近的电位器,逆时针调节,使可凹口加深。但不能多凹口。

1.2 雷达天线上限位

由于L波段雷达仰角限制为-6~92°之间,不能反转180°。所以当仰角高于90°时,雷达天线不能翻转180°进行跟踪,雷达容易被卡住。又受方位转速的限制,极易造成过顶丢球。

1.3 没有根据地面风选择好放球点

大多台站一般都选取2个或2个以上放球点。值班员应根据放球时的地面风向、风速选择合适的放球场地,避免施放瞬间过顶丢球。如我站雷达设置在放球点的东面,如果地面为南风或东南风,且风速在2~3个m/s时极易过顶丢球。

1.4 放球前的准备工作没做好

放球时在地面没有调整好接收机增益,正常情况下放球前接收机增益应调至(30~50左右)。或是在地面没对准仪器,一直处于旁瓣跟踪状态。(可根据4条亮线的长短不一、凹口飘移、红灯闪烁等情况来判断是否旁瓣跟踪)。接受信号过程中没有及时调整接收机频率;正常情况下放球前接收机频率为1675±6MHZ,如果频率太偏会使信号飘逸造成旁瓣跟踪状态。

2 预防过顶丢球的对策

1) 做好放球前的准备工作

实验证明,放球时放球点距离雷达天线

2) 当发生过顶丢球时不必紧张,当在摄像头中能看到气球时,注意观察仰角变化,当仰角高于90°时,立即调整摄像头焦距,使气球变小在摄像头中可看见,然后调整天控按钮为手动,摇动雷达的方位和仰角,气球在视频中偏向那边就向那边摇,使气球居画面最中央。然后把天控调整为自动即可。如果距离跟踪误差过大,再调整距离。在斜距跟踪正常的情况下扇扫一下,如果扇扫时四条亮线没有变化说明抓住球了。

3)辅助班负责用经纬仪在放球瞬间跟雷达一起跟踪球影,在过顶丢球时辅助班可以通过对讲机报出气球在纬仪中的仰角、方位角,雷达操作员迅速将天控打为手动,摇雷达到指定位子,然后将天控打为自动。如果是晚上放球,一定要将灯笼准备好,蜡烛固定好并充分燃烧,以免出手蜡烛熄灭,在经纬仪里看不到球影。 当灯笼灭了在摄像头中看不到气球时,可根据地面风的大小、探空信号的强弱、增益大小来判断气球的位置。如地面风速小的情况下,把天控转为手动状态,将雷达仰角摇到50°左右,迅速转动方位360°。找到探空信号最强、增益最小的位置(正常情况下增益读数为30~50左右,而旁瓣抓球时增益会增大)处将天控打为自动,在斜距跟踪的情况下扇扫一下。如果扇扫时四条亮线没有变化,高度和气高大致相同说明抓住球了。否则,将雷达仰角上升6~8°重复上述操作,直至抓住气球。

4) 雷达在仰角>90°时,容易发生机械故障,即雷达仰角容易锁死在90°以上。发生这种情况时,可以迅速关掉雷达,再依次打开各开关,激活雷达,然后再进行上述步骤,尽快找回气球。避免失测补放小球和重放球。当过顶丢球时如果可以看到斜距时,还可根据高度计算出仰角值。计算仰角值的方法是知道高度和斜距,对边/斜边等于SinA然后用计算出的仰角值与转动方位360°来搜索气球的位置。台站可以计算出不同高度的仰角值,制成表格以备应急时使用。

5) 施放后,如果出现特殊情况雷达不能自动跟踪,又是雨雪的特殊天气,这时雷达操作人员也应保持镇定,快速将“天控”切换到手动状态,根据地面风向判断气球的大致运行轨迹,确定大致方位,然后跟综上斜距,根据斜距和气高(确保没有飞点)反算仰角,将天线摇到大致位置,在附近搜索一下即可快速抓住球。但切记在使用雷达的“扇扫”功能进行搜索时一定要保证斜距跟踪正确,否则系统会根据错误的斜距计算结果进行搜索,容易造成误判断,延误抓球时间,有时在仰角方位跟踪正确但斜距错误时使用“扇扫”功能反倒会造成丢球,而重放球。

总之,减少重放球需要注意各方面因素,在做好硬件的准备同时不断提高业务技能这一软件也很重要,熟练掌握各种操作的原理及方法,灵活应对各种突况,才可以从根本上避免重放球事件的发生。

参考文献

[1]王爱萍,李争凯,肖方荣,等.L波段雷达气球过顶跟踪要领.贵州气象,2007,31(6):44-45.