高空气象探测雷达过顶丢球原因分析及对策

摘要：我国现已开始运营L波段雷达气象探测系统，目前分布在国内120座探空站内，考虑到雷达自身的性能属性，极易出现气球过顶丢球，这会使得信息记录不全面，纵然有补放小球的补救措施，不过如果天气比较恶劣，是不能抢救回来的，这必然会使得记录的精准性大大降低。由此可见，在进行高空观测时，要尽可能防止出现气球过顶丢球，在对L波段雷达相关原理和性能进行剖析之后，得出了气球过顶原因，并提出了预防措施和过顶丢球出现时的应对方案，进而提升L波段雷达在探测过程中对探测目标的稳定跟踪水平，保证整个探测过程的有效性，以及相关信息的完整性和精准性，避免出现由于低空丢球而引发重放球。

关键词：L波段；雷达；波瓣宽度；过顶；丢球

对于现有科技而言，收集天气变化情况最主要的方式就是进行高空大气探测，这也是气象科学的基石，一般的高空探测又归类于大气探测系统。当前国家记录在册的探空站数量有120座。国内的高空探测系统原先是运用的老旧的701系统，但是随着时代的发现，原有系统已然不能满足当前需要了，故而在2010年全面升级为L波段雷达探测系统。该系统不但具有当前世界先进水平，并且最主要的是国家对其拥有自主知识产权，其优势在于有着迅捷的信息采集能力、高超的探测精度以及强大的自动跟踪能力等。该系统是在跟踪雷达基础上发展而来的，然后还融入了先进的数字无线通讯技术。故而，对于L波段高空气象探测系统要有足够的认知，并能够灵活的运用。相关从业人员必须要夯实专业知识、学习掌握相关技术规定、积极进行工作总结和相关技术交流。针对实际情况，妥善处置过顶丢球，旨在将过顶丢球带来的损失降到最低。尽可能不要出现缺测和重放球事件。只有精准的捕获到最新的高空气象探测资料，才能够为气象工作提供可信的参考。

1气球过顶丢球的原因

实际运用情况表明，运用L波段雷达时低空丢球出现频率较高，经过分析发现，该雷达波瓣宽度比较窄，放球地点也会存在一定的限制。

（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，我们接受的信号就会变得极其微弱，这就会引发更大的连锁反应，出现旁瓣抓球。

（2）雷达天线上限位。考虑到L波段雷达角度控制在负六度到正九十二度之间，因此实现一百八十度反转是不现实的。因此仰角在九十度以上时，天线不存在一百八十度追踪，具体原因时这种情况工作设备很可能被卡死，还有一点就是方位转速也会对此进行制约，这就很容易出现过顶丢球了。

（3）没有把握好地面风情况，进而没有择取最好的放球点。一般的国内站台都会择取两个以上的放球点。工作人员的放球地点一般是结合当时的风速、风向综合决定的，需要注意的就是不要在放球的那个时刻发生过顶丢球。假设本站点雷达位于放球点以东，探测出风向为南风或东南风，这时候在速度升至2～3m/s时过顶丢球概率最高。

（4）在放球之前没有做出充足的准备。首先就是接收机增益调节问题，一般情况下该值应该在三十到五十之间。假如地上未设对准仪器，那么就会随时在旁瓣跟踪状态。还有一种情况就是在采集信息时，接收机频率调控不佳，一般情况下就是在球还未释放之前，频率值应该在1675MHZ，同时规定前后误差不能超过六个单位，实际情况下如果不在范围之内，那么信号就会变得飘忽不定，或者是出现旁瓣跟踪状态。

2预防过顶丢球的对策

（1）扎实落实放球准备工作，经过相关研究发现，在释放球体时放球的位置需要在雷达天线二十五米范围之内，由于这时的信号是在饱和状态，因此，无论如何晃动雷达四条亮线，发现它们都是平齐的，这就会让人错误的认为已经抓到了球。而真实的情况就是，饱和状态下用这种方法是不能判定有没有抓到球的，这会使得旁瓣跟踪状况的出现。故而，在增益调控时不能太饱和，频率需要调节到一定值。在增益和频率都处于较好位置时，将天线瞄准探空仪，然后测定地面风向，进而确定放球点。此外还要进行电池的相关准备，因为电池作为一个能源储存装置，不管是浸泡还是安装，时间太早都会使得能量损耗严重，在电池处于工作状态之后，地面还在做无用的工作，就会浪费电量，进而使得探空仪发射机不能正常运转，信号的接受上也会受到影响。浸泡电池的温度我们一般控制在三十五度左右，盐的含量一般在三克左右，电压方面夏季和冬季也是不一样的，冬季一般在二十伏，而夏季则会低一到两伏。

（2）如果出现过顶丢球也不必慌乱，如果在监控镜头内发现气球，那么就要看它的仰角，在超过九十度之后，通过改变焦距，使得气球呈现在屏幕上，转变天控按钮到手动模式，改变雷达的方位和仰角，摇晃的位置要与气球偏向一致，使得气球随时在屏幕中间。然后再将手动模式复位到自动上。当斜距跟踪稳定之后就扇扫一次，如果发现四条亮线未发生任何改变，那么就表明抓到了球。

（3）在整个过程中还需要辅助班的参与，他们会使用经纬仪追踪球影，过顶丢球出现之后，辅助班能够借助经纬仪测定相关仰角、方位角。此时依旧需要天控变为手动模式，摇晃雷达到指定方位，再转为自动。在夜空作业就需要有灯笼了，其目的是为了让经纬仪能够捕获目标。蜡烛燃烧殆尽之后，监控将失去目标，这时候就要参照风速、信号强度、增益值等判定气球方位。

（4）工程实践表明，雷达仰角在超过九十度之后，就很容易出现机械故障，也就是常说的卡死现象。这种情况出现之后，就要马上关闭雷达，然后再接通开关激活雷达，再重复上述过程，更快的找到气球，尽可能不要补放小球和重放球。在出现过顶丢球之后，如果能够测出斜距，那么也根据相关计算得出仰角值，此处计算就是简单的三角计算，就不作过多详述了。作为准备工作，站台也可以多测定一些不同高度的仰角值，将其作为应急情况下的备选参考。

（5）施放后可能会出现一些突发情况，使得雷达不能实现自动跟踪，如果天气再变得恶劣，那么情况就会变得比较危急。这时候操作人员依旧要保持冷静，将天控转为手动模式，根据风向判定气球行迹，进而追踪上斜距，根据斜距等值计算仰角，移动天线到目标位置，经过搜索就能够迅速捕获到气球。不过要注意的是，在使用“扇扫”时，斜距追踪一定要精准，不然系统进行追踪的参考就是错的，抓球的时间就会延迟，自然不能完成抓球。更有甚者在仰角跟踪正确时，扇扫出现问题反倒会出现丢球，乃至于重放球。

3结语

在进行高空气象探測时，难免会出现丢球等异常跟踪情况，相关工作人员要结合L波段雷达丢球的根本原因进行分析，进而采取对应的处理措施，在这个过程中一定要保持冷静，尽力在最短时间内追回气球，同时参照相关规定做好相应的数据处理工作。总而言之，要综合考虑各项因素减少重放球，在完善硬件设施的同时，也要加强相关人员的技能培训，使其了解各项操作的内涵，能够运用专业知识灵活处理各种突发情况，彻底杜绝重放球事件的出现。

参考文献：

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[2]李洁梅.L波段高空气象探测雷达操作特殊问题及处理方法[J]. 农业与技术，2013（5）：182-182.

[3]樊建华.高空气象探测雷达过顶丢球现象应对[J].科研，2017（3）：00147-00147.

作者简介：么俊峰，出生年月：1983年10月21日，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：辽宁省海城市，当前职务：副科长，当前职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：高空气象观测.