浅析L波段气球过顶丢球的原因与对策

王淑娟，汤峰昌 ，王红兴，王艳玲

郑州市气象局，河南郑州 450005

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＜25m时，因信号处于饱和状态，怎么摇雷达4条亮线都平齐，给人一种假象好像抓住球了。其实由于信号处于饱和状态无法判断是否真抓住球了很易造成旁瓣跟踪。所以，在调整增益时不要太过饱和，频率需调整。调整好雷达的增益和频率，天线对准探空仪，根据地面风选择放球点。还有电池的准备，电池浸泡或装配过早会损失过多的能量，因为电池放电时间大于90min，探空仪接上电池后。地面作业时间太长会使探空仪升空后由于电池能量消耗太多而影响探空仪发射机工作状态，如果放球时间长会使能量不足影响后来的信号。还有浸泡电池的水温在35°左右，放盐量3g以及电池的电压冬季应保持在20V而夏季应保持在18～19V即可。

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，灵活应对各种突发情况，才可以从根本上避免重放球事件的发生。

[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.