作為防災(zāi)減災(zāi)“偵察兵”，天氣雷達(dá)是進(jìn)行大氣、云及降水物理研究和探測的主要工具之一。目前天氣雷達(dá)一般為多普勒天氣雷達(dá)，隨著天氣雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雙偏振天氣雷達(dá)和相控陣天氣雷達(dá)相繼問世，而身懷“獨(dú)門絕技”的相控陣天氣雷達(dá)能讓尺度小、變化快的災(zāi)害性天氣密碼更易“破解”。
作為天氣雷達(dá)家族的新生代，相控陣天氣雷達(dá)有何“過人之處”？它的眼睛更像是蜻蜓的復(fù)眼，由許多個(gè)“小眼睛”排列組成，每個(gè)“小眼睛”發(fā)出電磁波的相位不一樣，合成指向不同方向的波束，可同時(shí)對一整個(gè)平面進(jìn)行電子掃描。
如果說常規(guī)機(jī)械掃描多普勒天氣雷達(dá)對天氣狀況是在進(jìn)行“X光片”掃描，那么，相控陣天氣雷達(dá)則是提供“核磁共振”的精準(zhǔn)監(jiān)測——看得快、看得細(xì)、看得全。相控陣監(jiān)測連續(xù)性更強(qiáng)、覆蓋仰角更廣、時(shí)空分辨精度更高，能夠提早4分鐘至6分鐘識別出新生對流單體，提供更精細(xì)準(zhǔn)確的天氣畫像。
早在2005年，中國氣象局便啟動(dòng)設(shè)立行業(yè)專項(xiàng)課題，采用模擬相控陣技術(shù)，開展S波段相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，通過原理樣機(jī)論證相控陣體制在天氣雷達(dá)上實(shí)現(xiàn)的可能。
擘畫宏圖，激發(fā)力量。加裝“科技之眼”的天氣雷達(dá)開啟一路“狂飆”——
2016年，采用數(shù)字相控陣技術(shù)，成功研制首部C波段相控陣天氣雷達(dá)，并在大興國際機(jī)場獲得業(yè)務(wù)化應(yīng)用，全面提高了地物雜波抑制能力、抗干擾能力和自動(dòng)化探測能力，能更快、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)雷雨、大風(fēng)、下?lián)舯┝?、風(fēng)切變等影響航空安全的危險(xiǎn)天氣，并能夠更加精細(xì)化地捕捉和分析危險(xiǎn)天氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為精準(zhǔn)的航空預(yù)報(bào)服務(wù)提供探測依據(jù)，成為大興機(jī)場監(jiān)測風(fēng)云變幻的“天眼”。
通過“全數(shù)字相控陣＋雙偏振技術(shù)”，成功研制我國首部S波段雙偏振相控陣天氣雷達(dá)，并于2021年在福建省福州市閩侯縣大湖鄉(xiāng)雪峰村啟用。該雷達(dá)利用大量可控制的小型天線單元排列成一維相掃天線陣面，每個(gè)天線單元都由獨(dú)立的移相開關(guān)控制，通過控制各天線單元發(fā)射的相位，合成不同相位波束。天線陣列有16000多個(gè)天線單元，全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制靈活探測，最大探測距離460公里，雙偏振測量距離230公里，最小距離分辨力31.25米，1分鐘可掃描完成20層仰角。
2022年，中國氣象局雷達(dá)氣象中心聯(lián)合福建省氣象局開展閩侯S波段相控陣天氣雷達(dá)（SPAR）測試、標(biāo)定、觀測試驗(yàn)。完成對雷達(dá)天線參數(shù)、系統(tǒng)性能參數(shù)、系統(tǒng)功能、關(guān)鍵器件等測試，并進(jìn)行強(qiáng)度標(biāo)定和太陽法標(biāo)定，充分掌握SPAR系統(tǒng)現(xiàn)階段技術(shù)狀態(tài)。隨后開展相控陣?yán)走_(dá)觀測模式試驗(yàn)，并與周邊SA雷達(dá)比對分析，觀測資料應(yīng)用于精細(xì)化觀測今年第5號臺風(fēng)“杜蘇芮”。
今年9月，中國氣象局成立相控陣天氣雷達(dá)測試評估組（以下簡稱“測試評估組”），負(fù)責(zé)我國大型相控陣天氣雷達(dá)的測試評估，研究并提出相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)性能及應(yīng)用的改進(jìn)建議。經(jīng)測試評估組多次研究討論，制定《相控陣天氣雷達(dá)測試評估組工作方案（2023—2025年）》等三項(xiàng)指導(dǎo)文件。
為深入了解國內(nèi)相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，特別是在技術(shù)體制、技術(shù)路線、技術(shù)指標(biāo)、觀測模式設(shè)計(jì)、測試和標(biāo)校、應(yīng)用軟件開發(fā)等方面的工作進(jìn)展，11月13日至14日，測試評估組赴中國電子科技集團(tuán)第三十八研究所和安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，現(xiàn)場調(diào)研S波段相控陣天氣雷達(dá)研制進(jìn)展和測試評估體系建設(shè)，查看多類已建大型相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備和微波暗室，詳細(xì)了解各類設(shè)備組部件生產(chǎn)工藝、系統(tǒng)組裝情況、測試標(biāo)校方法和質(zhì)量保證體系。
與此同時(shí)，測試評估組技術(shù)人員赴閩侯開展我國首次大型平板相控陣天氣雷達(dá)全鏈路標(biāo)定試驗(yàn)，利用無人機(jī)搭載標(biāo)準(zhǔn)金屬球，對閩侯S波段雙偏振相控陣天氣雷達(dá)的反射率、差分反射率因子等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量。
此次標(biāo)定試驗(yàn)，有效驗(yàn)證了S波段相控陣天氣雷達(dá)的關(guān)鍵參數(shù)配置，同時(shí)檢驗(yàn)了相控陣天氣雷達(dá)金屬球標(biāo)校方案的科學(xué)性、合理性和可操作性，為后續(xù)完善相控陣?yán)走_(dá)標(biāo)定、測試方法提供支撐。
“相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)是我國下一代天氣雷達(dá)的重要發(fā)展方向。”測試評估組負(fù)責(zé)人、中國氣象局氣象探測中心三級職員裴翀表示，更快的掃描速度、更廣的三維覆蓋區(qū)域、更高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)，使相控陣技術(shù)具備滿足當(dāng)前和未來天氣觀測任務(wù)需求的能力。
未來，測試評估組將繼續(xù)開展相控陣關(guān)鍵技術(shù)調(diào)研、標(biāo)定試驗(yàn)、系統(tǒng)測試及評估等工作，最終建立成體系、分層次的相控陣天氣雷達(dá)測試流程與評估方法，推進(jìn)我國相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)發(fā)展。
（來源中國氣象報(bào)社）
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