張倚晨,張銀廷,譚炳全

(重慶市沙坪壩區(qū)氣象局,重慶 沙坪壩 400030)

L波段雷達探空實際操作中常見問題及處理方法探討

張倚晨,張銀廷,譚炳全

(重慶市沙坪壩區(qū)氣象局,重慶 沙坪壩 400030)

通過對L波段雷達探空業(yè)務(wù)操作中需重點注意的易錯環(huán)節(jié)進行分析,并根據(jù)具體情況指出錯誤原因和提出處理方法。

L波段雷達;探空觀測;注意事項

1 引言

L波段探空系統(tǒng)是我國自主研制的新一代探空系統(tǒng),它由二次測風(fēng)雷達和 GTS1型數(shù)字電子探空儀配合探測,能夠?qū)牡孛嬷?30Km大氣層的氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速 5個氣象要素進行綜合探測,也可以進行風(fēng)向和風(fēng)速的單獨探測。它具有探測精度高、采樣速率快、使用方便等特點,實現(xiàn)了高空氣象探測儀器的數(shù)字化和自動化,為氣象預(yù)報和氣候研究提供基礎(chǔ)的氣象資料,服務(wù)于國家的經(jīng)濟、國防建設(shè)和人民生活的需求。

為確保高空探測數(shù)據(jù)的準確,使 L波段雷達探空系統(tǒng)更好地發(fā)揮其作用,應(yīng)在日常工作中注意以下事項。

2 放球前的準備工作

2.1 探空儀、雷達狀態(tài)的檢查

探空儀經(jīng)過長途運輸和存放,其機械和電路部分可能出現(xiàn)松脫、銹蝕和臟污等現(xiàn)象,所以在放球前要對其進行仔細全面的檢查和維護。取出待放探空儀,檢查盒蓋部分支架上的溫度傳感器 (即熱敏電阻)及連接絲有無斷裂現(xiàn)象,檢查發(fā)射板、智能轉(zhuǎn)換板及盒蓋部分各焊點有無虛焊、漏焊現(xiàn)象,檢查發(fā)射板與智能轉(zhuǎn)換板連接處有無接觸不實現(xiàn)象。

放球前 40min,運行“放球軟件”,依次打開雷達的總電源開關(guān)、驅(qū)動箱電源開關(guān)、示波器電源開關(guān)、發(fā)射高壓開關(guān),并根據(jù)指示燈檢查雷達、發(fā)射機的運行是否正常,檢查驅(qū)動箱上 A(仰角)、E(方位角)綠指示燈是否亮起。放球前 10min,將裝配好的探空儀懸掛于室外放球點處 (探空儀距地高度不超過4m)后,立即回到控制室檢查探空儀回答信號,并調(diào)節(jié)雷達頻率使其達到最佳。具體操作步棸是,打開攝像頭,將雷達天線手動對準探空儀方向,置小發(fā)射機按鈕于開啟狀態(tài),在示波器距離顯示模式下檢查是否存在回波凹口。若存在回波凹口,表示探空儀回答器正常工作,此時,切換到示波器角度顯示模式下,調(diào)節(jié)雷達頻率和增益,使四條亮線平齊,以亮線頂端出現(xiàn)“火柴頭”這一特征為最好,調(diào)節(jié)后,再次切換到示波器距離顯示模式下,此時回波凹口應(yīng)位于豎線中央。若進過初步檢查和頻率調(diào)節(jié)后,仍然沒有出現(xiàn)回波凹口,則應(yīng)該更換探空儀,重新進行基測后再施放。

需要補充的是,在放球過程中,由于頻率發(fā)生漂移、地物干擾等情況造成信號減弱,導(dǎo)致回波凹口不能自動跟蹤,即回波凹口偏離豎線中央,此時,應(yīng)及時調(diào)整頻率并按動距離增大/減小按鈕進行手動跟蹤,使回波凹口再次回到豎線中央。

2.2 電池的浸泡

GTS1數(shù)字探空儀使用的電池為注水鎂氯化亞銅電池,使用前需要在氯化鈉溶液里進行浸泡處理。其浸泡涉及氯化鈉溶液的濃度、浸泡時間及水溫。冬季氣溫低,浸泡電池的水溫可以高些,通常在 60℃左右,氯化鈉溶液濃度在 5%左右,時間在 5～6min。夏季氣溫高,水溫通常掌握在 45℃左右,氯化鈉溶液濃度則在 3%左右,浸泡時間 5min為佳,電池的電壓一般在 17～20V即可。用這種方法浸泡出的電池,電壓穩(wěn)定、波動幅度較小。需要注意的是,浸泡電池的時間要嚴格控制,若時間過短,電極板之間部分因沒有與溶液充分接觸而導(dǎo)致電壓低,功率小,若時間過長,則電池容易發(fā)生短路。

2.3 探空儀濕度感應(yīng)元件的老化

探空儀濕敏電阻片 (簡稱濕度片)是一個二次特性感應(yīng)元件,其測濕原理采用電阻值與濕度的比對方式,即濕度片的一個電阻值對應(yīng)一個濕度值,但電阻值除了受相對濕度的影響外,還受到溫度的影響,并隨時間變化有所漂移,所以在使用前要對其基點進行確定 (濕度為 0%時適度片的電阻值)。基點進行確定時應(yīng)將其置入基測箱讀取基準溫度T0和基極電阻R0。特別注意的是,T0、R0的變化對相對濕度影響很大,若讀取不準確,則會造成整份記錄的系統(tǒng)性誤差,影響探測的準確性。

在讀取T0、R0之前,要將濕度片置入基測箱的高濕、低濕瓶中進行老化。老化時,首先要注意濕度片兩側(cè)的電極與高濕瓶、低濕瓶插槽兩個接觸點的接觸是否良好,其次,老化時間要充分,在南方低濕的情況下,即使T0、R0看上去已經(jīng)趨于穩(wěn)定,也還是應(yīng)老化足夠 3min。

2.4 雷雨天氣的注意事項

GTS1型數(shù)字探空儀在雷雨大風(fēng)天氣情況下施放時,易因為被雷電擊中、內(nèi)部進水等造成信號消失至使探測終止無法獲得正常的高空資料,甚至造成本次探測的記錄全部缺測。同時,暴露的感應(yīng)元件被雨水淋濕失去特性后則會導(dǎo)致探測資料無法使用。因此,遇雷雨天氣時在放球前采取相應(yīng)措施,有效預(yù)防探空儀信號的突失十分必要。

GTS1型數(shù)字探空儀內(nèi)部是由發(fā)射板和智能板相連接,并通過智能板上的插口連接電池和溫、濕傳感器,從外觀上看,探空儀紙盒蓋凹陷,兩邊各有一條小縫,保溫盒與盒蓋之間也有縫隙。雷雨天氣時,當探空儀經(jīng)過對流層,受到氣流的強烈震蕩和雨水的沖擊后,容易造成各連接和插口處松動引起發(fā)射板或智能板斷路;同時,雨水很容易通過紙盒縫隙處滲入到保溫盒內(nèi),引起發(fā)射板或智能板短路。以上兩種現(xiàn)象都會導(dǎo)致探空儀信號的突失,所以,在雷雨天氣裝配探空儀時,應(yīng)保證發(fā)射板和智能板連接緊密,電池和溫、濕感應(yīng)器插口牢固,并用透明膠帶把保溫盒和盒蓋之間的縫隙粘緊。

同時,GTS1型數(shù)字探空儀的濕度感應(yīng)元件 (即濕度片)是裸露在外的,頂部只有一個盒蓋遮擋。在雷雨天氣放球過程中,濕度片很容易因沾上雨水而導(dǎo)致探測到的濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移、跳變等情況。為了避免濕度片濺上雨水,應(yīng)盡量減少施放前在室外暴露的時間,盡可能將探空儀掛在裝配亭的背風(fēng)處,并可采取適當遮擋處理。若雨太大,可適當推遲放球時間,等雨小后再放。

還應(yīng)注意的是,雷雨天氣氣球的升速相對較慢,若氣球的升速過慢,其在對流層受顛簸的時間就會長,信號突失的概率就增大,若升速較快儀器便能很快穿過對流層,便可以減少或避免低空信號突失。因而在雷雨天氣下充灌氫氣的凈舉力要視情況比平常多。

3 放球中易出現(xiàn)的問題

3.1 放球瞬間丟球的處理

氣球出手后,放球人員應(yīng)迅速回到雷達天線處,觀察雷達天線是否自動跟蹤氣球,若發(fā)現(xiàn)雷達天線跟蹤不正確,即瞬間丟球,此時應(yīng)立即通過對講機指揮微機操作員手動抓球。微機操作員應(yīng)迅速將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為手動狀態(tài),根據(jù)放球人員給予的氣球位置指示,搖動天線控制手柄追蹤氣球。待確定雷達天線對準氣球后 (即示波器四條亮線平齊),還應(yīng)調(diào)節(jié)頻率,使之為最佳。隨后,將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動跟蹤狀態(tài),并在示波器距離顯示模式下,調(diào)整距離按鈕,使凹口回波回到豎線中央。

3.2 探空亂碼的刪除

探測過程中,溫、壓、濕數(shù)據(jù)有時會出現(xiàn)一些亂碼飛點,首先應(yīng)選擇“自動修改溫、壓、濕曲線”功能。若此功能仍不能糾正亂碼,則應(yīng)放大溫、壓、濕曲線,手動選定一點或一段飛點處,雙擊鼠標左鍵刪除,盡量使得探測曲線平滑有規(guī)律。

3.3 測風(fēng)斜距不正常的處理

在探測過程中,會因雷達、探空儀問題使得示波器上的凹口變?nèi)趸蛘呦?造成斜距不準確,應(yīng)根據(jù)不同的情況采取不同的處理方法：

①若探測過程中,發(fā)現(xiàn)測風(fēng)斜距不正常且錯誤數(shù)據(jù)太多時,在“數(shù)據(jù)處理軟件”中點擊“探空數(shù)據(jù)處理”菜單,選擇“文件屬性”,此時出現(xiàn)“處理參數(shù)選擇”框,選擇“無斜距測風(fēng)”,將所有的雷達斜距轉(zhuǎn)換為探空高度計算。

②若只有少量的測風(fēng)斜距不正常時,可在“放球軟件”的“球坐標曲線”狀態(tài),選擇鼠標右鍵的“探空高度替換斜距”來替換不正常的測風(fēng)斜距。

3.4 雷達天線卡死

雷達天線仰角和方位角數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點后兩位,正常情況下天線轉(zhuǎn)動時這些數(shù)據(jù)每時每刻都發(fā)生變化,但在雷達經(jīng)過長期使用未及時清洗的情況下,容易使雷達上用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮R流環(huán)因積灰過多而導(dǎo)致雷達天線卡死。因此,如果發(fā)現(xiàn)“放球軟件”控制區(qū)顯示的仰角數(shù)據(jù)突然不再變化,而且雷達故障 A(仰角)報警指示燈閃爍并顯示“help”字樣時,即為雷達天線卡死[1],此時要果斷的關(guān)閉雷達驅(qū)動箱的電源,過幾秒鐘后再重啟。有些時候觀測的過程中雷達天線的仰角或方位角也會無緣無故的卡死,如果不能及時發(fā)現(xiàn)則會造成測風(fēng)記錄的仰角數(shù)據(jù)或方位角數(shù)據(jù)一段時間都不變化的錯誤。這就要求值班員一刻也不能疏忽,時刻監(jiān)視電腦屏幕,注意觀察仰角和方位角的變化,遇到異常情況果斷采取處置措施。

3.5 重放球的判定

雷達探測中,如遇溫、壓、濕的可用探測數(shù)據(jù)未達 500hPa(或高度不足 5 500m)并且放球時間不足10min的情況或者溫、壓、濕探測數(shù)據(jù)其中之一連續(xù)性缺測 (或者可信度低)的情況都應(yīng)重新放球進行探測。

特別需要注意的是,重放球應(yīng)在正點放球后75min內(nèi)進行,若超過時限,可不進行重放球。近地層出現(xiàn)高空風(fēng)缺測,如晴空或云高 3Km以上,記錄未達 3Km等情況時,也必須重放球。

4 其他注意事項

①在放球前,調(diào)入或修改探空儀參數(shù)并確定后,必須再次對參數(shù)特別是對輸入或修改項進行校對,以免造成不合格儀器的施放。

②如放球過程中誤碰了“放球”開關(guān),應(yīng)在軟件彈出的的詢問對話框中點擊“取消”按鈕,否則,實際接收的探測數(shù)據(jù)將出現(xiàn)錯誤。

③放球過程中,“放球軟件”和“數(shù)據(jù)處理軟件”同時啟用時,若在“數(shù)據(jù)處理軟件”中做了某些修改,而未在“放球軟件”中做此修改時,則“放球軟件”數(shù)據(jù)存盤時將會把“數(shù)據(jù)處理軟件”中的修改覆蓋。

④遇重放球,應(yīng)先退出“放球軟件”,然后依次關(guān)閉雷達主控箱發(fā)射高壓開關(guān)、雷達驅(qū)動箱開關(guān)、主控箱總開關(guān),之后再依次開啟主控箱總開關(guān)、雷達驅(qū)動箱開關(guān)、發(fā)射高壓開關(guān)進行重啟,并運行“放球軟件”才能進行下一次的放球工作。否則,下一次的放球工作將無法正常進行。

5 結(jié)論

L波段雷達探空技術(shù)日漸成熟,在氣象探測、氣象預(yù)報中發(fā)揮的作用也日漸凸顯。利用 L波段雷達進行高空探測時,各種不同的突發(fā)狀況時有發(fā)生,若處理不及時或者處理不恰當,都會造成探空數(shù)據(jù)的不準確甚至不可用。因此,全面總結(jié)各種可能影響探測質(zhì)量的情況,并掌握處理方法,在放球前認真做好準備工作、放球中嚴密監(jiān)視并及時處理突發(fā)狀況,可提高探測中溫、壓、濕數(shù)據(jù)的準確率和精度,有效減少或避免數(shù)據(jù)誤差,使 L波段雷達在氣象事業(yè)中發(fā)揮更積極的作用。

[1] L波段 (1型)高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊,中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司,2005.

P406

B

1003-6598(2010)增刊-0203-03

2010-09-10

張倚晨 (1986-),女,助工,主要從事高空氣象探測工作。