高空探测中低空丢球或重放球的原因及应对措施

李新梅

（南阳市气象局，河南　南阳　473000）

高空探测中低空丢球或重放球的原因及应对措施

李新梅

（南阳市气象局，河南南阳473000）

高空气象探测资料是气象预报所需资料中不可或缺的部分，但是由于L波段GFEL-1型自动跟踪二次雷达其仰角被限制在-6°～ 92°之间，而不是-6°～ 180°。所以该雷达在跟踪气球时雷达天线不能翻转180度进行跟踪。又由于L波段雷达波瓣宽度比59—701型二次测风雷达波瓣宽度窄，测角精度提高了，但遇到丢球时操作人员找回目标较59—701型二次测风雷达困难，不能像59—701型雷达那样可以根据四条亮线就能把球迅速找回来。因此在仰角高于90°时往往由于方位跟不上而丢球。丢球的发生使高空探测资料失去了近地面层的记录。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.或因某些原因找不回气球而重放球。大大降低了资料的使用价值，并且还浪费物力、财力，避免气球过顶丢球及重放球在高空观测中是非常重要的。本文通过对L波段雷达基本原理及性能分析，不断总结实际工作经验，总结出气球过顶原因及预防过顶丢球时的操作方法，可供同类型台站借鉴。

L波段；雷达；波瓣宽度；过顶；丢球

南阳站地处豫西南，盛行东北风，按架设规定放球点应放在当地盛行风的下风方。故将放球点设在（雷达天线的）西偏南方向，便于雷达自动跟踪。但是遇有正西风、偏西风或静风时气球会直接从雷达顶部经过。由于L波段GFEL-1型自动跟踪二次雷达其仰角被限制在-6°～ 92°之间，而不是-6°～ 180°。所以该雷达在跟踪气球时雷达天线不能翻转180度进行跟踪。因此在仰角高于90°时往往由于方位跟不上而丢球。造成过顶丢球或重放球。由于雷达波瓣窄，手动抓球难度比较大加之雷达的转速有限。常常在规定时间内没能抓到球造成低空丢球或重放球。

1　低空过顶丢球主要有以下几种原因

1.1没有根据地面风选择好放球点。

大多台站一般都选取两个或两个以上放球点。从资料证明南阳多年的风玫瑰图中，出现最多的风是NE，其次是SW.可以此为根据选取放球点。备份放球场地的选择应考虑避免特殊风向时气球施放瞬间的过顶。南阳盛行东北风，放球点设在（雷达天线的）西南方向。但是遇有正西风、偏西风（包括SW、WSW、W、WMW且风速在2～3个米/秒）或静风时气球会直接从雷达顶部经过，造成过顶丢球或重放球。为避免西南风过顶，备份放球场最好设在东北向。所以在放球前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。遇有正西风、偏西风（包括SW、WSW、W、WMW且风速在2～3个米/秒时）或静风时就不能在西面放球而应更换放球点。这就需要值班员作认真的选择了。

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。

1.4放球前的准备工作没做好

1.4.1频率没有调好

放球前没有做好放球前的准备工作，频率没调到最佳状态。频率过大或过小。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。当探空仪回答器频率偏离雷达中心频率过大时也可调探空仪发射机回答发射机凹口，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

1.4.2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以内）。或是在地面雷达没对准仪器，一直处于旁瓣跟踪状态。

2　怎么预防过顶丢球或重放球。

2.1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，怎么摇雷达四条亮线都平齐，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。所以放球点在场地允许的情况下要尽量离雷达远一些。不能＜30M。

2.2做好放球前的准备工作，调整好雷达的增益和频率，使亮相处于最佳状态。根据地面风向选择放球点，天线对准探空仪。电池的准备也很重要，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17-18V即可。电池浸泡或装配过早会损失过多的能量，因为电池放电时间有限，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。

3　过顶丢球怎么办

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，手动抓球难度比较大加之雷达的转速有限。常常在规定时间内没能抓到球造成低空丢球或重放球。

3.1当有过顶倾向并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，使气球居摄像头画面最中央，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。

3.2增加辅助班，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。预防过顶丢球。

3.3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以内，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。

3.4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。

3.5当过顶丢球时如果可以看到斜距时，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。台站可以事先根据正常情况下斜距和对应的气高计算出不同高度的仰角值，制成表格以备应急时使用。横坐标为斜距，纵坐标为高度，根据H=R×SINδ每隔一定的度数画出一条仰角线，则可画出一组仰角射线，在抓球时可根据斜距和气高在这个图上快速查出大致仰角。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。

4　结论

4.1河南省处于暖温和亚热带气候交界的边缘地区，所以气候具有明显的过度性，属于北亚热带向暖温带过度的大陆性季风气候。因为河南优越的气候条件，使得河南的气象资料就显的格外重要。河南高空探测站共3个，分别为郑州、南阳、卢氏。其中卢氏站为单测风站。

4.2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少到最小。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，同时对国防和国民经济建设中也起着很重要的作用

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］中国气象局监测网络司L波段高空气象探测系统业务操作手册2005年2月

［2］中国气象局监测网络司L波段高空气象探测系统维护、维修手册2004年10月

［3］气象局大气探测技术中心L波段高空气象探测系统常见技术问题解答2006年11月

李新梅 （1980.3-），女，工程师，学士，研究方向：大气探测工作。

P412.2

A

1003-5168（2015）11-086-02