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相控阵天气雷达业务的起步与实践 精选

已有 4398 次阅读 2018-6-20 22:25 |个人分类:文章|系统分类:观点评述| 相控阵, 雷达, 强天气, 组网, 试验

 


随着技术上的不断完善,天气雷达已成为监测天气变化最受依赖的技术手段之一,特别是对一些发展强烈的天气过程,如台风、暴雨、龙卷、飑线等,雷达在监测的系统性、连续性、结构性等方面都显示出优势。

 

最初的天气雷达是从探测云中水滴回波强度开始的,雷达发出的电磁波遇到不同类型的水滴会形成强度上有差异的回波反射,通过对这些回波的识别可以判断降雨的强弱。在强度识别的基础上,考虑到水滴会随着风不断移动,利用多普勒频移原理,又增加了雷达测量径向风速的功能。再进一步,通过雷达同时发出不同位相的波速,可以对水滴的特性做出判断,如形状、相态等,即双偏振技术。双偏振技术不仅具有对探测物分析识别能力,还有助于提高探测精度和减轻回波衰减的特点

 

以上提到的技术,尽管还有不少问题需要研究解决,有些功能特性有待于进一步开发,但在气象业务中已在不同程度上得到应用,并取得明显效果。从技术发展角度看,下一步该如何走呢?可以看得见的目标应是相控阵技术了。目前业务上使用的雷达采用的是面扫描方式,即沿着某一角度发射无线电波,雷达旋转一圈,就可以获取一个面的天气信息,通过变换雷达的仰角,最终完成体扫,一个体扫大约需要几分钟的时间。若采用相控阵技术,雷达可以根据设定好的不同角度同时发射电磁波,完成一个体扫只需1分钟左右,时间分辨率可以成倍提高。进一步发展还可以同时向不同方向发射,时间分辨率就更高了。

 

显然,采取相控阵技术可以使对天气系统的监测连续性更强,时间分辨率更高,对于一些发展强烈,但生命史较短的天气系统更为有效。如果通过不同探测波段的雷达配置,使空间探测分辨率也得到提高,效果则更佳。

 

最近,广东省气象局在开展X波段双偏振相控阵天气雷达的组网试验,使用的是珠海纳睿达科技有限公司的产品,通过实际运行检验,已取得效果,108秒完成一个体扫,水平探测分辨率为30米,垂直方向0-30度17层电子扫描。通过将探测到的回波与风场资料与原有系统的信息进行比较,可以发现对一些短周期、高强度天气过程识别能力有了明显提高。目前的布设主要在广州附近,已有三部雷达投入运转,计划在珠海、深圳、东莞等地进一步扩展,可以监测到更大范围,与已建的S波段双偏振雷达实现互补,构成高低分辨率、远近距离探测结合的新型天气雷达网,无疑对天气预报业务的支撑会得到提升。

 

目前的试验还仅是初步尝试,对雷达指标的评估与规范,对探测数据的加工与处理,对各类软件的开发与应用等,都还有很多工作要开展,但这一推进是很有意义的,有助于对目前常造成重大人员财产损失的强天气监测预报能力的有效提升。通过实践,可以对未来进一步扩大业务范围提供有价值的信息和经验。




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