1、1探讨 L 波段高空探测数据偏差问题摘要：随着我国科技水平的不断进步，我国在高空气象探测方面也在不断发展。其中，L 波段电子雷达探空仪在工作应用方面有其明显的优势，在高空气象探测方面发挥重要的作用。但在 L 波段高空实际气象探测过程中,也会出现一些常见问题,导致 L 波段高空气象探测的数据质量等受到一定的影响。本文通过对 L 波段高空气象探测中常见的问题进行深入分析,进而提出相应的解决措施。 关键词:L 波段; 高空气象探测; 数据偏差；常见问题; 解决措施 中图分类号：P4 文献标识码：A 文章编号： 由于气象预测与我们的日常生活息息相关，甚至关系到人们生活的生命财产安全，因此气象探测对于我
2、国人民有着相当重要的现实意义。随着科学技术的快速发展,各类高新设备也逐步被应用到气象探测工作中去,其中 L 波段电子雷达探空仪就是其中较为典型的一类。本文针对 L 波段电子雷达探空仪的常见问题进行一一分析,并提出相应解决措施。 1.1 雷达操作方面 由于雷达开机电压不稳或是速度过快,致使雷达天线出现突然抖动。如果任此问题继续发展,就会导致天线线缆接触不良,同时如有故障发生,也无法准确、快速地排除。解决措施:先将主机电源打开后再开机,然后将示波器等设备打开,驱动箱电源则最后开启。其原理则是一方面让主电源与驱动电源的开启有足够的时间间隔,以使预热充分,另一方面则是驱2动电源最后开启,能够有效避免其
3、他设备打开时所导致的电压不稳问题,从而使设备稳定运行得到保证。 1.2 在气球准备施放时 易产生天线抖动问题,此时雷达天控为自动跟踪状态,就会导致天线抖动,尤其是处于低仰角状态下时。此问题会对底层大气数据采集质量产生一定的影响,甚至导致在底层无法跟踪上探空仪。解决措施:在开启雷达主电源时,暂缓开启驱动箱电源,而先将放球软件界面的天空开关转到自动状态,再重新调为手动,再将驱动箱电源打开。 2 放球自动跟踪无法实现 由于 L 波段雷达有着较高的自动化程度,能够实现自地面开始的直接跟踪作业,但是放球器在大风天气时使用或是受到一定的场地限制,就会在放球过程中产生在地面上无法自动跟踪的问题。而此时如天控
4、开关处于自动状态,则会出现无法对目标物实施跟踪或是雷达下限位警报的问题,极易造成天线死位问题,甚至导致资料缺陷或是需要重新放球。解放措施:需要操作人员手动进行跟踪,保证天控在放球前处于手动状态,确定放球后,再手动控制天线方位与仰角,同时密切观察气球漂移的情况,利用摄像头对气球进行跟踪并将其始终在屏幕中央保持,整个过程在约 10 秒。如气球已放出且仰角已抬升,则可在气球稳定后转天控开关到自动档。为避免旁瓣抓球,在球影在摄像头中无法被观测的时候,则能够利用扇扫功能解决,同时对亮线平齐与否进行检查。除此之外,还应适当对距离按钮进行调整,使凹口回至竖线的中间位置。 3 调整调频的最佳状态与接收机增益
5、3最简单的调整频率方式是完成增益调节后,设置频率开关为自动状态,并将频率指示表将频率指示的频率数值,通常情况下在 1 6750MHz。而另一种方法则是先将小型发射机打开,将示波器的显示方式调为距离方式,对凹口进行观察,正常深度应是 1/32/3 范围内。如果凹口的两侧茅草相较其他茅草要高,则需要将频率升高,反之亦然。而在增益调节时,则要先将天线对着目标物,将示波器显示调为角度模式,并设增益为手动状态,此时操作人员就能够借助增益开关边上的按钮实现接收机增益的手动调节,而在上下调节时,则应仔细观测增益指示表相对应的数据变化情况以及示波器亮线状态,将增益调整至 23 格。如调整至增益指示表对应的最小
6、数据且示波器出现 4 条亮线饱和时,表示这时的增益是最为适合的。需要注意的是由于增益数据会随着放球的过程而出现一系列变化,因此必须随时观测并进行调节,确保所接收到的信号始终处于最佳状态。 4 人工追踪寻找 丢球问题通常发生于球升空时间短或是在地面时,丢球后的增益值通常在约 120dB。如距离已知,就能以气压为依据来进行高度的计算,最后将仰角值计算出来。比如,雷达丢球,不能接收探空仪的空间位置情况,却能够正常接收探空信号,无气压飞点, 620m 气球高度,从斜距角度能直视凹口 735m 的距离。这时,高度与斜距的比值为 620/735,即 0844,我们就能得出 58为仰角值,再固定仰角进行方位
7、的转动,就能够实现快速找到气球。 5 旁瓣跟踪分辨问题 在能见度较差的天气情况下,如大雨、大雾或是夜间放球后气球过顶4等情况时,气球不能从摄像机画面上被观察到,就极易产生旁瓣跟踪问题。如时间过长就会导致重放球或是缺测。旁瓣的前期判断除了观察 4 条亮线之外,还必须以其他现象为依据进一步确定。有旁瓣跟踪产生时的增益值通常在 150160dB 范围内,高度与气高有着较大的差值。而若高度值小于气高值,就升高 10仰角,若气高值小于高度值时,就降低 10仰角,同样进行天扇扫描。另外,夜间无法显示气高,这就需要在现场详细确定后方可,高度增加值每分钟的增加值范围应在 350400m 范围内,无论太低或是太
8、高,如有旁瓣跟踪,则应升高 10的仰角,再实施天线扇扫,这种方法在通常情况下都能够立即地发现旁瓣跟踪,同时立即修正。 6 未来发展趋势 在地面稳定环境情况下，L 波段高空气象探测系统 GTS1 探空仪气压传感器的测量存在一定偏差 ，平均不确定度约偏低 1.1 hPa，反应到高空大气探测中，100 hPa 时高度偏高约 37 m，到了 5 hPa 大气层，高度偏高就会达到 950 m 之多，此时因高度误差引起的温度测量误差就很难确定。以 GTS1 型探空仪气压传感器的不确定度平均偏差 1 hPa 来讨论，随探空仪的上升，高度探测越来越不够精确，甚至到了高空 5 hPa，测高偏差超过 950 m，
9、这对大气的探测和研究来说就显得稍大。为了提高高空探测的准确度，应该提高探空仪的技术要求，从而提高探空仪气压传感器的探测精度。L 波段雷达和 GTS1 型探空仪的测量高度都存在一定的偏差，GTS1 型探空仪的测量高度偏高，而 L 波段雷达的测量高度偏低。对于开展 5 hPa 高空业务来说，高精度探空仪的应用是高空气象探测未来发展的必然选择。 57 结语 综上所述,要保证 L 波段高空气象探测系统能够充分发挥其作用与功能,就必须从实际施工过程中对一些常见的问题进行深入分析,除了本文所述在硬件上的问题之外, L 波段高空气象探测在软件处理方面的问题也需要引起重视,比如软件与仪器号码不一致、飞点处理技
10、巧、放球时间纠正方法等等,进而提出有针对性的措施,使我国 L 波段高空气象探测再上一个新的台阶。 8 参考文献 1 姚霁 ，郑国光 ，郭亚田 ，等.气象探空测风软件系统的标准化研究J.应用气象学报，2004，15（1）：88-93. 2 朱兰娟 ，华行祥.杭州 L 波段和 592701 高空探测系统资料对比分析J.气象科技，2007，35（5）：750-754. 3 张立功，陈志斌，马文婷，等.L 波段雷达 电子探空仪系统对比观测分析J.气象科技，2007，35（1）：123-125. 4 李伟，刘凤琴 ，徐磊 ，等.L 波段高空气象探测系统软件J.气象科技 ，2008，36（2）：237-239. 5 中国气象局监测网络司.L 波段 （1 型 ）高空气象探测系统业务操作手册M.北京：气象出版社，2005：54，17-18. 6 孙敏峰 ，马舒庆 ，余莅萍 ，等.大桥厂 L 波段二次测风雷达系统业务试运行期间探测对比分析 C/首届气象仪器与观测技术交流和研讨会学术论文集.海口：中国气象学会，2001：70-74. 6
