L波段雷達單獨測風應急觀測與記錄處理

張穎梅,王雯燕,曹 梅,楊 珍,樂 靜

(1.西安市大氣探測中心，西安 710016；2. 鄠邑區氣象局，西安 710030)

目前全國共有120個高空氣象觀測站點，其中包括西安在內的87站參加全球資料交換的臺站采用L波段雷達探空系統。在放球后75分鐘內要完整準確地獲取第一手觀測數據，并在規定時間內編發報文參與全球資料交換，是臺站每位值班員的責任。隨著現代氣象業務、服務的不斷深化，對高空氣象觀測資料要求越來越高，2017年12月，高空氣象探測數據納入全國氣象資料業務系統平臺(MDOS)實施實時質量控制，數據的準確性、可用率及傳輸時效成為業務考核的重要指標。現階段我國高空氣象觀測的L波段雷達探測系統，都是2000年后相繼投入業務使用。近兩年，L波段雷達系統經過十幾年的運行，偶然性和不確定性增加，雷達故障頻發，如果故障時間發生在放球前后，對能否完整獲取觀測數據帶來很大的影響，同時由于突發性較強，對觀測員綜合素質、業務能力、應變能力等都提出了更高要求。GTC2型備份接收機是中國氣象局專為解決此類問題配置的專用應急觀測設備，然而探空觀測規范中沒有明確給出系統、完整的使用流程和指導方法，導致有些臺站應急觀測期間各種失誤或報文錯誤。鑒于此，以涇河站2017年11月23日02時的一次L波段雷達系統突發性故障為例，說明如何在短暫的時間內熟練使用GTC2型備份探測設備進行應急觀測、數據處理、編發報文和特殊情況備注，為同行提供一套較為完整清晰的應急觀測業務流程和操作技巧。

1 觀測過程及故障研判

2017年11月23日00：15，值班員觀測前1 h到達值班室，為02時單測風觀測做放球前的準備，檢查回答器信號、電池賦能、檢查雷達工作狀態、裝配儀器、觀測并錄入本站的云狀、云量、能見度、天氣現象等瞬間觀測資料，所有工作準備就緒，值班員再一次檢查雷達狀態后，于01：15施放氣球，開始02時觀測。

放球后值班員發現雷達示波器四條亮線不等齊，通過放球軟件查看秒坐標數據，發現仰角和斜距數據曲線平滑、連續性較好，而方位數據持續多秒不變或突然跳變，方位數據曲線出現不平滑、不連續，整體呈“臺階式”上升(圖1)，與往常漸變、連續的變化趨勢完全不一致，據此可以判斷L波段雷達方位自動跟蹤系統出現故障。值班員快速將故障現象和初步診斷意見反饋給技術保障人員，經與廠家溝通后確認是雷達方位同步機出現問題，此時時間已經過去了20多分鐘，按照規范要求，500 hPa以下探測不足10 min必須重放球且重放時間必須在正點施放時間后75 min之內，然而維修技術人員預計拆卸、更換并焊接備份方位同步機備件最少需要1個多小時，意味著在02：30之前雷達故障無法修復，也就是無法再采用L波段雷達進行重放球觀測[1]15，值班員必須采用GTC2型備份探測設備進行重放球觀測，方可完成本次探測任務。

圖1 2017-11-23涇河站02時單測風第一次觀測的方位角秒數據曲線

2 使用備份探測系統進行觀測和數據處理

GTC2型L波段探空數據接收機是GFE(L)1型二次測風雷達的備份設備，它采用定向天線接收探空信號，結合光學經緯儀測風，進而完成GFE(L)1型二次測風雷達的基本功能[2]。使用該系統時，施放前的準備工作與綜合探測完全一樣，不同的是放球后的操作。時間緊迫，值班員果斷決定采用備份接收機進行第二次觀測。

2.1 觀測前儀器準備

主班啟動備份接收機，打開放球軟件，檢查探空儀、確定序列號、進行基值測定，檢查調試儀器信號，輸入瞬間觀測數據，放球前需要特別注意，放球軟件中探測方式選“綜合”按鈕，增益按鈕調整為自動，關閉小發射機和天控自動。與此同時，副班在室外架設調整好測風經緯儀的水平、方位等，等待放球指令。

2.2 放球后觀測和數據錄入

放球后，主班迅速將增益按鈕切換成手動，監控探空數據接收，當信號變弱的時候，手動調整增益使其達到最佳狀態。當接收機信號由強變弱的時候，根據經緯儀觀測的仰角、方位數據調整備份接收機的“上”“下”“左”“右”按鍵，使備份接收機隨時對準探空儀方向，信號達到最佳狀態，及時刪除接收飛點，確保數據準確；與此同時，室外觀測場，在氣球施放后的瞬間，副班人員立即手動跟蹤氣球，接近整分鐘時控制氣球在經緯儀鏡片十字線中心位置，并快速讀取仰角和方位角。夜間受天氣條件影響視線較差，值班員一定要懸掛專用的照明燈，并竭盡所能跟蹤氣球直至消失或球炸，但至少要保證探測高度能達到5 500 m以上，并且500 hPa規定等壓面上的風資料應該完整，否則需要在規定時間內重放球[1]9。

室內主班通過備份接收機觀測氣壓、溫度、濕度數據，室外經緯儀觀測終止時探空同時終止。在信號穩定或測風觀測終止時錄入仰角、方位數據。在放球軟件中，點擊“坐標曲線”，利用“修改該點數據”功能，逐分鐘輸入仰角、方位數據，保留一位小數，校對無誤后，退出放球軟件。

2.3 數據處理

打開L波段(1型)數據處理軟件，選定該時次數據，軟件自動生成綜合觀測記錄，仔細檢查會發現，記錄的內容、格式與02時單測風要求并不相符，此時還需要進一步處理。在探空數據處理軟件 “探空數據處理”中點擊“文件屬性”，將工作方式改為“單測風”，測風方式改為“無斜距測風”[3]。此時數據處理軟件會重新生成單測風記錄，原本高表-16顯示的仰角、方位、斜距標簽就會更改為仰角、方位、高度。

2.4 報文編發與傳輸

探測結束后，再次檢查探空和測風數據，并進行人工質量控制，確認無誤進入軟件報文目錄(軟件安裝盤:lradargcode)，打開本時次PPAA、PPBB、PPCC、PPDD報文，按照2010年中國氣象局發布的最新行業標準QX/T 120—2010(《高空風探測報告編碼規范》)規定,測風報文中YYGGa4組的“a4”要根據探測類型編報，如表1所示，本次探測采用經緯儀跟蹤探空氣球觀測，a4應該為“0”[4]。

遵照此規定，四組報文中的a4值全部修改，隨后將報文、基數據、狀態文件和BUFR(表格驅動編碼,是世界氣象組織目前正在大力推薦使用的一種新型編碼格式)報文全部發送。

2.5 備注與錄入

值班過程出現非正常記錄時，需要詳細備注，值班員填寫特殊情況說明，以本次02時觀測為例：一是因L波段雷達同步機故障，方位數據有誤，故采用備份接收機與經緯儀懸掛探空儀重放球觀測；二是某某分后經緯儀已無法觀測到氣球，故探測終止；三是探測結束后工作方式改為“單測風”，測風方式改為“無斜距測風”。注意內容表達清晰、條理清楚、簡明扼要。并在中國氣象局綜合氣象觀測系統運行監控平臺或PASOM(綜合氣象觀測運行監控系統)，填寫L波段雷達故障報告單。

表1 “a4”探測類型的代碼值

3 結語

高空氣象值班探測過程中往往存在著很多不確定性和突發情況，值班員不僅要對正常觀測業務流程和技能相當熟練，還要熟練掌握備份接收機的使用、觀測流程、數據處理、報文編發的要點，在突發狀況來臨時快速應變，有條不紊，才能確保探測資料具有代表性、準確性、比較性。