L波段雷達(dá)探空實際操作中常見問題及處理方法探討

張倚晨,張銀廷,譚炳全

(重慶市沙坪壩區(qū)氣象局,重慶 沙坪壩 400030)

L波段雷達(dá)探空實際操作中常見問題及處理方法探討

張倚晨,張銀廷,譚炳全

(重慶市沙坪壩區(qū)氣象局,重慶 沙坪壩 400030)

通過對L波段雷達(dá)探空業(yè)務(wù)操作中需重點注意的易錯環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,并根據(jù)具體情況指出錯誤原因和提出處理方法。

L波段雷達(dá);探空觀測;注意事項

1 引言

L波段探空系統(tǒng)是我國自主研制的新一代探空系統(tǒng),它由二次測風(fēng)雷達(dá)和 GTS1型數(shù)字電子探空儀配合探測,能夠?qū)牡孛嬷?30Km大氣層的氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速 5個氣象要素進(jìn)行綜合探測,也可以進(jìn)行風(fēng)向和風(fēng)速的單獨探測。它具有探測精度高、采樣速率快、使用方便等特點,實現(xiàn)了高空氣象探測儀器的數(shù)字化和自動化,為氣象預(yù)報和氣候研究提供基礎(chǔ)的氣象資料,服務(wù)于國家的經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和人民生活的需求。

為確保高空探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確,使 L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)更好地發(fā)揮其作用,應(yīng)在日常工作中注意以下事項。

2 放球前的準(zhǔn)備工作

2.1 探空儀、雷達(dá)狀態(tài)的檢查

探空儀經(jīng)過長途運輸和存放,其機(jī)械和電路部分可能出現(xiàn)松脫、銹蝕和臟污等現(xiàn)象,所以在放球前要對其進(jìn)行仔細(xì)全面的檢查和維護(hù)。取出待放探空儀,檢查盒蓋部分支架上的溫度傳感器 (即熱敏電阻)及連接絲有無斷裂現(xiàn)象,檢查發(fā)射板、智能轉(zhuǎn)換板及盒蓋部分各焊點有無虛焊、漏焊現(xiàn)象,檢查發(fā)射板與智能轉(zhuǎn)換板連接處有無接觸不實現(xiàn)象。

放球前 40min,運行“放球軟件”,依次打開雷達(dá)的總電源開關(guān)、驅(qū)動箱電源開關(guān)、示波器電源開關(guān)、發(fā)射高壓開關(guān),并根據(jù)指示燈檢查雷達(dá)、發(fā)射機(jī)的運行是否正常,檢查驅(qū)動箱上 A(仰角)、E(方位角)綠指示燈是否亮起。放球前 10min,將裝配好的探空儀懸掛于室外放球點處 (探空儀距地高度不超過4m)后,立即回到控制室檢查探空儀回答信號,并調(diào)節(jié)雷達(dá)頻率使其達(dá)到最佳。具體操作步棸是,打開攝像頭,將雷達(dá)天線手動對準(zhǔn)探空儀方向,置小發(fā)射機(jī)按鈕于開啟狀態(tài),在示波器距離顯示模式下檢查是否存在回波凹口。若存在回波凹口,表示探空儀回答器正常工作,此時,切換到示波器角度顯示模式下,調(diào)節(jié)雷達(dá)頻率和增益,使四條亮線平齊,以亮線頂端出現(xiàn)“火柴頭”這一特征為最好,調(diào)節(jié)后,再次切換到示波器距離顯示模式下,此時回波凹口應(yīng)位于豎線中央。若進(jìn)過初步檢查和頻率調(diào)節(jié)后,仍然沒有出現(xiàn)回波凹口,則應(yīng)該更換探空儀,重新進(jìn)行基測后再施放。

需要補充的是,在放球過程中,由于頻率發(fā)生漂移、地物干擾等情況造成信號減弱,導(dǎo)致回波凹口不能自動跟蹤,即回波凹口偏離豎線中央,此時,應(yīng)及時調(diào)整頻率并按動距離增大/減小按鈕進(jìn)行手動跟蹤,使回波凹口再次回到豎線中央。

2.2 電池的浸泡

GTS1數(shù)字探空儀使用的電池為注水鎂氯化亞銅電池,使用前需要在氯化鈉溶液里進(jìn)行浸泡處理。其浸泡涉及氯化鈉溶液的濃度、浸泡時間及水溫。冬季氣溫低,浸泡電池的水溫可以高些,通常在 60℃左右,氯化鈉溶液濃度在 5%左右,時間在 5～6min。夏季氣溫高,水溫通常掌握在 45℃左右,氯化鈉溶液濃度則在 3%左右,浸泡時間 5min為佳,電池的電壓一般在 17～20V即可。用這種方法浸泡出的電池,電壓穩(wěn)定、波動幅度較小。需要注意的是,浸泡電池的時間要嚴(yán)格控制,若時間過短,電極板之間部分因沒有與溶液充分接觸而導(dǎo)致電壓低,功率小,若時間過長,則電池容易發(fā)生短路。

2.3 探空儀濕度感應(yīng)元件的老化

探空儀濕敏電阻片 (簡稱濕度片)是一個二次特性感應(yīng)元件,其測濕原理采用電阻值與濕度的比對方式,即濕度片的一個電阻值對應(yīng)一個濕度值,但電阻值除了受相對濕度的影響外,還受到溫度的影響,并隨時間變化有所漂移,所以在使用前要對其基點進(jìn)行確定 (濕度為 0%時適度片的電阻值)。基點進(jìn)行確定時應(yīng)將其置入基測箱讀取基準(zhǔn)溫度T0和基極電阻R0。特別注意的是,T0、R0的變化對相對濕度影響很大,若讀取不準(zhǔn)確,則會造成整份記錄的系統(tǒng)性誤差,影響探測的準(zhǔn)確性。

在讀取T0、R0之前,要將濕度片置入基測箱的高濕、低濕瓶中進(jìn)行老化。老化時,首先要注意濕度片兩側(cè)的電極與高濕瓶、低濕瓶插槽兩個接觸點的接觸是否良好,其次,老化時間要充分,在南方低濕的情況下,即使T0、R0看上去已經(jīng)趨于穩(wěn)定,也還是應(yīng)老化足夠 3min。

2.4 雷雨天氣的注意事項

GTS1型數(shù)字探空儀在雷雨大風(fēng)天氣情況下施放時,易因為被雷電擊中、內(nèi)部進(jìn)水等造成信號消失至使探測終止無法獲得正常的高空資料,甚至造成本次探測的記錄全部缺測。同時,暴露的感應(yīng)元件被雨水淋濕失去特性后則會導(dǎo)致探測資料無法使用。因此,遇雷雨天氣時在放球前采取相應(yīng)措施,有效預(yù)防探空儀信號的突失十分必要。

GTS1型數(shù)字探空儀內(nèi)部是由發(fā)射板和智能板相連接,并通過智能板上的插口連接電池和溫、濕傳感器,從外觀上看,探空儀紙盒蓋凹陷,兩邊各有一條小縫,保溫盒與盒蓋之間也有縫隙。雷雨天氣時,當(dāng)探空儀經(jīng)過對流層,受到氣流的強(qiáng)烈震蕩和雨水的沖擊后,容易造成各連接和插口處松動引起發(fā)射板或智能板斷路;同時,雨水很容易通過紙盒縫隙處滲入到保溫盒內(nèi),引起發(fā)射板或智能板短路。以上兩種現(xiàn)象都會導(dǎo)致探空儀信號的突失,所以,在雷雨天氣裝配探空儀時,應(yīng)保證發(fā)射板和智能板連接緊密,電池和溫、濕感應(yīng)器插口牢固,并用透明膠帶把保溫盒和盒蓋之間的縫隙粘緊。

同時,GTS1型數(shù)字探空儀的濕度感應(yīng)元件 (即濕度片)是裸露在外的,頂部只有一個盒蓋遮擋。在雷雨天氣放球過程中,濕度片很容易因沾上雨水而導(dǎo)致探測到的濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移、跳變等情況。為了避免濕度片濺上雨水,應(yīng)盡量減少施放前在室外暴露的時間,盡可能將探空儀掛在裝配亭的背風(fēng)處,并可采取適當(dāng)遮擋處理。若雨太大,可適當(dāng)推遲放球時間,等雨小后再放。

還應(yīng)注意的是,雷雨天氣氣球的升速相對較慢,若氣球的升速過慢,其在對流層受顛簸的時間就會長,信號突失的概率就增大,若升速較快儀器便能很快穿過對流層,便可以減少或避免低空信號突失。因而在雷雨天氣下充灌氫氣的凈舉力要視情況比平常多。

3 放球中易出現(xiàn)的問題

3.1 放球瞬間丟球的處理

氣球出手后,放球人員應(yīng)迅速回到雷達(dá)天線處,觀察雷達(dá)天線是否自動跟蹤氣球,若發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線跟蹤不正確,即瞬間丟球,此時應(yīng)立即通過對講機(jī)指揮微機(jī)操作員手動抓球。微機(jī)操作員應(yīng)迅速將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為手動狀態(tài),根據(jù)放球人員給予的氣球位置指示,搖動天線控制手柄追蹤氣球。待確定雷達(dá)天線對準(zhǔn)氣球后 (即示波器四條亮線平齊),還應(yīng)調(diào)節(jié)頻率,使之為最佳。隨后,將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動跟蹤狀態(tài),并在示波器距離顯示模式下,調(diào)整距離按鈕,使凹口回波回到豎線中央。

3.2 探空亂碼的刪除

探測過程中,溫、壓、濕數(shù)據(jù)有時會出現(xiàn)一些亂碼飛點,首先應(yīng)選擇“自動修改溫、壓、濕曲線”功能。若此功能仍不能糾正亂碼,則應(yīng)放大溫、壓、濕曲線,手動選定一點或一段飛點處,雙擊鼠標(biāo)左鍵刪除,盡量使得探測曲線平滑有規(guī)律。

3.3 測風(fēng)斜距不正常的處理

在探測過程中,會因雷達(dá)、探空儀問題使得示波器上的凹口變?nèi)趸蛘呦?造成斜距不準(zhǔn)確,應(yīng)根據(jù)不同的情況采取不同的處理方法：

①若探測過程中,發(fā)現(xiàn)測風(fēng)斜距不正常且錯誤數(shù)據(jù)太多時,在“數(shù)據(jù)處理軟件”中點擊“探空數(shù)據(jù)處理”菜單,選擇“文件屬性”,此時出現(xiàn)“處理參數(shù)選擇”框,選擇“無斜距測風(fēng)”,將所有的雷達(dá)斜距轉(zhuǎn)換為探空高度計算。

②若只有少量的測風(fēng)斜距不正常時,可在“放球軟件”的“球坐標(biāo)曲線”狀態(tài),選擇鼠標(biāo)右鍵的“探空高度替換斜距”來替換不正常的測風(fēng)斜距。

3.4 雷達(dá)天線卡死

雷達(dá)天線仰角和方位角數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點后兩位,正常情況下天線轉(zhuǎn)動時這些數(shù)據(jù)每時每刻都發(fā)生變化,但在雷達(dá)經(jīng)過長期使用未及時清洗的情況下,容易使雷達(dá)上用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮R流環(huán)因積灰過多而導(dǎo)致雷達(dá)天線卡死。因此,如果發(fā)現(xiàn)“放球軟件”控制區(qū)顯示的仰角數(shù)據(jù)突然不再變化,而且雷達(dá)故障 A(仰角)報警指示燈閃爍并顯示“help”字樣時,即為雷達(dá)天線卡死[1],此時要果斷的關(guān)閉雷達(dá)驅(qū)動箱的電源,過幾秒鐘后再重啟。有些時候觀測的過程中雷達(dá)天線的仰角或方位角也會無緣無故的卡死,如果不能及時發(fā)現(xiàn)則會造成測風(fēng)記錄的仰角數(shù)據(jù)或方位角數(shù)據(jù)一段時間都不變化的錯誤。這就要求值班員一刻也不能疏忽,時刻監(jiān)視電腦屏幕,注意觀察仰角和方位角的變化,遇到異常情況果斷采取處置措施。

3.5 重放球的判定

雷達(dá)探測中,如遇溫、壓、濕的可用探測數(shù)據(jù)未達(dá) 500hPa(或高度不足 5 500m)并且放球時間不足10min的情況或者溫、壓、濕探測數(shù)據(jù)其中之一連續(xù)性缺測 (或者可信度低)的情況都應(yīng)重新放球進(jìn)行探測。

特別需要注意的是,重放球應(yīng)在正點放球后75min內(nèi)進(jìn)行,若超過時限,可不進(jìn)行重放球。近地層出現(xiàn)高空風(fēng)缺測,如晴空或云高 3Km以上,記錄未達(dá) 3Km等情況時,也必須重放球。

4 其他注意事項

①在放球前,調(diào)入或修改探空儀參數(shù)并確定后,必須再次對參數(shù)特別是對輸入或修改項進(jìn)行校對,以免造成不合格儀器的施放。

②如放球過程中誤碰了“放球”開關(guān),應(yīng)在軟件彈出的的詢問對話框中點擊“取消”按鈕,否則,實際接收的探測數(shù)據(jù)將出現(xiàn)錯誤。

③放球過程中,“放球軟件”和“數(shù)據(jù)處理軟件”同時啟用時,若在“數(shù)據(jù)處理軟件”中做了某些修改,而未在“放球軟件”中做此修改時,則“放球軟件”數(shù)據(jù)存盤時將會把“數(shù)據(jù)處理軟件”中的修改覆蓋。

④遇重放球,應(yīng)先退出“放球軟件”,然后依次關(guān)閉雷達(dá)主控箱發(fā)射高壓開關(guān)、雷達(dá)驅(qū)動箱開關(guān)、主控箱總開關(guān),之后再依次開啟主控箱總開關(guān)、雷達(dá)驅(qū)動箱開關(guān)、發(fā)射高壓開關(guān)進(jìn)行重啟,并運行“放球軟件”才能進(jìn)行下一次的放球工作。否則,下一次的放球工作將無法正常進(jìn)行。

5 結(jié)論

L波段雷達(dá)探空技術(shù)日漸成熟,在氣象探測、氣象預(yù)報中發(fā)揮的作用也日漸凸顯。利用 L波段雷達(dá)進(jìn)行高空探測時,各種不同的突發(fā)狀況時有發(fā)生,若處理不及時或者處理不恰當(dāng),都會造成探空數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確甚至不可用。因此,全面總結(jié)各種可能影響探測質(zhì)量的情況,并掌握處理方法,在放球前認(rèn)真做好準(zhǔn)備工作、放球中嚴(yán)密監(jiān)視并及時處理突發(fā)狀況,可提高探測中溫、壓、濕數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和精度,有效減少或避免數(shù)據(jù)誤差,使 L波段雷達(dá)在氣象事業(yè)中發(fā)揮更積極的作用。

[1] L波段 (1型)高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊,中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司,2005.

P406

B

1003-6598(2010)增刊-0203-03

2010-09-10

張倚晨 (1986-),女,助工,主要從事高空氣象探測工作。