淺談L波段高空氣象探測業務常見問題的應急處理

胡曉亞 劉一萍 何敏發

安慶市氣象局 安徽 安慶 246000

引言

高空氣象觀測數據是最重要的氣象觀測數據之一，它可以提供溫度、氣壓、濕度和風力、風向等氣象要素在垂直方向上的分布情況。L波段雷達是我國自主研發的新型探測系統，可提供高質量、高分辨率的高空探測數據。由于L波段雷達系統的元器件對環境較為敏感，在系統運行過程中容易受到各種干擾而發生故障，造成高空氣象觀測質量差。結合筆者在安慶市探空站的高空氣象探測業務開展經驗，對L波段雷達系統經常出現的問題進行總結，并給出處理方式及日常維修維護建議，為L波段雷達在復雜天氣或惡劣環境的正常運行提供經驗。

1 L段波高空氣象探測內涵分析

在實際研究機制建立后，主要是對相關設備進行細化分析和綜合性管理，L波段高空氣象探測項目中，指的是GFE型雷達控制的GTS1型數字式電子探空儀，在實際工作操作過程中，會形成高空氣象探測系統，這個系統內的基本內容統稱為L波段高空氣象探測系統，正是基于此，在實際應用測量和管理過程中，也要對相關信息進行有效處理和綜合性檢測，并對相關信息和控制模型展開有效分析，從而保證整個處理效果符合標準。相較于59-701雷達探測系統，L波段高空氣象探測系統不僅基值測定方式非常的快捷化，其操作流程的自動化也十分關鍵，運行過程中數據準確率也具有一定的優勢，正是基于其實際的特征和優勢，在管理模型中，能形成有效的互動。從根本上提高了工作人員的工作效率，也有效減少了探測數據的出錯率。這對于整體管理機制的優化具有非常深遠的意義，然而，其運行機制建立后，也要面臨一些問題，要想從根本上提高L波段高空氣象探測資料整體質量，就要結合實際需求和控制措施，確保相關信息完整度和管理效果的最優化，也能為氣象防災減災及社會各部門提供準確、權威的氣象信息，從而確保相關工作有序開展[1]。

2 L波段高空氣象探測系統及基本工作原理

L波段高空氣象探測系統是由我國自主研發的新一代探空系統，由二次測風雷達和電子探空儀配合，主要對高空中的風向、風速、氣壓、氣溫、濕度等要素進行

綜合或單獨探測，具有探測密度高、采樣速度快、經濟便捷等特點，實現了高空氣象探測的數字化和自動化。“L”代表的是雷達波段：1～2GHz，GFE(L)1型二次測風雷達使用的頻率是1.675GHz，簡稱為L波段雷達[2]。

3 L波段高空氣象探測業務常見問題以及處理措施

3.1 雷達探空儀操作問題

3.1.1 天線抖動。引起雷達天線抖動的主要原因是電壓不穩定和啟動速度過快。雷達抖動的頻繁發生會導致天線電纜接觸不良。如果不及時、準確地處理該故障，將影響高空探測的準確性。為避免天線抖動，應遵循以下步驟:

3.1.1.1 開機時，先打開主機電源；

3.1.1.2 打開主控箱開關，接通雷達外部電源；

3.1.1.3 打開示波器電源；

3.1.1.4 接通驅動箱電源；

3.1.1.5 預熱半小時左右后，打開發射機開關。

為了讓驅動電源在啟動時留有充足的預熱時間，應按照順序啟動雷達，以避免在先驅動電源造成其他設備電源在打開瞬間突然發生電壓不穩的狀況，確保雷達探測設備的穩定運行。

另外，還有一個原因導致天線抖動，就是雷達天線在氣球中處于自動跟蹤狀態。當雷達處于低仰角時，天線抖動對低層大氣數據采集質量造成影響，在嚴重時不能跟蹤上探空儀。因此，在雷達主電源接通后，驅動箱電源接通之前，需要手動操作放球軟件界面上的天空控制開關，手動操作完成后，將其設置為自動操作。

3.1.2 天線 “死位”。為了確保雷達信號，雷達天線應有天線罩保護， 以免在長期使用的過程中造成匯流環變臟，導致雷達天線仰角、方位被“鎖死”，電機驅動箱仰角燈和方位綠指示燈兩個指示燈不亮、而紅指示燈和界面報警燈兩個指示燈亮為操作平臺的主要表現。這種情況的處理步驟為：

3.1.2.1 快速重啟電機；

3.1.2.2 重啟電機驅動箱開關。

為避免這一問題的發生，應定期用酒精清洗雷達匯流環，特別是在冬季大風季節，應增加清洗次數。為了保證放球探測過程中的數據觀測誤差降到最低，應及時發現存在的問題，并盡快進行處理。面對工作過程中存在的問題，要及時發現并有效解決問題，將放球探測中的觀測誤差降到最低。

3.1.3 接收機信號狀態。施放L波段高空氣球時，隨著氣球的上升和高度值的變化使接收機的增益也隨之變化，因此，應隨時根據接收機的增益數據對雷達進行控制，以保證L波段雷達能夠良好跟蹤高空氣球接收到的信號。對于值班的工作人員，要做好各項工作，特別是要隨時做好增益的調整，參照示波器顯示出的角度方式，用開關的兩個小按鈕來調節接收機增益； 增益的最適值為增益數值最小時，同時示波器的4條亮線達到飽和，在這個時候接收機增益值為30dB至50dB。

另外，為了保證信號達到最佳狀態，需要同步調整天線頻率和接收機增益，可以采用以下兩種處理模式:

3.1.3.1 將頻率開關保持在手動狀態，頻率數值調整在1675.0±6MHz后，在放到自動狀態。

3.1.3.2 小發射機在工作的狀態下，示波器顯示的4條亮處于距離方式，另外凹口深度位于1/3-2/3，為了實現探測資料數據的正常傳輸， 接收的信號保持最好狀態，需要將接收機增益與頻率都調整為最佳狀態，同時隨時對調節進行觀察[3]。

3.2 觀測記錄問題

3.2.1 施放前的探空儀基值測定。濕度片做老化，讀R0、T0。同時去確定儀器序列號（檢查儀器信號是否好， 手動調節增益到30 dB-50dB， 調好后再放到自動擋，中心頻率為1675.0±6MHz，） 讀氣壓、將濕度片插入儀器做基測讀T、 U，浸泡電池記下電壓

（夏天16-17伏，冬天18-21伏），電壓的高低直接影響儀器信號的好壞，對記錄有直接的影響。打開基測按鈕輸入所讀的數據合格后關閉基測按鈕，不能再打開這個按鈕否則會丟掉前面的數據導致序列號亂不能正常接收信號或導致施放不合格儀器。

3.2.2 地面瞬間觀測。瞬時觀測在施放氣球前后5分鐘內登記地面氣象要素數據，值班人員需要根據地面氣象觀測標準讀取地面氣壓、 附溫、干球溫度和濕球溫度等相關的地面氣象因素，同時把數據輸入到L波段觀測平臺，避免輸入的錯誤，將整份高空氣象探測記錄出現系統性錯誤的可能性降至最低，甚至是不發生差錯。

3.2.3 探空記錄資料處理。L波段雷達自動化程度高，采集的記錄數據的特征為頻次密集、數據量大，所以飛點發生的概率較高，通過分析研究，處理溫度、濕度、氣壓三要素的飛點。每年的4-9月是安慶的汛期，在汛期間降雨量較多，且降雨持續時間長，相對濕度高，飛點出現的可能性大；特別是在夏季觀測時常出現的強對流天氣對濕度觀測的影響更嚴重，甚至會出現難以判斷的紊亂訊號，面對這種情形時，值班測員需要識別不準確、錯誤的記錄。

3.3 測風記錄異常

測風記錄上某個時次的數據突跳問題的出現，會對量得風層、高度和等壓面風的計算產生影響，從而使得雷達數據的正常發報和報表制作受到影響。當觀測人員在處理這種情況時，采取如下措施：

3.3.1 當某分鐘測風數據異常，可將該分鐘數據作缺測處理。

3.3.2 若為斜距跳變，就用高度代替斜距，通常要代替幾分鐘的斜距數據，比如在2到5分鐘之間，這樣計算出的數據差值就會降到最低。

3.3.3 如果出現整份記錄斜距有誤，應采用綜合探測無斜距測風[4]。

3.4 旁瓣跟蹤分辨問題

在能見度較差時，比如強降水等天氣的影響下，無法清楚地觀察和追蹤氣球軌跡，而產生旁瓣跟蹤問題。當系統長時間出現旁瓣跟蹤問題，會造成數據缺測，情況嚴重時需要重新放球，否則會導致觀測事故。因此，清除旁瓣問題對高空觀測業務十分重要。判斷旁瓣有以下的方法：

3.4.1 利用4 條亮線輔助判斷；

3.4.2 利用高度和氣高進行判斷。旁瓣跟蹤的增益值一般在 150～160 db之間， 在這種情況下， 高度值和氣高之間的差值是較高的。若有旁瓣跟蹤，首先調整仰角， 抬升仰角大約升10°；其次扇掃天線，以實現根據高度與氣高的差值進行及時的修正。

4 應對復雜天氣、特殊事件的應急處理

4.1 信號混亂

L 波段系統的抗干擾性能較差，遇到強對流天氣，訊號絮亂無法判斷其變化趨勢，這種情況給值班管理人員整理資料帶來很大問題，建議臺站將資料結合探測規范的壓、溫等數據連續缺測或可信度差處理，缺失測量處理在當天時間內完成[5]。

4.2 特殊天氣

在高空探測的過程中還可能會出現大雪、強降水、雷暴、大風等復雜的天氣狀況，在一定程度上影響著氣球的正常升速。為保證氣球正常升空，工作人員可以依據實際情況適當地加大氫氣球的充氣量。如果，受天氣現象的影響，使探空儀不能正常工作，就需要根據實際情況適當地把氣球的施放時間推遲。如果在探測的過程中出現探空儀遭受雷擊或者是傳感器變性的情況，就需要立即重放球，但是需要注意的是重放球的時間必須是在規定的時間范圍內。 當在距地3000m以下進行的測風記錄缺測時，應該想辦法進行補測。當氣球的施放受惡劣天氣狀況（臺風、沙塵暴等）的影響時，必須采取人工輔助的方式，保證氣球的正常施放，同時還要保證氣球施放后的順利跟蹤。放球點的位置應該選擇在天線的下風方向，時刻跟蹤氣球施放后的運動軌跡，便于發生特殊狀況使自動抓球失敗后可以順利進行手動抓球。放球人員在放球之后需要跟蹤并觀察氣球一段時間，還需要注意在施放氣球的同時按下“確定”按鈕，及時與施放的氣球進行信號、方位等跟蹤與溝通，確保施球工作在復雜多變天氣情況下順利進行。還必須在探測前1h預計可能出現的天氣狀況，并想出其應對措施，以便在情況發生時能夠熟練準確地解決問題[6]。

5 結束語

總之，L波段高空氣象觀測業務顯著提高了高空氣象觀測數據的精度，實現了數據的采集和處理，提高了氣象觀測的質量和準確性，減少了誤差，很大程度上避免了一些問題的出現。L波段高空探測是一個新時代的探測方法，它提高了氣象探測質量；同時在自動化程度不斷提高的同時，與此同時也面臨著許多突發事件和問題，因此，需要采取對策和方案解決 L 波段氣象探測過程中出現的問題， 并嚴格按照業務規范進行操作，以提高氣象觀測的質量，確保 L 波段高空氣象探測系統的穩定運行。