浅谈长芦盐场气象雷达应用对比

2019-04-09肖宁

天津化工 2019年2期

肖宁

（天津长芦海晶集团有限公司，天津300450）

1 引言

气象探测中天气雷达起到至关重要的作用。目前世界上，各行各业对气象探测的要求越来越高，常规雷达只能获取云雨的强弱、范围大小等信息，多普勒雷达除上述信息外，还能获取降水粒子相对雷达的平均径向运动速度和速度谱宽，从而在一定条件下，反演出大气风场、气流垂直速度的分布，以及湍流状况等。多普勒天气雷达的发明，为强对流天气的探测、天气系统的分析研究及人工影响天气的试验等气象工作创造了新的局势。

多普勒天气雷达的基本原理是发射脉冲形式的电磁波，电磁波在向前传播过程中遇到降水天气系统或其他目标物会将电磁波向四面八方散射，其中向后散射的部分电磁波可以回到雷达，被雷达接收和处理。根据雷达回波的特征可以判断降水天气系统降水强弱和有无产生冰雹、龙卷和地面直线型风害的可能。

多普勒天气雷达的主要应用领域包括强对流天气的探测和预警、大范围降水的监视和雨量的定量估计、风场特征的判断以及高分辨率数值天气预报模式初值场的形成。然而多普勒天气雷达具有一定的局限性，它对于远距离的目标的探测能力降低，同时对于非常近的目标物的探测能力受限。

2 长芦盐场雷达应用对比

天津长芦海晶集团气象台在临近预报工作中使用两种气象雷达资料。其中C波段中频相参多普勒天气雷达为集团公司于2012年购买安装在办公楼顶，另外气象台还使用由天津市塘沽气象局提供的多普勒雷达资料。这两种雷达虽同为多普勒雷达，但个中参数及产品规模不同，实际使用效果存在差异。

2.1 C波段中频相参多普勒天气雷达

C波段中频相参多普勒天气雷达是安徽四创电子股份有限公司设计、开发研制的新一代C波段多普勒天气雷达。该雷达发射电磁波，并接受从气象目标散射的电磁波以发现气象目标，能同时测定空中气象目标的距离、方位或仰角。雷达采用同轴磁控管发射机，数字接收机直接采样发射主波的频率和初相位，从而可实现自动跟踪和信号重构，其系统改善因子可达到25dB以上，基本满足多普勒功能要求。雷达对强降水天气测量距离大于400km，而对雹云、龙卷、冰雹等中小尺度强天气现象的有效检测和识别距离大于150km，通过中频相参技术，对径向风速测量的范围大于±36km/s。

C波段中频相参多普勒天气雷达由天馈分系统（天线罩、天线转台和馈线）、发射分系统、接收分系统、信号处理分系统、监控/服分系统、数据处理终端分系统以及电源分系统7个部分组成。其原理框图如图1所示。

图1

C波段中频相参多普勒天气雷达终端具有友好的人机交互式界面，操作简单，设置便捷，维护方便并具有较高的可靠性、稳定性和可维性，拥有完善的安全保护措施。终端室配置两台计算机，一台控制雷达并实时监测周围回波情况，另外一台可同步接收雷达数据做产品分析。

2.2 滨海新区多普勒雷达

滨海新区气象局使用的是S波段多普勒天气雷达，由中美合资企业敏视达公司按照美国WSR88D的规格生产，其正式名称为CINRAD-SA（国际上称为WSR-98D）。它的计算机系统是相对工作站更为廉价的高档PC机，使用WINDOWSNT作为操作系统。新一代天气雷达由若干个子系统构成，每个子系统都由计算机控制。这些子系统是：雷达数据采集子系统（RDA），雷达产品生成子系统（RPG）和主用户终端子系统（PUP）以及连接它们的通讯线路。当雷达连续地工作时，大量的数据需要迅速地处理，因此要求使用高性能的计算机。计算机使用各种气象算法来处理数据流。图2描绘了来自RDA的基数据，如何经过RPG中各种算法的处理，成为各种气象和水文产品被最终显示在用户终端上。

2.3 实况雷达图比对

本文选取了两次天气过程中同一时间点两个雷达的基本反射率图做比较。图3与图4为2018年8月7日7：00的雷达反射率图，图5与图6为2018年8月18日8：54的雷达反射率图。从中可以看出，盐场雷达的分辨率高一些，显示效果更清晰；雷达站周围地物回波处理方面盐场雷达的效果略好于塘沽雷达；另外由于塘沽雷达地理位置原因，其南部被个别高楼大厦遮挡，雷达回波约40°左右范围不可见（如图6），这导致在降水天气过程中观测南部对流单体的形成与运动轨迹只能依靠盐场雷达。