L波段雷达探空实际操作中常见问题及处理方法探讨

张倚晨,张银廷,谭炳全

(重庆市沙坪坝区气象局,重庆 沙坪坝 400030)

L波段雷达探空实际操作中常见问题及处理方法探讨

张倚晨,张银廷,谭炳全

(重庆市沙坪坝区气象局,重庆 沙坪坝 400030)

通过对L波段雷达探空业务操作中需重点注意的易错环节进行分析,并根据具体情况指出错误原因和提出处理方法。

L波段雷达;探空观测;注意事项

1 引言

L波段探空系统是我国自主研制的新一代探空系统,它由二次测风雷达和 GTS1型数字电子探空仪配合探测,能够对从地面至 30Km大气层的气压、温度、湿度、风向、风速 5个气象要素进行综合探测,也可以进行风向和风速的单独探测。它具有探测精度高、采样速率快、使用方便等特点,实现了高空气象探测仪器的数字化和自动化,为气象预报和气候研究提供基础的气象资料,服务于国家的经济、国防建设和人民生活的需求。

为确保高空探测数据的准确,使 L波段雷达探空系统更好地发挥其作用,应在日常工作中注意以下事项。

2 放球前的准备工作

2.1 探空仪、雷达状态的检查

探空仪经过长途运输和存放,其机械和电路部分可能出现松脱、锈蚀和脏污等现象,所以在放球前要对其进行仔细全面的检查和维护。取出待放探空仪,检查盒盖部分支架上的温度传感器 (即热敏电阻)及连接丝有无断裂现象,检查发射板、智能转换板及盒盖部分各焊点有无虚焊、漏焊现象,检查发射板与智能转换板连接处有无接触不实现象。

放球前 40min,运行“放球软件”,依次打开雷达的总电源开关、驱动箱电源开关、示波器电源开关、发射高压开关,并根据指示灯检查雷达、发射机的运行是否正常,检查驱动箱上 A(仰角)、E(方位角)绿指示灯是否亮起。放球前 10min,将装配好的探空仪悬挂于室外放球点处 (探空仪距地高度不超过4m)后,立即回到控制室检查探空仪回答信号,并调节雷达频率使其达到最佳。具体操作步棸是,打开摄像头,将雷达天线手动对准探空仪方向,置小发射机按钮于开启状态,在示波器距离显示模式下检查是否存在回波凹口。若存在回波凹口,表示探空仪回答器正常工作,此时,切换到示波器角度显示模式下,调节雷达频率和增益,使四条亮线平齐,以亮线顶端出现“火柴头”这一特征为最好,调节后,再次切换到示波器距离显示模式下,此时回波凹口应位于竖线中央。若进过初步检查和频率调节后,仍然没有出现回波凹口,则应该更换探空仪,重新进行基测后再施放。

需要补充的是,在放球过程中,由于频率发生漂移、地物干扰等情况造成信号减弱,导致回波凹口不能自动跟踪,即回波凹口偏离竖线中央,此时,应及时调整频率并按动距离增大/减小按钮进行手动跟踪,使回波凹口再次回到竖线中央。

2.2 电池的浸泡

GTS1数字探空仪使用的电池为注水镁氯化亚铜电池,使用前需要在氯化钠溶液里进行浸泡处理。其浸泡涉及氯化钠溶液的浓度、浸泡时间及水温。冬季气温低,浸泡电池的水温可以高些,通常在 60℃左右,氯化钠溶液浓度在 5%左右,时间在 5～6min。夏季气温高,水温通常掌握在 45℃左右,氯化钠溶液浓度则在 3%左右,浸泡时间 5min为佳,电池的电压一般在 17～20V即可。用这种方法浸泡出的电池,电压稳定、波动幅度较小。需要注意的是,浸泡电池的时间要严格控制,若时间过短,电极板之间部分因没有与溶液充分接触而导致电压低,功率小,若时间过长,则电池容易发生短路。

2.3 探空仪湿度感应元件的老化

探空仪湿敏电阻片 (简称湿度片)是一个二次特性感应元件,其测湿原理采用电阻值与湿度的比对方式,即湿度片的一个电阻值对应一个湿度值,但电阻值除了受相对湿度的影响外,还受到温度的影响,并随时间变化有所漂移,所以在使用前要对其基点进行确定 (湿度为 0%时适度片的电阻值)。基点进行确定时应将其置入基测箱读取基准温度T0和基极电阻R0。特别注意的是,T0、R0的变化对相对湿度影响很大,若读取不准确,则会造成整份记录的系统性误差,影响探测的准确性。

在读取T0、R0之前,要将湿度片置入基测箱的高湿、低湿瓶中进行老化。老化时,首先要注意湿度片两侧的电极与高湿瓶、低湿瓶插槽两个接触点的接触是否良好,其次,老化时间要充分,在南方低湿的情况下,即使T0、R0看上去已经趋于稳定,也还是应老化足够 3min。

2.4 雷雨天气的注意事项

GTS1型数字探空仪在雷雨大风天气情况下施放时,易因为被雷电击中、内部进水等造成信号消失至使探测终止无法获得正常的高空资料,甚至造成本次探测的记录全部缺测。同时,暴露的感应元件被雨水淋湿失去特性后则会导致探测资料无法使用。因此,遇雷雨天气时在放球前采取相应措施,有效预防探空仪信号的突失十分必要。

GTS1型数字探空仪内部是由发射板和智能板相连接,并通过智能板上的插口连接电池和温、湿传感器,从外观上看,探空仪纸盒盖凹陷,两边各有一条小缝,保温盒与盒盖之间也有缝隙。雷雨天气时,当探空仪经过对流层,受到气流的强烈震荡和雨水的冲击后,容易造成各连接和插口处松动引起发射板或智能板断路;同时,雨水很容易通过纸盒缝隙处渗入到保温盒内,引起发射板或智能板短路。以上两种现象都会导致探空仪信号的突失,所以,在雷雨天气装配探空仪时,应保证发射板和智能板连接紧密,电池和温、湿感应器插口牢固,并用透明胶带把保温盒和盒盖之间的缝隙粘紧。

同时,GTS1型数字探空仪的湿度感应元件 (即湿度片)是裸露在外的,顶部只有一个盒盖遮挡。在雷雨天气放球过程中,湿度片很容易因沾上雨水而导致探测到的湿度数据出现漂移、跳变等情况。为了避免湿度片溅上雨水,应尽量减少施放前在室外暴露的时间,尽可能将探空仪挂在装配亭的背风处,并可采取适当遮挡处理。若雨太大,可适当推迟放球时间,等雨小后再放。

还应注意的是,雷雨天气气球的升速相对较慢,若气球的升速过慢,其在对流层受颠簸的时间就会长,信号突失的概率就增大,若升速较快仪器便能很快穿过对流层,便可以减少或避免低空信号突失。因而在雷雨天气下充灌氢气的净举力要视情况比平常多。

3 放球中易出现的问题

3.1 放球瞬间丢球的处理

气球出手后,放球人员应迅速回到雷达天线处,观察雷达天线是否自动跟踪气球,若发现雷达天线跟踪不正确,即瞬间丢球,此时应立即通过对讲机指挥微机操作员手动抓球。微机操作员应迅速将天控开关转为手动状态,根据放球人员给予的气球位置指示,摇动天线控制手柄追踪气球。待确定雷达天线对准气球后 (即示波器四条亮线平齐),还应调节频率,使之为最佳。随后,将天控开关转为自动跟踪状态,并在示波器距离显示模式下,调整距离按钮,使凹口回波回到竖线中央。

3.2 探空乱码的删除

探测过程中,温、压、湿数据有时会出现一些乱码飞点,首先应选择“自动修改温、压、湿曲线”功能。若此功能仍不能纠正乱码,则应放大温、压、湿曲线,手动选定一点或一段飞点处,双击鼠标左键删除,尽量使得探测曲线平滑有规律。

3.3 测风斜距不正常的处理

在探测过程中,会因雷达、探空仪问题使得示波器上的凹口变弱或者消失,造成斜距不准确,应根据不同的情况采取不同的处理方法：

①若探测过程中,发现测风斜距不正常且错误数据太多时,在“数据处理软件”中点击“探空数据处理”菜单,选择“文件属性”,此时出现“处理参数选择”框,选择“无斜距测风”,将所有的雷达斜距转换为探空高度计算。

②若只有少量的测风斜距不正常时,可在“放球软件”的“球坐标曲线”状态,选择鼠标右键的“探空高度替换斜距”来替换不正常的测风斜距。

3.4 雷达天线卡死

雷达天线仰角和方位角数据精确到小数点后两位,正常情况下天线转动时这些数据每时每刻都发生变化,但在雷达经过长期使用未及时清洗的情况下,容易使雷达上用于数据传输的汇流环因积灰过多而导致雷达天线卡死。因此,如果发现“放球软件”控制区显示的仰角数据突然不再变化,而且雷达故障 A(仰角)报警指示灯闪烁并显示“help”字样时,即为雷达天线卡死[1],此时要果断的关闭雷达驱动箱的电源,过几秒钟后再重启。有些时候观测的过程中雷达天线的仰角或方位角也会无缘无故的卡死,如果不能及时发现则会造成测风记录的仰角数据或方位角数据一段时间都不变化的错误。这就要求值班员一刻也不能疏忽,时刻监视电脑屏幕,注意观察仰角和方位角的变化,遇到异常情况果断采取处置措施。

3.5 重放球的判定

雷达探测中,如遇温、压、湿的可用探测数据未达 500hPa(或高度不足 5 500m)并且放球时间不足10min的情况或者温、压、湿探测数据其中之一连续性缺测 (或者可信度低)的情况都应重新放球进行探测。

特别需要注意的是,重放球应在正点放球后75min内进行,若超过时限,可不进行重放球。近地层出现高空风缺测,如晴空或云高 3Km以上,记录未达 3Km等情况时,也必须重放球。

4 其他注意事项

①在放球前,调入或修改探空仪参数并确定后,必须再次对参数特别是对输入或修改项进行校对,以免造成不合格仪器的施放。

②如放球过程中误碰了“放球”开关,应在软件弹出的的询问对话框中点击“取消”按钮,否则,实际接收的探测数据将出现错误。

③放球过程中,“放球软件”和“数据处理软件”同时启用时,若在“数据处理软件”中做了某些修改,而未在“放球软件”中做此修改时,则“放球软件”数据存盘时将会把“数据处理软件”中的修改覆盖。

④遇重放球,应先退出“放球软件”,然后依次关闭雷达主控箱发射高压开关、雷达驱动箱开关、主控箱总开关,之后再依次开启主控箱总开关、雷达驱动箱开关、发射高压开关进行重启,并运行“放球软件”才能进行下一次的放球工作。否则,下一次的放球工作将无法正常进行。

5 结论

L波段雷达探空技术日渐成熟,在气象探测、气象预报中发挥的作用也日渐凸显。利用 L波段雷达进行高空探测时,各种不同的突发状况时有发生,若处理不及时或者处理不恰当,都会造成探空数据的不准确甚至不可用。因此,全面总结各种可能影响探测质量的情况,并掌握处理方法,在放球前认真做好准备工作、放球中严密监视并及时处理突发状况,可提高探测中温、压、湿数据的准确率和精度,有效减少或避免数据误差,使 L波段雷达在气象事业中发挥更积极的作用。

[1] L波段 (1型)高空气象探测系统业务操作手册,中国气象局监测网络司,2005.

P406

B

1003-6598(2010)增刊-0203-03

2010-09-10

张倚晨 (1986-),女,助工,主要从事高空气象探测工作。