丹东雷达同频干扰与异常回波分析

杨 喆

(丹东市气象局,辽宁 丹东 118000 )

1 引言

新一代天气雷达是现代气象探测的主要工具之一，它为气象预报预测提供了丰富的产品。 这些产品对提高气象预报预测尤其是短时临近预报的时效性和准确率有着非常重要的作用， 而携带着气象信息的雷达回波是提供这些产品的基础和依据。 丹东雷达在2020年出现过多次异常回波，分别为“画饼”现象、同频同步干扰现象及自身异常现象，这三种情况基本涵盖了已出现的异常回波种类， 均为典型的非气象异常回波。 这些异常回波有的会对雷达产品应用造成影响， 有的则预示着雷达自身的运行情况和“健康”状态，所以，判断雷达回波的正常与否对雷达的维护保障和产品应用都有着非常重要的意义。

2 异常回波分析

由于雷达探测到的气象信息是由雷达回波携带返回并被雷达接收到， 因此正常的雷达回波生成的产品才有实际意义和应用价值 （不在本文讨论范围之内），但雷达异常回波却也有着特殊含义，以下分别就每种情况展开分析。

2.1 饼图现象

2020年4月22日 8-10时， 丹东雷达出现回波异常现象，通常形象地称之为“饼图”。 此种异常回波现象的特点是：满屏均出现均匀的“回波”（无回波部分由于该区域有遮挡物， 对雷达发射机做了消隐处理所致），在同次体扫内没有强度变化，呈现均匀分布状态。

实际上此种现象显示在屏幕上的并非雷达回波，而是雷达故障导致。 除了基本反射率图像的中心部位似乎有一些固定物回波外， 基本速度图像只有单一颜色的满屏的一张饼图， 此时的图像没有包含任何气象信息。 这种状态下，雷达接受到的回波信号在经过数字处理后，没有检出任何气象信息，因而生成了错误的图像产品， 预示了雷达接收机或者是雷达数字信号处理单元出现了故障， 需要人工干预排除故障。

2.2 同频同步干扰现象

2020年7月1日 14-18时， 雷达出现回波异常现象，表现为强度较大的射线形状回波，判断为同频同步干扰现象。

对基数据进行分析，在固定的（方位 249.5°）位置出现强度较大的射线形状回波。

继续查看其他仰角回波数据，在1.4°同样的方位依然存在明显射线状回波，在2.4°则出现了典型的同频干扰带来的“螺旋线”回波图。

续查看更高仰角回波（6°仰角），在同样的方位存在较强的射线状回波，从天气过程分析，在此时的12 km 高度处不应有这样的射线状回波。

继续对异常时刻的多普勒速度产品进行分析，异常时刻前后连续两个体扫中， 在对应方位出现大量紫色区域，通常为非相干信号（不是雷达发射遇到目标的返回信号）和距离折叠后出现。

继续查看更高仰角回波（2.4°仰角），多普勒速度也出现紫色螺旋线， 通常在这个仰角出现距离折叠的可能性很小， 更大的可能是外界干扰信号进而被雷达接收到所导致的。

分析雷达标定数据雷达反射率标定常数SYSCAL，变化范围仅0.18 dBZ，满足≤1 dBZ 的技术指标要求，说明雷达系统本身没有异常，仅外界干扰信号影响了雷达的噪声电平， 进一步判断为干扰信号所致。

综上所述， 无论从基数据的反射率和多普勒速度分析，还是从雷达本身的标定信号分析结果，均可以判断此次丹东雷达的异常回波图为外界同频干扰所致。

2.3 雷达自身异常现象

2020年7月3日 14时 26分， 雷达出现异常回波现象，表现为较小的条状射线回波，判断为雷达自身异常现象。 此种异常回波现象表现为较为窄小的扇形辐射状回波且出现的位置不固定， 在同一体扫周期内的不同仰角上随机出现，位置也不重合，当仰角升到1.5°时现象已然消失，虽然在速度产品中有紫色螺旋线产生，但因其固定方位上的射线回波较小，所以不能界定为同频干扰现象， 加之此次异常现象仅仅持续在一次体扫内（6 min），若为太阳信号干扰所致，会出现在连续体扫内，或者同次体扫内多次出现该现象。 所以更多的可能是由于雷达运转时间过长（丹东雷达已连续运转十年），减速箱齿轮磨损严重等原因， 致使天线运转速度不均匀或天线抖动产生的自身干扰现象， 也有可能是因为雷达收发转换器件老化或雷达各个功能单元不能完全同步等原因导致，虽然这一现象不会严重影响雷达产品的使用，但也预示着雷达的“健康”状态堪忧。

3 解决措施

当干扰发生频次较高时， 可以使用机外仪表进行频谱测试， 为进一步分析干扰信号和行政执法提供数据。 通常解决的方案有两种，一是查到干扰源并通过行政执法的方式将其关闭。 二是在无法关闭干扰源的情况下，可以采取紧急应急措施，找出在上次体扫中出现强干扰回波的方位角和仰角的范围，做紧急消隐处理避免丹东雷达受到干扰。 尤其在汛期内， 可以有效地避免丹东雷达受到干扰时影响全省回波拼图质量。

4 结论

对于雷达画饼现象， 多为雷达接收机或者是雷达数字信号处理单元出现了故障， 需要人工干预排除故障，对雷达进行停机检修；雷达出现同频干扰现象，应迅速采取应急措施，迅速判断并消隐该固定方位和仰角的所有回波， 查找干扰源或待干扰消失后再做相关处理工作； 若雷达出现自身异常导致回波短暂出现紊乱现象， 应对雷达本身状态加强观察和检查，保证雷达自身处于“健康”状态。 无论出现何种回波异常现象， 都要在不影响雷达指标功能的前提下采取应对措施，以达到最佳效果。