胡晓亚 刘一萍 何敏发

安庆市气象局 安徽 安庆 246000

引言

高空气象观测数据是最重要的气象观测数据之一，它可以提供温度、气压、湿度和风力、风向等气象要素在垂直方向上的分布情况。L波段雷达是我国自主研发的新型探测系统，可提供高质量、高分辨率的高空探测数据。由于L波段雷达系统的元器件对环境较为敏感，在系统运行过程中容易受到各种干扰而发生故障，造成高空气象观测质量差。结合笔者在安庆市探空站的高空气象探测业务开展经验，对L波段雷达系统经常出现的问题进行总结，并给出处理方式及日常维修维护建议，为L波段雷达在复杂天气或恶劣环境的正常运行提供经验。

1 L段波高空气象探测内涵分析

在实际研究机制建立后，主要是对相关设备进行细化分析和综合性管理，L波段高空气象探测项目中，指的是GFE型雷达控制的GTS1型数字式电子探空仪，在实际工作操作过程中，会形成高空气象探测系统，这个系统内的基本内容统称为L波段高空气象探测系统，正是基于此，在实际应用测量和管理过程中，也要对相关信息进行有效处理和综合性检测，并对相关信息和控制模型展开有效分析，从而保证整个处理效果符合标准。相较于59-701雷达探测系统，L波段高空气象探测系统不仅基值测定方式非常的快捷化，其操作流程的自动化也十分关键，运行过程中数据准确率也具有一定的优势，正是基于其实际的特征和优势，在管理模型中，能形成有效的互动。从根本上提高了工作人员的工作效率，也有效减少了探测数据的出错率。这对于整体管理机制的优化具有非常深远的意义，然而，其运行机制建立后，也要面临一些问题，要想从根本上提高L波段高空气象探测资料整体质量，就要结合实际需求和控制措施，确保相关信息完整度和管理效果的最优化，也能为气象防灾减灾及社会各部门提供准确、权威的气象信息，从而确保相关工作有序开展[1]。

2 L波段高空气象探测系统及基本工作原理

L波段高空气象探测系统是由我国自主研发的新一代探空系统，由二次测风雷达和电子探空仪配合，主要对高空中的风向、风速、气压、气温、湿度等要素进行

综合或单独探测，具有探测密度高、采样速度快、经济便捷等特点，实现了高空气象探测的数字化和自动化。“L”代表的是雷达波段：1～2GHz，GFE(L)1型二次测风雷达使用的频率是1.675GHz，简称为L波段雷达[2]。

3 L波段高空气象探测业务常见问题以及处理措施

3.1 雷达探空仪操作问题

3.1.1 天线抖动。引起雷达天线抖动的主要原因是电压不稳定和启动速度过快。雷达抖动的频繁发生会导致天线电缆接触不良。如果不及时、准确地处理该故障，将影响高空探测的准确性。为避免天线抖动，应遵循以下步骤:

3.1.1.1 开机时，先打开主机电源；

3.1.1.2 打开主控箱开关，接通雷达外部电源；

3.1.1.3 打开示波器电源；

3.1.1.4 接通驱动箱电源；

3.1.1.5 预热半小时左右后，打开发射机开关。

为了让驱动电源在启动时留有充足的预热时间，应按照顺序启动雷达，以避免在先驱动电源造成其他设备电源在打开瞬间突然发生电压不稳的状况，确保雷达探测设备的稳定运行。

另外，还有一个原因导致天线抖动，就是雷达天线在气球中处于自动跟踪状态。当雷达处于低仰角时，天线抖动对低层大气数据采集质量造成影响，在严重时不能跟踪上探空仪。因此，在雷达主电源接通后，驱动箱电源接通之前，需要手动操作放球软件界面上的天空控制开关，手动操作完成后，将其设置为自动操作。

3.1.2 天线 “死位”。为了确保雷达信号，雷达天线应有天线罩保护， 以免在长期使用的过程中造成汇流环变脏，导致雷达天线仰角、方位被“锁死”，电机驱动箱仰角灯和方位绿指示灯两个指示灯不亮、而红指示灯和界面报警灯两个指示灯亮为操作平台的主要表现。这种情况的处理步骤为：

3.1.2.1 快速重启电机；

3.1.2.2 重启电机驱动箱开关。

为避免这一问题的发生，应定期用酒精清洗雷达汇流环，特别是在冬季大风季节，应增加清洗次数。为了保证放球探测过程中的数据观测误差降到最低，应及时发现存在的问题，并尽快进行处理。面对工作过程中存在的问题，要及时发现并有效解决问题，将放球探测中的观测误差降到最低。

3.1.3 接收机信号状态。施放L波段高空气球时，随着气球的上升和高度值的变化使接收机的增益也随之变化，因此，应随时根据接收机的增益数据对雷达进行控制，以保证L波段雷达能够良好跟踪高空气球接收到的信号。对于值班的工作人员，要做好各项工作，特别是要随时做好增益的调整，参照示波器显示出的角度方式，用开关的两个小按钮来调节接收机增益； 增益的最适值为增益数值最小时，同时示波器的4条亮线达到饱和，在这个时候接收机增益值为30dB至50dB。

另外，为了保证信号达到最佳状态，需要同步调整天线频率和接收机增益，可以采用以下两种处理模式:

3.1.3.1 将频率开关保持在手动状态，频率数值调整在1675.0±6MHz后，在放到自动状态。

3.1.3.2 小发射机在工作的状态下，示波器显示的4条亮处于距离方式，另外凹口深度位于1/3-2/3，为了实现探测资料数据的正常传输， 接收的信号保持最好状态，需要将接收机增益与频率都调整为最佳状态，同时随时对调节进行观察[3]。

3.2 观测记录问题

3.2.1 施放前的探空仪基值测定。湿度片做老化，读R0、T0。同时去确定仪器序列号（检查仪器信号是否好， 手动调节增益到30 dB-50dB， 调好后再放到自动挡，中心频率为1675.0±6MHz，） 读气压、将湿度片插入仪器做基测读T、 U，浸泡电池记下电压

（夏天16-17伏，冬天18-21伏），电压的高低直接影响仪器信号的好坏，对记录有直接的影响。打开基测按钮输入所读的数据合格后关闭基测按钮，不能再打开这个按钮否则会丢掉前面的数据导致序列号乱不能正常接收信号或导致施放不合格仪器。

3.2.2 地面瞬间观测。瞬时观测在施放气球前后5分钟内登记地面气象要素数据，值班人员需要根据地面气象观测标准读取地面气压、 附温、干球温度和湿球温度等相关的地面气象因素，同时把数据输入到L波段观测平台，避免输入的错误，将整份高空气象探测记录出现系统性错误的可能性降至最低，甚至是不发生差错。

3.2.3 探空记录资料处理。L波段雷达自动化程度高，采集的记录数据的特征为频次密集、数据量大，所以飞点发生的概率较高，通过分析研究，处理温度、湿度、气压三要素的飞点。每年的4-9月是安庆的汛期，在汛期间降雨量较多，且降雨持续时间长，相对湿度高，飞点出现的可能性大；特别是在夏季观测时常出现的强对流天气对湿度观测的影响更严重，甚至会出现难以判断的紊乱讯号，面对这种情形时，值班测员需要识别不准确、错误的记录。

3.3 测风记录异常

测风记录上某个时次的数据突跳问题的出现，会对量得风层、高度和等压面风的计算产生影响，从而使得雷达数据的正常发报和报表制作受到影响。当观测人员在处理这种情况时，采取如下措施：

3.3.1 当某分钟测风数据异常，可将该分钟数据作缺测处理。

3.3.2 若为斜距跳变，就用高度代替斜距，通常要代替几分钟的斜距数据，比如在2到5分钟之间，这样计算出的数据差值就会降到最低。

3.3.3 如果出现整份记录斜距有误，应采用综合探测无斜距测风[4]。

3.4 旁瓣跟踪分辨问题

在能见度较差时，比如强降水等天气的影响下，无法清楚地观察和追踪气球轨迹，而产生旁瓣跟踪问题。当系统长时间出现旁瓣跟踪问题，会造成数据缺测，情况严重时需要重新放球，否则会导致观测事故。因此，清除旁瓣问题对高空观测业务十分重要。判断旁瓣有以下的方法：

3.4.1 利用4 条亮线辅助判断；

3.4.2 利用高度和气高进行判断。旁瓣跟踪的增益值一般在 150～160 db之间， 在这种情况下， 高度值和气高之间的差值是较高的。若有旁瓣跟踪，首先调整仰角， 抬升仰角大约升10°；其次扇扫天线，以实现根据高度与气高的差值进行及时的修正。

4 应对复杂天气、特殊事件的应急处理

4.1 信号混乱

L 波段系统的抗干扰性能较差，遇到强对流天气，讯号絮乱无法判断其变化趋势，这种情况给值班管理人员整理资料带来很大问题，建议台站将资料结合探测规范的压、温等数据连续缺测或可信度差处理，缺失测量处理在当天时间内完成[5]。

4.2 特殊天气

在高空探测的过程中还可能会出现大雪、强降水、雷暴、大风等复杂的天气状况，在一定程度上影响着气球的正常升速。为保证气球正常升空，工作人员可以依据实际情况适当地加大氢气球的充气量。如果，受天气现象的影响，使探空仪不能正常工作，就需要根据实际情况适当地把气球的施放时间推迟。如果在探测的过程中出现探空仪遭受雷击或者是传感器变性的情况，就需要立即重放球，但是需要注意的是重放球的时间必须是在规定的时间范围内。 当在距地3000m以下进行的测风记录缺测时，应该想办法进行补测。当气球的施放受恶劣天气状况（台风、沙尘暴等）的影响时，必须采取人工辅助的方式，保证气球的正常施放，同时还要保证气球施放后的顺利跟踪。放球点的位置应该选择在天线的下风方向，时刻跟踪气球施放后的运动轨迹，便于发生特殊状况使自动抓球失败后可以顺利进行手动抓球。放球人员在放球之后需要跟踪并观察气球一段时间，还需要注意在施放气球的同时按下“确定”按钮，及时与施放的气球进行信号、方位等跟踪与沟通，确保施球工作在复杂多变天气情况下顺利进行。还必须在探测前1h预计可能出现的天气状况，并想出其应对措施，以便在情况发生时能够熟练准确地解决问题[6]。

5 结束语

总之，L波段高空气象观测业务显著提高了高空气象观测数据的精度，实现了数据的采集和处理，提高了气象观测的质量和准确性，减少了误差，很大程度上避免了一些问题的出现。L波段高空探测是一个新时代的探测方法，它提高了气象探测质量；同时在自动化程度不断提高的同时，与此同时也面临着许多突发事件和问题，因此，需要采取对策和方案解决 L 波段气象探测过程中出现的问题， 并严格按照业务规范进行操作，以提高气象观测的质量，确保 L 波段高空气象探测系统的稳定运行。