見證天氣雷達的“前世今生”
——記中國氣象局氣象雷達探測工程總設計師高玉春

胡 敬

高玉春調試首臺雷達

天氣雷達是綜合氣象觀測系統的重要組成部分，我國已經完成了216新一代天氣雷達業務布網，投入了日常的業務運行。現為中國氣象局氣象雷達探測工程總設計師的高玉春，是一名新一代天氣雷達的參與者，也為此奮斗了30多年。

作為一名氣象雷達領域的科研者，他已經在該領域鉆研了40多個年頭。在這40多年里，我國的氣象雷達事業蓬勃發展，高玉春作為參與者，與同伴一起奮斗共同推動了我國氣象雷達發展的進程，在我國氣象雷達發展史上留下了不可或缺的身影。

雷達生涯的開始

高玉春是迎面撞入我國氣象雷達發展的時代的。

20世紀70年代，正逢科學界學科交叉現象不斷加劇，國家鼓勵發展邊緣學科。在這種形勢下，南京氣象學院（現南京信息工程大學）開辦了大氣探測專業，主攻天氣雷達及氣象衛星等大氣主動、被動遙感技術方法及探測資料的分析應用。彼時，國家恢復高考制度，一大批學子得以通過高考進入大學，進入更高層次的知識殿堂。時代的大門朝著一大批高中學生敞開，高玉春便在其列。就是在這樣的時代環境下，1979年，高玉春進入南京氣象學院大氣物理系大氣探測專業學習，一腳踏進了氣象雷達研究領域。

高玉春說，他真正對氣象雷達產生興趣是從圖書館開始的。那時他剛剛進入本科，閑暇時喜歡在圖書館翻看書籍，正好翻到一本美國出版的關于氣象雷達的雜志，書中詳細介紹了氣象雷達的用處。那一刻，變幻莫測的云霧、驚險刺激的雷電等大氣現象在他的腦中浮現。這些影響著百姓生活方方面面的自然現象，原來是可以被探測到的，高玉春心想。多年后，當高玉春回憶起圖書館那一幕的時候，他說，后來多年從事氣象雷達探測的研究生涯，應當是從那時起的。

自那以后，高玉春開始對氣象雷達感興趣，琢磨與氣象雷達相關的理論和實踐，努力鉆到該領域的更深處。本科畢業時，他被分配到中國氣象科學院雷達組工作。那時正是20世紀80年代初，我國使用的雖依然是常規氣象雷達，但雷達網已經初具規模，國家亟須培養在雷達研究方面具有較強實踐能力的人才，因此高玉春來到氣象科學院后，能力得到了充分的鍛煉。從天氣雷達機務、雷達標定再到逐步掌握計算機數據處理及雷達數據處理系統。總之，這期間的他就如海綿般，默默無聞地從工作和學習中吸收著盡可能多的經驗，不斷地積蓄自己的力量。他參與開發的714CD、714SD多普勒天氣雷達獲得成功，他還將從國外引進的多普勒雷達中由小型機組成的數據采集與處理系統，成功地采用微型機替代，確保了雷達正常工作。

研發過程中的艱辛

與葛潤生導師（右2）、林學范老師（右1）及外國專家合影

與大氣探測專業創建者張培昌老師（右1）合影

1994年是我國天氣雷達發展歷程中的重要時間節點。在那之前，我國的氣象雷達一直為20世紀60年代至80年代自行研制生產的常規雷達，其探測能力、性能指標和可靠性已經無法滿足防災減災和經濟發展的實際需求。將雷達技術體制由數字化轉向多普勒技術，從而解決徑向風場測量問題，提高探測精度，成為雷達發展的下一步趨勢，而這一領域一直都是以美國NEXRAD計劃，采用WRS-88D雷達的全相參多普勒技術為引領的。

當時，國內雷達專家有兩種選擇：一是從美國購進多普勒雷達；二是和美國合作引進全相參技術，解決雷達技術問題。要知道，在當時，一臺整機進口雷達約耗資400萬美元，而我國盡管已經經過了十余年改革開放，但由于經濟底子薄，經濟總量還不足以支撐美國主流雷達在國內布網。加上我國國土遼闊，氣象災害種類多且頻發，對雷達的需求量非常大，因此后者是一種各種因素衡量下的必然選擇。

于是，一場和美國雷達公司的談判勢在必行。1994年，在時任中國氣象局局長鄒競蒙的主導下，高玉春作為談判小組一員與美國洛克希德·馬丁公司開展了一場歷時2年的合資談判。

據高玉春回憶，那是一場艱難的談判。起初，美方認為我國天氣雷達技術落后，提出了非常強硬的技術轉讓方案。面對美方的強硬態度，我方緊握中國巨大的市場潛力及美國軍工企業在冷戰結束后迫切需要開拓國際市場等籌碼，在談判中張弛有度，步步為營，終于扭轉了局面，使美方最終同意了中方提出的合作技術投入和分成方案。

至此，我國成功引進了當時美國最先進的全相干多普勒雷達技術，并成立了中美合資雷達企業敏視達公司。從此，我國開始了新一代天氣雷達布網的初始階段，而高玉春也開啟了他在敏視達公司為我國開發新一代天氣雷達系統的研究生涯。

提起首次開發新一代天氣雷達系統的情景，高玉春還是會發出這樣的感嘆：“那時候太緊張了，幾乎沒有睡過一個安穩覺。”那時，作為現場負責人的高玉春帶領眾人一起在合肥雷達塔樓進行系統調試，當時所有人心里都有些忐忑，畢竟都是第一次接觸這種新技術。調試系統是一項熬人的工作，干到半夜是常有的事，往往到了后半夜的時候，大家才會精疲力竭地坐在椅子上緩緩睡去。但睡卻是睡不好的，雷達在發射高壓狀態進行立體掃描的時候會不斷地發出“嗞嗞”的聲音，這種聲音伴隨著技術人員沉重的睡眠呼吸聲回響在黑暗里。然而等雷達的高壓發射完畢，“嗞嗞”聲停止，高玉春等人總是會從睡夢中猛地驚醒，擔心雷達是否出問題了。直到雷達再次發出“嗞嗞”聲，才又重新坐回到椅子上睡去。在這種高度緊張的狀態下，高玉春等人最終成功開發出了我國新一代S波段的CINRAD/SA多普勒天氣雷達系統。

與外國專家交流

在作為軟件負責人開發雷達軟件系統過程中，高玉春著力解決雷達軟件運行不穩定問題，經過仔細分析，查出軟件問題，對關鍵部分重新設計，解決了雷達軟件從運行十幾分鐘死機到可以穩定運行幾十個小時的關鍵問題。在小批量生產過程中，在全面掌握天氣雷達系統的情況下，對系統中出現的軟硬件問題，逐個進行解決，確保雷達達到可交付使用的狀態。他盡最大努力做好技術工作，組織編寫各種技術資料，最終順利完成了從小批量到批量生產氣象雷達的交接工作。

在此之后高玉春進一步主持開發了C波段的CINRAD/CA、CB雷達系統。在該系統的主持開發中，他充分利用在S波段雷達成熟的技術，開展技術復用，并大膽使用當時技術上剛剛出現的數字中頻技術，填補了當時敏視達在雷達系統中的技術空白。CA雷達首先在韓國氣象系統使用，架設在眠峰山上，曾經獲得了韓國氣象局年度評比第一。同時為了發揮雷達軟件的作用，高玉春制訂了詳細的總體實施方案，將敏視達的軟件系統進行適應性移植，使之適應國內多個型號的軟件，并且使之作為一個通用的氣象雷達應用軟件包，可以接在我國新一代天氣雷達網中的其他雷達上，生成各種氣象產品，從而達到中國新一代天氣雷達設備級應用軟件的統一要求。值得一提的是，目前CINRAD/CA雷達系統已經用于中國氣象局布網，CINRAD/CB已經在國內布網完畢，這些成果為我國新一代天氣雷達在全國布網奠定了基礎。

曾有人在回顧我國新一代天氣雷達的發展過程時總結道，如果說1994年的那場談判是我國天氣雷達事業進入新階段的開始，那么1998年的洪水則為這個過程按下了加速鍵。1998年，我國長江中游和東北嫩江—松花江流域發生了歷史上罕見的特大洪水災害。那年7月31日，時任中國氣象局局長溫克剛向國務院呈送《關于加強防汛抗洪支持新一代天氣雷達網立項建議》的報告。8月1日，時任國務院總理朱镕基批示：氣象工作在這次防洪搶險中成績突出，應對氣象局所提雷達更新項目給予重視。

從S波段雷達系統到C波段雷達系統的開發，高玉春等新一代天氣雷達的初創者奠定了我國氣象雷達技術在此后近20年的水平基礎。由他主持和作為骨干參加開發的新一代雷達系統，在國內布網100多部，在天氣監測中發揮著重要作用，并且出口羅馬尼亞、韓國和印度，得到了國際氣象界的認可。從那以后，我國氣象雷達事業的發展開始以奔跑的速度不斷向前發展。

守望祖國的“千里眼”

2004年，高玉春到中國氣象局氣象探測中心工作，在這里，他開始進一步展開和落實我國的雷達建設工作和雷達網的保障工作。2004年年底，他通過試驗，找出雷達相關軟件在運行、全國通信線路狀態等方面的問題，實現了對雷達的監控試驗，此后對雷達的狀態監控成為探測中心的實時業務。除此之外，隨著保障工作的開展，他還根據雷達保障工作的各個方面考慮，制訂了新一代天氣雷達保障方案，于2006年起逐步建立雷達三級保障體系。考慮到雷達保障體系的運行是一個非常重要但煩瑣的過程，每個環節都不能出錯，隨著時代的發展，面對新情況，他在建立保障體系的基礎上又提出了建立雷達質量監督業務，針對全閉環系統，從需求、設計、開發、樣機、試驗、考核、定型、布網、運行等方面，全面開展質量監督工作，特別是對供應商提供的設備進行監督考核，促進供應商改進設備質量。在他的努力下，我國雷達的保障體系不斷完善，全國200多部雷達組成的雷達網穩定運行能力也逐步提高，成為守望祖國大地的“千里眼”及重要時刻的風云“記錄者”。

在新一代雷達軟件系統的研發過程中，高玉春負責了新的雷達軟件的總體設計和集成工作，編寫總體需求書、實施方案等工作，組織軟件開發工作。在他的規劃中，作為雷達臺站使用的軟件，將在未來幾年內得到廣泛的使用。

2017年8月23日，臺風“天鴿”疊加天文大潮向華南地區奔襲而來。當天，一張“天鴿”的“CT掃描圖”刷爆朋友圈：從海平面至高空12公里對“天鴿”臺風進行三維實時觀測。這是分布在珠三角的新一代氣象雷達三維回波圖，圖上不僅可以清晰地“看到”臺風眼區的結構，甚至連其外圍螺旋雨帶都清清楚楚。在這次過程中，雷達對臺風的準確探測、對其內部結構的精確剖析，為相關部門預報臺風路徑、強度及其風雨影響提供了極大的便捷，也為國家有關部門和相關區域部署防御工作以及廣大群眾自救互救提供了強有力的支撐，極大減少了臺風帶來的人員傷亡和經濟損失。

氣象雷達對臺風等自然現象的及時預測，自然離不開不斷增強的雷達網體系，但高玉春并沒有止步于此。2019年，他擔任中國氣象局氣象雷達探測工程總設計師，全力開展與雷達建設相關的工程項目，同時對天氣雷達站的選址、系統測試等工作把關。在這期間，為了進行雷達新應用軟件的接入實驗準備工作，他曾深入西藏那曲等地，一邊克服高原反應，一邊完成相關任務。另外，2020年疫情期間，針對新冠病毒造成的困難，他創造性地提出了采用遠程視頻與現場結合開展測試雷達工作方法，確保了全年雷達質量測試進度。他還提出了山地雷達的基本概念并在西部山區布設的建議，力圖不斷完善我國氣象雷達網的布局。

事業的傳承

如今，在高玉春等一批雷達研究者的奔波和努力下，我國新一代天氣雷達已經發揮了20年作用。但高玉春并不滿足于此，他說，我國是氣象雷達應用大國，未來需要向氣象雷達技術強國邁進，所以，我國雷達研究事業也將會進入新的提升階段。因此，他帶領后輩們，開展了針對新型雷達技術的研究，用以滿足不同領域的業務需求，以此推動我國氣象雷達事業走向未來。

在關于風廓線雷達研究中，他帶領年輕一代的研究者們通過研究影響風廓線雷達測風精度的因素，形成了風廓線雷達可信度標識算法，并給出了數據質量等級，為定量化業務應用建立了基礎。同時，他還分析了不同天氣條件下風廓線雷達基本探測產品，研發了高低空急流、高低空風切變、溫度平流等能夠反映天氣特征的探測產品，為強對流、降雪、霧霾等天氣預報提供了強有力的支撐。另外，在雷達可信度方面，他對全國6個廠家的風廓線雷達進行測試，分析參數找出問題，指導廠家進行改進，同時針對風廓線的關鍵部分信號處理，提出增加原始I/Q數據的記錄，便于事后改進風廓線的信號處理方法，改進對相關估值的算法，提高風廓線雷達數據的可信度。

不只是風廓線雷達，高玉春還對云雷達進行了研究，通過實驗發現云雷達在代替人工觀測云量、云狀等方面，具有很大的優勢。多年的研究賦予了他對雷達研究領域相當全面且深入的了解，隨著激光技術越來越成熟，他敏銳地抓住了這個時機，利用火炬項目，主持了測風激光雷達和氣溶膠激光雷達的開發工作，目前樣機已經開發完成，通過實驗比對，激光雷達測得的風與鐵塔測風一致性很好。

高玉春

談起雷達的技術升級，相控陣雷達技術已然是一個避不開的發展方向。目前傳統的業務天氣雷達技術采用的是拋物面天線，單一波束收發，通過在水平面上不斷地旋轉天線，在垂直方向抬升仰角方式，獲得降水的三維結構，實時監測降水發生情況。然而隨著技術的進步和成本的不斷降低，采用相控陣技術的雷達已經在悄無聲息中成為了下一代雷達發展的趨勢。相比現有雷達的機械掃描方式，相控陣采用電子掃描，可以快速獲得降水的三維結構，使目前采用獲得降水結構的掃描速度從6分鐘提高到1分鐘。高玉春說，目前雖然歐洲還沒有開展關于相控陣天氣雷達的研究，但美國已經開發了很多用于試驗的相控陣天氣雷達，極大地促進了相控陣天氣雷達的發展。當他帶領團隊經過進一步研究后，發現采用平面相控陣由于其隨掃描角度變化的波束特性，在進行精確極化測量方面具有固有的局限性，而曲面相控陣天氣雷達具有一定的優勢，可克服波束特性惡化的問題，并可以完成全空域的探測，消除雷達盲區。就此，他提出了開展曲面相控陣技術研究的建議，這是提高相控陣天氣雷達技術水平、應用水平的一個快捷之路。高玉春總結道，這是我國天氣雷達事業發展的新的節點，也是他研究生涯中新的挑戰。

高玉春很清楚，氣象雷達事業的發展是一個長遠的目標，單靠一代人的努力是遠遠不夠的，因此，他將會全身心帶領年輕一輩的研究者們踏上我國雷達事業新的征程，進一步推動我國雷達技術的升級。“偉大的事業需要一代一代人的努力，前輩帶領我們走過一個又一個里程碑，現在需要我們帶領后輩繼續走向未來。”高玉春笑著說道。