多普勒天气雷达日常维护与故障维修

杨勐 党海鹏

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摘要：多普勒天气雷达系统又称超级千里眼，是以多普勒效应为基础，通过对天气气象回波进行多普勒速度分辨，获得大气层中不同高度中大气风场、气流垂直速度、湍流运动分布情况，进而获得相关气象信息的探测工具。在测量强对流天气发生内在因素、提高强对流天气警戒速度等方面具有重要意义。基于此，本文章对多普勒天气雷达日常维护与故障维修进行研究，供相关人士参考。

关键词：多普勒;天气雷达；日常维护与故障维修

引言

为了及时了解某一活跃强天气系统的垂直结构，就需要临时对雷达进行干预使其对活跃强天气系统做剖面观测。日益复杂化的观测需求对气象雷达的目标跟踪、数据的有效获取等提出了更高的要求,而调度算法作为核心软件也亟需进一步提升性能以充分发挥雷达的潜力。需要对雷达的运行控制方式进行全新的规划和设计，形成一套完整的运行控制管理系统，以满足不同场合的观测需求，这已经成为天气雷达技术发展中一项迫在眉睫的任务。

1概述

基于作业表的多普勒天气雷达运行系统，本系统包括后台逻辑和交互界面两个方面，后台逻辑分工作模式、工作任务、作业表、作业表调度和工作任务执行五个层次，交互界面则分工作模式编辑、作业表编辑和作业表监控三个层次。用户通过人机交互界面编辑工作模式和作业表后，由作业表监控加载至系统后台，经作业表调度逐层分解，得到当前需要执行的工作模式，控制雷达按指定的扫描模式和工作参数进行探测。利用该机制针对各观测任务特点，设计合理的任务序列，达到总体时间资源最优的效果。

2多普勒天气雷达的工作原理

吸收和散射是粒子对电磁波的两大基本形式，这也是雷达探测大气的基础。电磁波在大气传播的过程中如果遇到雨滴、悬浮颗粒和其它空气粒子时，会在粒子表面发生反射现象，这也称为散射。散射出来的电磁波波被雷达吸收后，可以监测其振幅和相位等数据，然后通过相关公式计算出应对的天气特征。多普勒天气雷达除了利用电磁波散射的原理之外，还应用了多普勒效应。声音的频率受到声波压缩的影响，声波压缩，声音频率会变大；声波膨胀，声音频率会减小。多普勒天气雷达发射的电磁波以光速进行传播，远远大于声波的频率，所以该雷达需要测量电磁波往返脉冲的差值，以此计算出风速、风向等气象目标的径向速度。除了提供发射率因子之外，多普勒天气雷达还能测量气象目标的谱宽数值，有利于预警极端天气。

3多普勒天气雷达日常维护

多普勒天气雷达系统日常维护多数都在工作状态进行维护，维护工作通常时长在2h左右[1]。维护项目大致分为3个部分：发射系统、天线系统、其他设备。其他设备维护工作主要包括UPS电压参数检查、柴油发电机工作状态检查等，在此不进行展开阐述。

多普勒天气雷达发射系统日常维护主要包括：电机、发射机柜、脉冲变压器油箱、控制板指示灯。其一，电机。为了保证多普勒天气雷达系统维持24小时工作状态，在发射系统日常维护工作中，首先应当检查电机运行状态。在检测电机机身是否出现运行故障的同时，也要对电机线路完整性进行检查。其二，发射机柜维护工作主要是清除风机扇叶、聚焦线圈滤网及机柜进出风口的灰尘，保证发射机柜内的风机正常散热，通常每隔7d进行一次清理。其三，在脉冲变压器油箱的维护中，主要检查其介电强度、电表读数及测试点参数、波形状况。其四，针对控制板3AI指示灯，应定期检查其功能是否正常，以保证控制面板信息准确性。

4新一代多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用

4.1估测降水情况

多普勒天气雷达除了应用在自然灾害的监测中，还被气象工作者用于估测地区范围降水。通过计算回波强度和降水量的比值，多普勒天气雷达可以精准测绘出时段性雨水分布图，气象工作者根据降水图可以直观分析各地的降水情况。如果该地区降水过少并且严重影响生态发展，气象局应该采取人工降雨等措施；如果该地区降水量过大，气象局要提前向人们发出灾害警告，并采取相关防汛措施。一般来说，当多普勒天气雷达回波强度在25dBz以上的区域都可能出现降雨，回波强度越高，那么该地区降雨的强度将会越大。降水分布图中显示亮黄色区域一般会出现10毫米/小时左右的中等强度降雨。处于暖红色区域的雷达回波强度在45dBz左右，该地区一般会出现20毫米/小时左右的较强降雨，并且还会伴随短时雷雨大风、冰雹等强对流天气。

4.2预警灾害天气

通过多普勒天气雷达，人们可以清晰观测到气象目标的发射因子、谱宽和径向速度等气象情况。这些数据都反映在雷达上的图形中，气象工作者可以综合图形和数据，提前对灾害天气进行预测。回波速度是判断气象数据中最为重要的一项，可以判断强对流天气，利用多普勒天气雷达可以提高数据收集的效率。气流强度、辐散和旋转都能直接影响到强对流天气的出现和发展，通过多普勒天气雷达能够快速测得回波强度，气象工作者根据相关数据能够尽早识别灾害天气，防患于未然。多普勒天气雷达一般建造在自然灾害多发区，如果建设在洪涝灾害多发区，可以大大提高该地区暴雨（雪）、雷电、冰雹、龙卷风等灾害性天气的监测预警能力和预报服务水平，尤其是能够提升河流上游降水预报能力，将为防灾减灾、淮河防汛抗洪和科学调度水资源提供有力支撑。除了洪涝灾害多发区，多普勒天气雷达在高原山区也有所应用。例如：C波段多普勒天气雷达是我国近几年研发出的一种全新的型号，满足了山区工作的需求。该雷达系统有效探测半径超过75公里，具有高灵敏度、高可靠性、使用维护方便等特点，还满足24小时连续运转、无人值守等要求。雷达系统正式服役后，与现有C波段多普勒天气雷达系统进行组网，对于分析山区下游地区的天气过程、提高灾害性天气区域联防具有重要意义，也可为人工增雨消雹作业提供科学依据。

5多普勒天气雷达故障维修

5.1回波故障

目前我国运行的多普勒天气雷达有K/S/C/X波段之分，而多数接收波形几乎都处在C波段，极易受到干扰形成回波现象，而信号分析系统处理难度较大，所以回波现象已经成为影响多普勒天气雷达正常运行的一大因素，专业人员称这种现象为回波故障。

5.2接收系统

接收系统故障主要有2种：噪声电平偏低与特性曲线异常。造成噪声电平偏低故障原因通常有3点：接收机、振动频率与晶振。分别通过断开中频电缆、测试震动频率、测试晶振输出状况逐步排查、分析故障点，并进行维修。而针对特性曲线异常故障，则需要逐一检查接收机元件和线路故障问题，并进行相应的更换与维修。

结束语

开展发射系统、天线系统和其他设备日常维护工作能够减低多普勒天气雷达故障几率，保证设备正常工作。同时，针对雷达设备常见故障进行科学检测排查，及时进行维修，延长设备使用寿命。做好多普勒天气雷达日常维护与故障维修，在提高我国气象现代化水平方面具有重要意义。

参考文献

[1]孔文斌,褚保亮,李屾.新桥机场三次风切变过程的多普勒天气雷达产品分析[J].民航管理,2018(11):78-81.

[2]蔡俊峰.三类大风的多普勒雷达与风廓线雷达特征分析[C].中国气象学会.第35届中国气象学会年会S1灾害天气监测、分析与预报.中国气象学会:中国气象学会,2018:116-122.

[3]杨正玮.多普勒天气雷达日常维护与故障维修[J].设备管理与维修,2018(06):73-74.

[4]张占文.基于多普勒天气雷达的地物识别研究[J].现代电子技术,2017,40(19):112-114+118.

[5]郑文烤.多普勒天气雷达日常维护使用与故障维修[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2017(02):181-182.