肖寧

（天津長蘆海晶集團有限公司，天津300450）

1 引言

氣象探測中天氣雷達起到至關(guān)重要的作用。目前世界上，各行各業(yè)對氣象探測的要求越來越高，常規(guī)雷達只能獲取云雨的強弱、范圍大小等信息，多普勒雷達除上述信息外，還能獲取降水粒子相對雷達的平均徑向運動速度和速度譜寬，從而在一定條件下，反演出大氣風場、氣流垂直速度的分布，以及湍流狀況等。多普勒天氣雷達的發(fā)明，為強對流天氣的探測、天氣系統(tǒng)的分析研究及人工影響天氣的試驗等氣象工作創(chuàng)造了新的局勢。

多普勒天氣雷達的基本原理是發(fā)射脈沖形式的電磁波，電磁波在向前傳播過程中遇到降水天氣系統(tǒng)或其他目標物會將電磁波向四面八方散射，其中向后散射的部分電磁波可以回到雷達，被雷達接收和處理。根據(jù)雷達回波的特征可以判斷降水天氣系統(tǒng)降水強弱和有無產(chǎn)生冰雹、龍卷和地面直線型風害的可能。

多普勒天氣雷達的主要應用領(lǐng)域包括強對流天氣的探測和預警、大范圍降水的監(jiān)視和雨量的定量估計、風場特征的判斷以及高分辨率數(shù)值天氣預報模式初值場的形成。然而多普勒天氣雷達具有一定的局限性，它對于遠距離的目標的探測能力降低，同時對于非常近的目標物的探測能力受限。

2 長蘆鹽場雷達應用對比

天津長蘆海晶集團氣象臺在臨近預報工作中使用兩種氣象雷達資料。其中C波段中頻相參多普勒天氣雷達為集團公司于2012年購買安裝在辦公樓頂，另外氣象臺還使用由天津市塘沽氣象局提供的多普勒雷達資料。這兩種雷達雖同為多普勒雷達，但個中參數(shù)及產(chǎn)品規(guī)模不同，實際使用效果存在差異。

2.1 C波段中頻相參多普勒天氣雷達

C波段中頻相參多普勒天氣雷達是安徽四創(chuàng)電子股份有限公司設(shè)計、開發(fā)研制的新一代C波段多普勒天氣雷達。該雷達發(fā)射電磁波，并接受從氣象目標散射的電磁波以發(fā)現(xiàn)氣象目標，能同時測定空中氣象目標的距離、方位或仰角。雷達采用同軸磁控管發(fā)射機，數(shù)字接收機直接采樣發(fā)射主波的頻率和初相位，從而可實現(xiàn)自動跟蹤和信號重構(gòu)，其系統(tǒng)改善因子可達到25dB以上，基本滿足多普勒功能要求。雷達對強降水天氣測量距離大于400km，而對雹云、龍卷、冰雹等中小尺度強天氣現(xiàn)象的有效檢測和識別距離大于150km，通過中頻相參技術(shù)，對徑向風速測量的范圍大于±36km/s。

C波段中頻相參多普勒天氣雷達由天饋分系統(tǒng)（天線罩、天線轉(zhuǎn)臺和饋線）、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、信號處理分系統(tǒng)、監(jiān)控/服分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理終端分系統(tǒng)以及電源分系統(tǒng)7個部分組成。其原理框圖如圖1所示。

圖1

C波段中頻相參多普勒天氣雷達終端具有友好的人機交互式界面，操作簡單，設(shè)置便捷，維護方便并具有較高的可靠性、穩(wěn)定性和可維性，擁有完善的安全保護措施。終端室配置兩臺計算機，一臺控制雷達并實時監(jiān)測周圍回波情況，另外一臺可同步接收雷達數(shù)據(jù)做產(chǎn)品分析。

2.2 濱海新區(qū)多普勒雷達

濱海新區(qū)氣象局使用的是S波段多普勒天氣雷達，由中美合資企業(yè)敏視達公司按照美國WSR88D的規(guī)格生產(chǎn)，其正式名稱為CINRAD-SA（國際上稱為WSR-98D）。它的計算機系統(tǒng)是相對工作站更為廉價的高檔PC機，使用WINDOWSNT作為操作系統(tǒng)。新一代天氣雷達由若干個子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)都由計算機控制。這些子系統(tǒng)是：雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA），雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）和主用戶終端子系統(tǒng)（PUP）以及連接它們的通訊線路。當雷達連續(xù)地工作時，大量的數(shù)據(jù)需要迅速地處理，因此要求使用高性能的計算機。計算機使用各種氣象算法來處理數(shù)據(jù)流。圖2描繪了來自RDA的基數(shù)據(jù)，如何經(jīng)過RPG中各種算法的處理，成為各種氣象和水文產(chǎn)品被最終顯示在用戶終端上。

2.3 實況雷達圖比對

本文選取了兩次天氣過程中同一時間點兩個雷達的基本反射率圖做比較。圖3與圖4為2018年8月7日7：00的雷達反射率圖，圖5與圖6為2018年8月18日8：54的雷達反射率圖。從中可以看出，鹽場雷達的分辨率高一些，顯示效果更清晰；雷達站周圍地物回波處理方面鹽場雷達的效果略好于塘沽雷達；另外由于塘沽雷達地理位置原因，其南部被個別高樓大廈遮擋，雷達回波約40°左右范圍不可見（如圖6），這導致在降水天氣過程中觀測南部對流單體的形成與運動軌跡只能依靠鹽場雷達。

圖2

圖3 鹽場雷達

圖4 塘沽雷達

圖5 鹽場雷達

圖6 塘沽雷達

3 結(jié)論

通過使用對比發(fā)現(xiàn)，鹽場雷達工作時間較短，在臨近預報時才開啟，并且只可做PPI掃描，無雷達產(chǎn)品；塘沽雷達全天候開啟做體掃，產(chǎn)品豐富。鹽場雷達相較塘沽雷達成本低，但有后續(xù)維修費用。塘沽氣象局提供的氣象服務還包含MICAPS、自動站等其他預報資料。總體而言，在氣象研究方面，塘沽雷達更有優(yōu)勢。

就本單位鹽業(yè)生產(chǎn)的實際情況來看，鹽場雷達地圖配置了鹽場區(qū)域范圍，實際表現(xiàn)情況優(yōu)于塘沽雷達，在鹽業(yè)氣象災害預報中更具有針對性。另外，鹽場雷達在內(nèi)存允許的前提下可以永久保存數(shù)據(jù)，塘沽雷達只提供一段時間的數(shù)據(jù)服務。所以對于本單位的鹽業(yè)生產(chǎn)來說，鹽場雷達的實用性更強。