新一代多普勒气象雷达电磁环境影响评价方法探讨

2021-07-22焦仲莉

青海环境 2021年2期

焦仲莉

(海西州生态环境监测站，青海德令哈 817000)

我国是气象灾害频发的国家，气象灾害对经济社会建设和人民生活造成的损害和影响与日俱增。中国气象局《气象雷达发展专项规划(2017～2020年)》明确提出加强新一代气象雷达的组网建设，而新一代多普勒气象雷达是当今世界上监测强对流天气发生、发展最为有效的探测手段之一。雷达运行过程中的电磁辐射主要来自雷达系统采集工序(RAD)，发射机通过旋转抛物面天线向天空发射脉冲探测信号进行空间扫描，使空中天线主射方向的电场强度增高，从而产生电磁辐射。本文结合实际项目，对新一代多普勒气象雷达电磁环境影响评价方法进行探讨。

1 项目概况及技术参数

项目主要建设1部X波段双偏振雷达系统，工作频率为9300～9500MHz，脉冲峰值功率400W，天线最大增益44dBi，脉冲宽度1.0μs，脉冲重复频率300Hz～3000Hz，雷达天线架设高度17.5m。主要技术性能指标见表1。

表1 雷达发射系统主要技术性能指标

2 电磁环境评价标准

根据《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)[1]、《辐射环境管理导则电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10.3-1996)[2]，电磁环境公众曝露控制限值见表2。

表2 电磁环境公众曝露控制限值

3 电磁环境影响评价

3.1 近场、远场划分

发射天线近场区、远场区以瑞利距离d来划分，d计算公式：

d=D2/λ

(1)

式中：D—天线的口径，m；λ—波长，m。

经计算可知，瑞利距离为80m，即近场区为以发射天线为中心80m范围，80m外为远场区。

3.2 理论预测模式

根据《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T10.2-1996)[3]，微波雷达近场最大功率密度Pdmax计算公式为：

Pdmax=4Pt/S

(2)

式中：PT—送入天线净功率，W；S—天线实际几何面积，m2。

远场区轴向功率密度计算公式为：

(3)

式中：P—雷达发射机平均功率，W；G—天线增益(倍数)；r—预测点与天线轴向直线距离，m。

雷达为脉冲调制工作状态，属于间歇性发射脉冲信号，脉冲宽度及占空比都较小。因此，为合理确定电磁环境影响控制范围及周边建筑限高，雷达发射机平均功率需考虑时间修正因子及占空比的影响，修正后的平均功率计算公式为：

P= P峰值×η×δ

(4)

式中：η—扫描时间修正因子，指电磁波在关注点的驻留时间与扫描时间的比值；δ—占空比，指脉冲重复频率与脉冲宽度乘积。

3.3 理论预测结果

新一代多普勒气象雷达天线有三种不同的扫描方式：PPI(平面位置扫描)、RHI(距离高度扫描)、VOI(体积扫描)[4]。其中以PPI 扫描对地面电磁环境影响最大。预测过程还应重点考虑对地面辐射影响最大的角度，即雷达在仰角0.5°进行0°～360°PPI 扫描。

经预测，近场区峰值功率密度为800W/m2，远大于250W/m2公众曝露控制限值要求；近场区平均功率密度最大为7.2mW/m2，满足0.25W/m2公众曝露控制限值要求；远场区主射方向的平均功率密度最大值为0.21mW/m2，满足0.25W/m2公众曝露控制限值要求；远场区主射方向峰值功率密度最大值为23.4W/m2，满足250W/m2公众曝露控制限值要求。