浅析多普勒气象雷达与传统气象雷达的优劣.doc

浅析多普勒气象雷达与传统气象雷达的优劣民航桂林空中交通管理站气象雷达变迁安全第一、经济至上是现代民用航空运输所追求的目标和运营宗旨，由于航空运输是在空中进行的，任何飞行活动都需要在一定气象条件下进行，因此天气对飞行活动具有重大影响，加强航空气象保障工作对航空活动的安全、正常和效率有着重大意义。经过几十年发展，我国航空气象服务工作取得了长足发展，气象装备得到了极大改善，天气雷达的应用，对航空活动的安全、正常和效率发挥了重大作用。在桂林，也正是有了天气雷达这一双天眼，才给予了起降和飞越桂林的飞机最大的安全保证。可以说气象雷达对桂林的航空事业做出了功不可没的贡献。桂林机场最初用的是CTL88B气象雷达，它于96年10月正式使用，2007年12月退出服务。该气象雷达由桂林长海机械厂生产，是传统713气象雷达的改进型，该系列雷达是大量采用微波固体器件和集成电路为主的数字化气象雷达，具有高稳定性和可靠性。系统采用固定式5cm波段，主要用于探测400km范围内的云体、降水、雷暴、冰雹和台风等气象目标，测量其空间位置、强度、移向、移速，并识别其性质。该系列雷达曾广泛应用于民航机场，南京、武汉、郑州、大连、桂林、湛江、西宁等大中型机场先后安装使用该系列雷达。在灾害性天气飞行保障中，该天气雷达发挥了重要的作用。时过境迁，眨眼10年过去了，CTL_88B气象雷达已经过了使用年限，在2008年9月，新一代的ADWR气象雷达接过了老雷达的工作。它发出的电磁波辐射到了整个桂林的上空，任何风吹草动也逃不过这一双新的天眼。装备的更新，也代表着我们气象机务员的又一次学习浪潮。在这里，我简单地分析一下新的多普勒气象雷达相对传统的气象雷达的优点。1传统气象雷达，多普勒气象雷达的发展与技术特点多普勒气象雷达不是传统的气象雷达，多普勒气象雷达是一种相干雷达，而传统的气象雷达则属于非相干雷达。多普勒气象雷达采用的是多普勒体制，它的发展是建立在无线电技术，信息处理技术和计算机应用技术基础上的，它具有传统气象雷达所没有的技术性能：如传统气象雷达可以探测云和降水回波的位置及强度等，多普勒天气雷达除了具备探测云和降水回波的位置及强度功能外，它以多普勒效应为基础，通过测定接收回波信号与发射探测脉冲信号频率之间出现的频移，可以测出散射体相对于雷达的径向速度，从而确定大气风场、气流垂直速度的分布及湍流等。它对降水成因、中小尺度天气系统及强对流造成的灾害性天气的监测与研究具有重大意义，是发布严重灾害性天气警报和临近预报的重要探测工具。2多普勒气象雷达的工作探测原理多普勒气象雷达的工作原理基于多普勒效应理论。多普勒效应是澳大利亚物理学家J.Doppler1842年首先从运动着的发声源中发现的现象，多普勒气象雷达的工作原理即以多普勒效益为基础，具体表现为：当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异，从而得到所需的信息。运用这种原理，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义，这是以往的老式雷达做不到的。3.新多普勒气象雷达在技术性能上与传统气象雷达的不同点3.1多普勒气象雷达在继承了传统气象雷达技术优点的基础上，又充分吸收了近年来计算机技术和微电子技术的最新成果，我们桂林空管的多普勒气象雷达能满足72小时以上的连续长时间运转，同时还具备高可靠性的技术性能要求；其精确度、可靠性、实用性均比原来的CTL_88B气象雷达有了很大的飞跃，它的探测能力和总体软硬件水准已处于先进的水平。3.2过去的传统气象雷达的探测原理是利用云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来发现它们，并测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等；新一代多普勒气象雷达除了能起到传统多气象雷达的这种作用外，它的重大改进是可以利用物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，并通过这种速度信息来推断降水云体的风速分布、风场结构特征、垂直气流速度等。另外多普勒气象雷达可生成图象产品，主要有半径150-400公里范围内不同仰角的强度图，半径150-400公里范围内不同仰角的速度图，当地高空风向、风速变化图，风暴、龙卷、冰雹等的预警输出图等等。3.3最新的多普勒雷达的最大探测距离半径为460公里，它具有良好的多普勒测速能力，对暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气有很强的监测和预警能力，它包括了灾害性天气的绝大部分的监测和预警内容；新多普勒雷达还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水，而且其连续观测能力比传统天气雷达有了很大的提高；新多普勒气象雷达是智能型的探测系统，除了能够实时提供各种图象分析的信息外，还具有准实时的对多种灾害性天气的自动识别、追踪等功能。4.多普勒雷达的系统故障自诊断技术新一代天气雷达除了利用各种措施保证系统各个环节的高效可靠性外，还应该具有良好的可维护性。它应当可以利用各种仪表进行方便的人工测试，与此同时还应当具备自检功能。对此，新一代的多普勒天气雷达采用了系统故障自诊断技术，即自动监控和自动检测技术，也称为系统内置式检测设备，或者叫做雷达的BIT功能。它是新一代天气雷达不可或缺的重要部分，在天气雷达的运行过程中，用来监测系统性能和内部状态，自动发现和诊断故障并且将之隔离。雷达系统的BIT功能贯穿于系统的设计、调试、联调全过程中，其BIT的作用更是体现再联调和正常的工作过程中。单纯的开机自检可使故障检测率达到90%以上，如果结合周期性的自检和维护测试，故障检测概率应可达到95%以上，使系统更加可靠，更加安全的运行。5.CTL-88B气象雷达与ADWR气象雷达故障率对比CTL-88B气象雷达是于1996年十月启用，而ADWR气象雷达是于2008年9月投入试运行，为了使它们的故障率比较比较直观清晰，在这里，都取气象雷达刚开始工作一年半以内的数据进行对比。5.1故障次数统计在1996年10月至1997年12月桂林机场CTL-88B气象雷达的故障次数合计为10起，1996年10月至1997年12月故障情况见表一：表一 1996年10月至1997年12月故障情况1996年10月12月1997年故障次数1914个月内10起故障的时间排序表如表二：表二 14个月内10起故障的时间排序表故障情况故障部位故障原因故障时间1光纤6号光纤断1996.12.62光端机光端机故障1997.3.143天控D9、D13、三极管V14、V15损坏1997.8.14天控单板机单板机故障1997.2.135天线砸锅偶然因素引起1997.2.146发射机不工作风机损坏1997.4.187配电柜配电柜开关坏1997.4.298天控直流放大板直流放大板一电容坏1997.5.149电源电容C6击穿1997.8.1210非稳压电源接线盒接线盒接头损坏1997.11.7我们再来看一下从2008年9月到2009年11月桂林机场ADWR气象雷达所发生的故障。2008年9月至2009年11月故障情况见表三：表三2008年9月至2009年11月故障情况2008年9月12月2009年1月11月故障次数2214个月内4起故障的时间排序表如表四表四14个月内4起故障的时间排序表故障情况故障部位故障原因故障时间1综合电源综合电源故障2008.9.32发射机参数不同引起发射机不匹配2008.9.143接收机接收机混放SGA-6489增益低2009.6.144综合机柜伺服电源故障2009.7.23通过数据的对比，我们可以更加直观的得到CTL-88B气象雷达与ADWT气象雷达的可靠性谁优谁劣。另外值得一提的是，在CTL-88B气象雷达的维护和维修过程中排除故障的方法主要先分析可疑的故障部位，再对可疑的部位元件进行逐个的检查或者是直接换板。民航工作的特点是要求必须尽快恢复设备正常，在这方面ADWR气象雷达有着无与伦比的优势，故障部位可以通过BIT很直观的了解到，从而大大减少了维护的时间。6.新一代气象雷达的进一步改善正是因为新一代多普勒气象雷达在各方面均超越了传统的气象雷达，使得国内新一代气象雷达正在生产、安装和逐步投入到使用中。在未来传统的多普勒天气雷达与目前正在研发的脉冲多普勒天气雷达在很大一部分技术上已经非常成熟，但是不断进步的科学技术仍然将推动新型脉冲多普勒天气雷达的快速发展。气象雷达系统需要不断改进以适应不断增加的业务要求。其中重要的一点是采用统一和通用的基数据格式，并时间基数据向外部系统的实时传送。这些外部系统可以是预报平台的人机交互预报平台，如美国天气局的AWIPS和中国气象局的MICAPS，RP