高空气象探测中重放球操作及信号干扰处理

2022-10-29

高空气象探测系统作为综合气象观测系统的重要组成部分, 是天气预报、气候预测预报和气候变化研究的重要依据之一, 在天气预报和气候监测中发挥着重要作用[1]。目前, 我国L波段雷达高空气象探测系统是由GFE (L) 1型二次测风雷达 (以下简称L波段雷达) 和GTS型数字式电子探空仪 (以下简称探空仪) 组成, 此系统基本实现了探测数据采集、监测和集成的自动化, 提高了高空气象探测资料的质量和精度。

重放球过程中容易出现雷达旁瓣抓球、丢球、大量飞点、雷达-气压高差大等异常情况, 造成记录缺测甚至多次重放球, 直接影响探测资料的完整性、连续性、代表性和比较性。同时, 两个探空仪信号干扰问题也一直是困扰业务值班中的难题。本文结合工作实践, 总结重放球过程中的注意事项和操作技巧, 重点介绍了信号干扰问题的解决方法。同时, 提出的通过调整探空仪回答器频率使得两探空仪的中心频率错开的方法, 在业务运行中得到了试验、验证, 并在河北省3个高空站进行推广使用, 有效解决了重放球时信号干扰的难题, 保证了高空探测的质量[2]。

1 重放球时的操作

业务值班过程中, 由于仪器故障, 操作失误, 恶劣天气等经常遇到重放球。重放球不仅是对人力和物力的浪费, 更会导致气象资料失去时间和空间上的一致性, 影响探测资料的比较性。

1.1 重放球的概念

重放球是指某次常规观测未达到规范要求高度而必须进行的再观测。重放球应在正点放球后75 min内进行。重放球达标标准:全年重放球次数≤6次, 即重放球率≤8.3‰。中国气象局规定:常规定时高空气象探测时次的可用数据未达到500 h Pa或不足10 min, 应重放球。综合探测或雷达单独测风时, 遇有近地层高空风失测, 应在规定时限内补放测风球, 但因某种原因, 放球的规定时限内未能补放测风球, 且在500 h Pa以下, 测风分钟数据连续失测大于5 min, 也应在放球的规定时限内重放球。

1.2 重放球时的操作方法

当判断某次探测过程失败需要重放球时, 其操作方法是:首先关闭放球软件, 选择球炸原因时, 按实际原因选择, 退出放球软件;然后, 打开放球软件时程序会提示是否“重新放球”, 直接选择“是”。

2 重放球造成的信号干扰现象

2.1 信号干扰原因

重放球前后施放的两个或多个探空仪发射机的中心频率f (1675±3 MHz) 基本相同, 如果高空中两个或多个探空仪相遇, 会使雷达接收机同时接收两个或多个探空仪回答器发出的信号, 造成信号混乱, 出现大量的乱码 (即飞点) , 见图1。后施放探空仪信号 (以下简称主信号) 受先前施放探空仪信号 (以下简称干扰信号) 干扰, 主信号频率变得较弱, 严重影响L波段雷达接收系统的接收, 如果干扰信号强于主信号, 容易造成雷达旁瓣、丢球, 导致记录不可用或缺测等。

2.2 信号干扰时的现象

发生信号干扰时, 会出现探空记录压、温、湿数据点混乱, 不停出现飞点、乱码, 雷达气压高度误差变大, 数据终端不停发出告警提示, 提示雷达测高与气压高度不一致;将示波器处于测距状态, 凹口两侧茅草较多;增益比先前增大;雷达仰角、方位角显示变化不大, 但雷达明显不停的抖动。

2.3 信号干扰时的应对措施

在高空气象探测过程中, 虽然高空气象观测系统自动化程度较高, 但值班员始终起着至关重要的作用。值班员业务操作能力的熟练程度、技术水平的高低, 正确判断、处理探测记录的能力, 直接影响着探测质量高低。本研究针对信号干扰, 提出以下几点应对措施。

当遇到探空仪信号干扰时, 值班员要密切监视、时刻注意接收信号情况, 及时判断、快速删除飞点, 保证探测数据的客观准确, 保证L波段雷达不丢失探测目标。

及时、有效的处理记录, 是探测质量的基本保证。放球开始时应把放球软件“地面参数”中的“数据处理方法”菜单下的功能项设定为“保留接收到的原始数据不进行任何处理”;

也要在“放大10倍”状态下查看是否有漏删的飞点。

3 信号干扰的解决方法

发生信号干扰, 后期记录难以整理, 并且在探测过程中容易出现旁瓣、丢球, 影响探测质量。为彻底解决信号干扰问题, 笔者在实际工作中进行探讨、试验, 通过调整探空仪频率以错开两探空仪回答器发射频率, 彻底解决了两探空仪信号干扰问题, 应用效果良好。目前此方法已在河北省各高空站推广使用。

3.1 探空仪频率的调整

调整方法:调节探空仪发射机头部的电容调谐螺丝 (一个半可变电容器) , 顺时针调整频率降低, 逆时针调整频率升高, 通过试验发现:一般顺时针 (或逆时针) 调整螺丝一周, 频率降低 (或升高) 2~3 MHZ, 顺时针最多可以调整螺钉4周半左右, 探空仪频率大约降低10 MHz左右, 逆时针可以调整五周以上, 频率大约升高15 MHz左右, 即探空仪的最高频率可以向上调整至1 692MHz, 最低频率可以向下调至1 662 MHz, 但是每个探空仪的中心频点是不一样的, 所以调整频率时也会有所差异, 而L波段雷达跟踪频率最大也可调至1 692 MHz, 最低能调至1 662 MHz。

3.2 频率调整的准备工作

根据工作经验, 认为探空仪频率调整工作可以事先做好, 一旦遇上重放球时, 能直接使用, 节省时间。自2013年使用以来, 未出现过因重放球造成的信号干扰问题;并与相邻时次的探测资料进行了对比, 表明探测到的数据可信, 说明此措施有效可行, 很好的解决了重放球后期信号干扰的问题, 提高了探测资料的准确性, 保证了高空探测质量。

通过工作实践发现, 手动调整探空仪的频率, 一定要专业人员来做, 调整幅度的多少, 需根据经验和科学依据, 如果调整的不到位, 依然会遇到信号干扰问题。

4 结语

高空气象探测中, 重放球以及信号干扰是在所难免的, 如果处理不当, 不仅容易造成丢球、记录缺测, 影响探测质量, 特别是遇到灾害性、关键性天气时, 还会影响天气预报和气象服务的时效性和准确性, 因此正确处理重放球和信号干扰问题显得尤为重要。本文就工作中出现的重放球问题进行了分析探讨, 得出以下几点结论:1) 做好重放球记录的保存工作是做好高空探测记录月报表的基础;2) 高空气象探测业务存在着大量不确定性, 遇到重放球信号干扰时, 值班员要保持镇定、合理处置、灵活应变, 平时练就熟练的业务操作能力, 提高业务技术水平, 才能保证探测质量;3) 提前做好探空仪频率的调节工作, 并把探空仪参数录入业务用计算机, 为重放球工作节省时间。

摘要：探讨了高空探测中重放球的操作方法, 及由于重放球2个探空仪信号干扰 (以下简称信号干扰) 的记录处理。并结合工作经验总结了重放球和信号干扰时的操作经验和技巧。通过调整探空仪频率的方法以错开两探空仪回答器的频率, 有效解决了重放球引起的信号干扰问题, 并在实际工作中得到验证, 效果良好, 保证了特殊情况放球的业务质量。

关键词：高空气象探测,重放球,信号干扰,处理