氣象雷達(dá)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

晁斌

摘要：災(zāi)害天氣會(huì)對(duì)人們的日常生活和生產(chǎn)造成極大的影響，甚至造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。為了有效的控制和降低損失，應(yīng)當(dāng)對(duì)這種天氣進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控。使用氣象雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)突發(fā)災(zāi)害性天氣的提前預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有重要的意義和價(jià)值。而隨著科技的發(fā)展，氣象雷達(dá)取得了一定的進(jìn)展。為了推動(dòng)其進(jìn)一步發(fā)展，本文主要對(duì)氣象雷達(dá)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)做出了分析。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

前言：我國(guó)大部分處于東亞季風(fēng)性氣候地帶，同時(shí)幅員遼闊，橫跨緯度較大，因而氣候條件十分復(fù)雜。很多氣象要素如風(fēng)、降水、氣溫等，都會(huì)隨時(shí)變化，并且有突然性特點(diǎn)，導(dǎo)致我國(guó)容易發(fā)生各種災(zāi)害性天氣，同時(shí)災(zāi)害種類(lèi)較多。這些災(zāi)害性天氣將對(duì)人們的日常生活生產(chǎn)造成極大影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了對(duì)災(zāi)害性天氣進(jìn)行有效的預(yù)防，采用氣象雷達(dá)對(duì)天氣變化加以監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)氣候變化，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，以降低災(zāi)害程度，減少損失。

1 氣象雷達(dá)的基本現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)氣象雷達(dá)的發(fā)展歷程

我國(guó)氣象雷達(dá)的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。首先是常規(guī)模擬氣象雷達(dá)階段，主要在20世紀(jì)60-70年代，天氣觀測(cè)網(wǎng)中由51部不同型號(hào)雷達(dá)構(gòu)成，在人工影響天氣作業(yè)、沿海臺(tái)風(fēng)聯(lián)防、局部災(zāi)害性天氣警戒等方面發(fā)揮了作用。但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在應(yīng)用能力、技術(shù)水平等方面，存在著20-30年的差距。其次是數(shù)字化氣象雷達(dá)階段，主要在20世紀(jì)70-80年代，應(yīng)用數(shù)字化氣象雷達(dá)，對(duì)雷達(dá)回波強(qiáng)度信息等，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理，進(jìn)而在預(yù)警、分析、監(jiān)測(cè)中生產(chǎn)準(zhǔn)定量，信息分析加工處理速度大大加快，雷達(dá)預(yù)警監(jiān)測(cè)性能也得到了提升。最后是多普勒前期雷達(dá)階段，主要在20世紀(jì)90年代至今，是隨著國(guó)家需求增長(zhǎng)，以及國(guó)外雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，同時(shí)也對(duì)相應(yīng)的功能規(guī)格需求加以制定[1]。多普勒氣象雷達(dá)的引用，極大的縮短了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)應(yīng)用差距。

1.2 國(guó)外氣象雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外氣象雷達(dá)也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，例如，美國(guó)從1988年開(kāi)始，積極開(kāi)展氣象現(xiàn)代化發(fā)展，建成了200座多普勒雷達(dá)站，對(duì)美國(guó)大陸及部分島嶼、海域?qū)崿F(xiàn)了全覆蓋。加拿大從1998年開(kāi)始實(shí)施國(guó)家雷達(dá)計(jì)劃，在人口稠密和災(zāi)害天氣多發(fā)的地區(qū)，建立了數(shù)十座多普勒雷達(dá)站，對(duì)全國(guó)大部分人口實(shí)現(xiàn)了覆蓋。歐盟的氣象雷達(dá)主要是多個(gè)合作模式，氣象雷達(dá)總數(shù)也超過(guò)了100座，并且各國(guó)之間建立了良好的合作，實(shí)現(xiàn)了氣象資料交換共享，氣象預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)能力大大提升。韓國(guó)布設(shè)了十余部氣象雷達(dá)，分別是C波段和S波段，24h不間斷監(jiān)測(cè)，定時(shí)產(chǎn)生雷達(dá)拼圖資料。日本也布置了數(shù)十部氣象雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋全國(guó)的監(jiān)測(cè)范圍。

2 氣象雷達(dá)發(fā)展的問(wèn)題

2.1 發(fā)展程度有限

盡管我國(guó)氣象雷達(dá)當(dāng)前正在快速發(fā)展，但是總體來(lái)說(shuō)，發(fā)展程度仍比較有限，沒(méi)有組建起完善的區(qū)域雷達(dá)組網(wǎng)，也沒(méi)有形成全國(guó)氣象雷達(dá)組網(wǎng)。當(dāng)前很多雷達(dá)站，現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)水平讓較為有限，對(duì)于轉(zhuǎn)折性、突發(fā)性的災(zāi)害天氣，難以實(shí)現(xiàn)有效、連續(xù)、全程的監(jiān)測(cè)，對(duì)于災(zāi)害性天氣高效快捷的監(jiān)測(cè)響應(yīng)需求，也不能滿足。

2.2 資源共享較差

在氣象監(jiān)測(cè)中，各個(gè)相關(guān)部門(mén)缺少共享機(jī)制，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，在氣象雷達(dá)站建設(shè)中，也沒(méi)有充分考慮資源共享、整體組網(wǎng)。因此，我國(guó)氣象雷達(dá)探測(cè)存在不統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不一致的資料數(shù)據(jù)格式、探測(cè)模式等，難以有效的統(tǒng)一處理資料。所以，對(duì)于有限的資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的共享，導(dǎo)致氣象雷達(dá)發(fā)展受到了影響[2]。

2.3 研發(fā)應(yīng)用不足

我國(guó)當(dāng)前的氣象雷達(dá)，自主研發(fā)能力較低，核心技術(shù)沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在新一代氣象雷達(dá)的研發(fā)應(yīng)用當(dāng)中，主要仍是對(duì)國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的跟蹤模仿，因而和發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距，雷達(dá)氣象產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)中缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。對(duì)于雷達(dá)數(shù)據(jù)資料的質(zhì)量控制、通化技術(shù)、反演、特種需求等應(yīng)用的系統(tǒng)，也存在著一定的問(wèn)題和不足。

2.4 技術(shù)保障滯后

在氣象雷達(dá)發(fā)展中，技術(shù)保障方面存在著較大的問(wèn)題，相對(duì)較為滯后，難以滿足實(shí)際發(fā)展要求，也不能適應(yīng)雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)速度。目前，我國(guó)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行新一代氣象雷達(dá)建設(shè)，但是在業(yè)務(wù)保障、技術(shù)管理方面，仍沒(méi)有建立起有效的體系。在雷達(dá)技術(shù)支持、雷達(dá)維護(hù)維修等方面，能力建設(shè)較為滯后，不能為氣象雷達(dá)的發(fā)展提供充足的保障和動(dòng)力[3]。

3 氣象雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 氣象雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)

在新一代氣象雷達(dá)中，技術(shù)水平得到了有效提高，同時(shí)也體現(xiàn)出了很多新的特點(diǎn)。探測(cè)精度高、探測(cè)能力強(qiáng)，采取了9m的天線直徑，將波束寬度控制在10以下，取得了更高的分辨率和探測(cè)精度。采用了兩種不同的脈沖重復(fù)頻率，對(duì)暴雨及臺(tái)風(fēng)等天氣檢測(cè)距離延伸，對(duì)龍卷渦旋、流云等天氣是識(shí)別監(jiān)測(cè)距離增加。實(shí)時(shí)標(biāo)校系統(tǒng)先進(jìn)，雷達(dá)站建設(shè)中仔細(xì)校準(zhǔn)標(biāo)定雷達(dá)參數(shù)。在日常運(yùn)行當(dāng)中，也會(huì)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)，使雷達(dá)對(duì)回波強(qiáng)度測(cè)量準(zhǔn)確性大大提高。地物雜波抑制能力強(qiáng)大，對(duì)異常傳播、地物雜波等帶來(lái)的污染能有效抑制，是產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4]。產(chǎn)品算法先進(jìn)，探測(cè)分析系統(tǒng)智能，同時(shí)譜寬數(shù)據(jù)、平均競(jìng)相速度、反射率因子等都有細(xì)分辨率和高靈敏度。對(duì)先進(jìn)客觀算法加以應(yīng)用，短時(shí)間內(nèi)能夠得出多種分析產(chǎn)品。軟件支持豐富，可綜合處理獲取的信息，對(duì)災(zāi)害性天氣自動(dòng)識(shí)別和追蹤。

3.2 氣象雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)

在氣象雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)上，基于目前的大氣科學(xué)研究重點(diǎn)，主要在于研究和應(yīng)用更短空間尺度中小尺度氣象學(xué)，以及更長(zhǎng)時(shí)間尺度氣象學(xué)，所以在氣象雷達(dá)未來(lái)發(fā)展中的一段時(shí)期內(nèi)，仍然會(huì)以多普勒氣象雷達(dá)為主要趨勢(shì)，對(duì)多普勒氣象雷達(dá)技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展，使探測(cè)功能得到擴(kuò)展。未來(lái)的發(fā)展中，可將相控技術(shù)引用于天線垂直波束，形成多波束，進(jìn)而對(duì)微下?lián)舯┝鞯葴?zhǔn)確監(jiān)測(cè)預(yù)警。我國(guó)常見(jiàn)的災(zāi)害天氣主要是冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水、暴雨等，所以在未來(lái)的發(fā)展中，進(jìn)一步強(qiáng)化X和C波段雙線偏振雷達(dá)偏振參量誤差的分析，并對(duì)誤差影響監(jiān)測(cè)精度的情況等進(jìn)行研究[5]。氣象雷達(dá)未來(lái)的發(fā)展將對(duì)探測(cè)功能擴(kuò)展和精度的提升更加重視，在新技術(shù)領(lǐng)域研究中取得突破，促使雷達(dá)計(jì)算能力、信號(hào)處理能力大大提高。對(duì)多普勒風(fēng)場(chǎng)反演技術(shù)將更加深入的研究，充分進(jìn)行應(yīng)用，風(fēng)場(chǎng)信息由定性向定量轉(zhuǎn)化，通過(guò)單多普勒氣象雷達(dá)反演技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

氣象監(jiān)測(cè)對(duì)于人們的日常生活有著重要的意義，能夠提前發(fā)現(xiàn)災(zāi)害天氣，進(jìn)而及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，最大限度的降低損失。氣象雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)預(yù)警災(zāi)害天氣的重要途徑。而就我國(guó)當(dāng)前的氣象雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，與國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家之間，仍存在著一定的差距。基于此，在未來(lái)的發(fā)展當(dāng)中，氣象雷達(dá)的主要發(fā)展趨勢(shì)下，必將進(jìn)一步提高氣象監(jiān)測(cè)的精度和范圍，更有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)警災(zāi)害天氣，降低損失。

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