丹東雷達同頻干擾與異?；夭ǚ治?/h1>
2021-01-08 17:37楊喆
黑龍江氣象 2021年4期
楊 喆
(丹東市氣象局,遼寧 丹東 118000 )
1 引言
新一代天氣雷達是現代氣象探測的主要工具之一，它為氣象預報預測提供了豐富的產品。 這些產品對提高氣象預報預測尤其是短時臨近預報的時效性和準確率有著非常重要的作用， 而攜帶著氣象信息的雷達回波是提供這些產品的基礎和依據。 丹東雷達在2020年出現過多次異?；夭ǎ謩e為“畫餅”現象、同頻同步干擾現象及自身異?，F象，這三種情況基本涵蓋了已出現的異?；夭ǚN類， 均為典型的非氣象異?；夭?。 這些異?；夭ㄓ械臅走_產品應用造成影響， 有的則預示著雷達自身的運行情況和“健康”狀態(tài)，所以，判斷雷達回波的正常與否對雷達的維護保障和產品應用都有著非常重要的意義。
2 異?；夭ǚ治?/h2>
由于雷達探測到的氣象信息是由雷達回波攜帶返回并被雷達接收到， 因此正常的雷達回波生成的產品才有實際意義和應用價值 （不在本文討論范圍之內），但雷達異常回波卻也有著特殊含義，以下分別就每種情況展開分析。
2.1 餅圖現象
2020年4月22日 8-10時， 丹東雷達出現回波異?，F象，通常形象地稱之為“餅圖”。 此種異?；夭ìF象的特點是：滿屏均出現均勻的“回波”（無回波部分由于該區(qū)域有遮擋物， 對雷達發(fā)射機做了消隱處理所致），在同次體掃內沒有強度變化，呈現均勻分布狀態(tài)。
實際上此種現象顯示在屏幕上的并非雷達回波，而是雷達故障導致。 除了基本反射率圖像的中心部位似乎有一些固定物回波外， 基本速度圖像只有單一顏色的滿屏的一張餅圖， 此時的圖像沒有包含任何氣象信息。 這種狀態(tài)下，雷達接受到的回波信號在經過數字處理后，沒有檢出任何氣象信息，因而生成了錯誤的圖像產品， 預示了雷達接收機或者是雷達數字信號處理單元出現了故障， 需要人工干預排除故障。
2.2 同頻同步干擾現象
2020年7月1日 14-18時， 雷達出現回波異?，F象，表現為強度較大的射線形狀回波，判斷為同頻同步干擾現象。
對基數據進行分析，在固定的（方位 249.5°）位置出現強度較大的射線形狀回波。
繼續(xù)查看其他仰角回波數據，在1.4°同樣的方位依然存在明顯射線狀回波，在2.4°則出現了典型的同頻干擾帶來的“螺旋線”回波圖。
續(xù)查看更高仰角回波（6°仰角），在同樣的方位存在較強的射線狀回波，從天氣過程分析，在此時的12 km 高度處不應有這樣的射線狀回波。
繼續(xù)對異常時刻的多普勒速度產品進行分析，異常時刻前后連續(xù)兩個體掃中， 在對應方位出現大量紫色區(qū)域，通常為非相干信號（不是雷達發(fā)射遇到目標的返回信號）和距離折疊后出現。
繼續(xù)查看更高仰角回波（2.4°仰角），多普勒速度也出現紫色螺旋線， 通常在這個仰角出現距離折疊的可能性很小， 更大的可能是外界干擾信號進而被雷達接收到所導致的。
分析雷達標定數據雷達反射率標定常數SYSCAL，變化范圍僅0.18 dBZ，滿足≤1 dBZ 的技術指標要求，說明雷達系統(tǒng)本身沒有異常，僅外界干擾信號影響了雷達的噪聲電平， 進一步判斷為干擾信號所致。
綜上所述， 無論從基數據的反射率和多普勒速度分析，還是從雷達本身的標定信號分析結果，均可以判斷此次丹東雷達的異常回波圖為外界同頻干擾所致。
2.3 雷達自身異常現象
2020年7月3日 14時 26分， 雷達出現異?；夭ìF象，表現為較小的條狀射線回波，判斷為雷達自身異?，F象。 此種異常回波現象表現為較為窄小的扇形輻射狀回波且出現的位置不固定， 在同一體掃周期內的不同仰角上隨機出現，位置也不重合，當仰角升到1.5°時現象已然消失，雖然在速度產品中有紫色螺旋線產生，但因其固定方位上的射線回波較小，所以不能界定為同頻干擾現象， 加之此次異?，F象僅僅持續(xù)在一次體掃內（6 min），若為太陽信號干擾所致，會出現在連續(xù)體掃內，或者同次體掃內多次出現該現象。 所以更多的可能是由于雷達運轉時間過長（丹東雷達已連續(xù)運轉十年），減速箱齒輪磨損嚴重等原因， 致使天線運轉速度不均勻或天線抖動產生的自身干擾現象， 也有可能是因為雷達收發(fā)轉換器件老化或雷達各個功能單元不能完全同步等原因導致，雖然這一現象不會嚴重影響雷達產品的使用，但也預示著雷達的“健康”狀態(tài)堪憂。
3 解決措施
當干擾發(fā)生頻次較高時， 可以使用機外儀表進行頻譜測試， 為進一步分析干擾信號和行政執(zhí)法提供數據。 通常解決的方案有兩種，一是查到干擾源并通過行政執(zhí)法的方式將其關閉。 二是在無法關閉干擾源的情況下，可以采取緊急應急措施，找出在上次體掃中出現強干擾回波的方位角和仰角的范圍，做緊急消隱處理避免丹東雷達受到干擾。 尤其在汛期內， 可以有效地避免丹東雷達受到干擾時影響全省回波拼圖質量。
4 結論
對于雷達畫餅現象， 多為雷達接收機或者是雷達數字信號處理單元出現了故障， 需要人工干預排除故障，對雷達進行停機檢修；雷達出現同頻干擾現象，應迅速采取應急措施，迅速判斷并消隱該固定方位和仰角的所有回波， 查找干擾源或待干擾消失后再做相關處理工作； 若雷達出現自身異常導致回波短暫出現紊亂現象， 應對雷達本身狀態(tài)加強觀察和檢查，保證雷達自身處于“健康”狀態(tài)。 無論出現何種回波異?，F象， 都要在不影響雷達指標功能的前提下采取應對措施，以達到最佳效果。
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新一代天氣雷達是現代氣象探測的主要工具之一，它為氣象預報預測提供了豐富的產品。 這些產品對提高氣象預報預測尤其是短時臨近預報的時效性和準確率有著非常重要的作用， 而攜帶著氣象信息的雷達回波是提供這些產品的基礎和依據。 丹東雷達在2020年出現過多次異?；夭ǎ謩e為“畫餅”現象、同頻同步干擾現象及自身異?，F象，這三種情況基本涵蓋了已出現的異?；夭ǚN類， 均為典型的非氣象異?；夭?。 這些異?；夭ㄓ械臅走_產品應用造成影響， 有的則預示著雷達自身的運行情況和“健康”狀態(tài)，所以，判斷雷達回波的正常與否對雷達的維護保障和產品應用都有著非常重要的意義。
2 異?；夭ǚ治?/h2>
由于雷達探測到的氣象信息是由雷達回波攜帶返回并被雷達接收到， 因此正常的雷達回波生成的產品才有實際意義和應用價值 （不在本文討論范圍之內），但雷達異常回波卻也有著特殊含義，以下分別就每種情況展開分析。
2.1 餅圖現象
2020年4月22日 8-10時， 丹東雷達出現回波異?，F象，通常形象地稱之為“餅圖”。 此種異?；夭ìF象的特點是：滿屏均出現均勻的“回波”（無回波部分由于該區(qū)域有遮擋物， 對雷達發(fā)射機做了消隱處理所致），在同次體掃內沒有強度變化，呈現均勻分布狀態(tài)。
實際上此種現象顯示在屏幕上的并非雷達回波，而是雷達故障導致。 除了基本反射率圖像的中心部位似乎有一些固定物回波外， 基本速度圖像只有單一顏色的滿屏的一張餅圖， 此時的圖像沒有包含任何氣象信息。 這種狀態(tài)下，雷達接受到的回波信號在經過數字處理后，沒有檢出任何氣象信息，因而生成了錯誤的圖像產品， 預示了雷達接收機或者是雷達數字信號處理單元出現了故障， 需要人工干預排除故障。
2.2 同頻同步干擾現象
2020年7月1日 14-18時， 雷達出現回波異?，F象，表現為強度較大的射線形狀回波，判斷為同頻同步干擾現象。
對基數據進行分析，在固定的（方位 249.5°）位置出現強度較大的射線形狀回波。
繼續(xù)查看其他仰角回波數據，在1.4°同樣的方位依然存在明顯射線狀回波，在2.4°則出現了典型的同頻干擾帶來的“螺旋線”回波圖。
續(xù)查看更高仰角回波（6°仰角），在同樣的方位存在較強的射線狀回波，從天氣過程分析，在此時的12 km 高度處不應有這樣的射線狀回波。
繼續(xù)對異常時刻的多普勒速度產品進行分析，異常時刻前后連續(xù)兩個體掃中， 在對應方位出現大量紫色區(qū)域，通常為非相干信號（不是雷達發(fā)射遇到目標的返回信號）和距離折疊后出現。
繼續(xù)查看更高仰角回波（2.4°仰角），多普勒速度也出現紫色螺旋線， 通常在這個仰角出現距離折疊的可能性很小， 更大的可能是外界干擾信號進而被雷達接收到所導致的。
分析雷達標定數據雷達反射率標定常數SYSCAL，變化范圍僅0.18 dBZ，滿足≤1 dBZ 的技術指標要求，說明雷達系統(tǒng)本身沒有異常，僅外界干擾信號影響了雷達的噪聲電平， 進一步判斷為干擾信號所致。
綜上所述， 無論從基數據的反射率和多普勒速度分析，還是從雷達本身的標定信號分析結果，均可以判斷此次丹東雷達的異常回波圖為外界同頻干擾所致。
2.3 雷達自身異常現象
2020年7月3日 14時 26分， 雷達出現異?；夭ìF象，表現為較小的條狀射線回波，判斷為雷達自身異?，F象。 此種異常回波現象表現為較為窄小的扇形輻射狀回波且出現的位置不固定， 在同一體掃周期內的不同仰角上隨機出現，位置也不重合，當仰角升到1.5°時現象已然消失，雖然在速度產品中有紫色螺旋線產生，但因其固定方位上的射線回波較小，所以不能界定為同頻干擾現象， 加之此次異?，F象僅僅持續(xù)在一次體掃內（6 min），若為太陽信號干擾所致，會出現在連續(xù)體掃內，或者同次體掃內多次出現該現象。 所以更多的可能是由于雷達運轉時間過長（丹東雷達已連續(xù)運轉十年），減速箱齒輪磨損嚴重等原因， 致使天線運轉速度不均勻或天線抖動產生的自身干擾現象， 也有可能是因為雷達收發(fā)轉換器件老化或雷達各個功能單元不能完全同步等原因導致，雖然這一現象不會嚴重影響雷達產品的使用，但也預示著雷達的“健康”狀態(tài)堪憂。
3 解決措施
當干擾發(fā)生頻次較高時， 可以使用機外儀表進行頻譜測試， 為進一步分析干擾信號和行政執(zhí)法提供數據。 通常解決的方案有兩種，一是查到干擾源并通過行政執(zhí)法的方式將其關閉。 二是在無法關閉干擾源的情況下，可以采取緊急應急措施，找出在上次體掃中出現強干擾回波的方位角和仰角的范圍，做緊急消隱處理避免丹東雷達受到干擾。 尤其在汛期內， 可以有效地避免丹東雷達受到干擾時影響全省回波拼圖質量。
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