風云變幻，瞬息萬狀。一直以來，人們不懈追求精準預報天氣，而天氣雷達如洞察天機的慧眼，捕捉風起云涌之變，筑牢氣象防災減災第一道防線。60年來，我國天氣雷達的發(fā)展歷程見證了科技的不斷進步。如今，它已成為監(jiān)測災害性天氣不可或缺的“國之重器”。

　　雷達“家族”各顯神通，共筑災害天氣監(jiān)測網(wǎng)

　　天氣雷達之所以能成為預報員的“千里眼”，是因為它們可以發(fā)射電磁波，當電磁波碰到雨滴和冰晶后被吸收、散射，朝后散射的那部分電磁波能量被天氣雷達接收。根據(jù)電磁波發(fā)射與接收的時間差、能量差、相位差等信息，就可以清楚地了解天氣情況，幫助預報員對未來幾個小時的天氣系統(tǒng)進行研判。

　　天氣雷達對天氣過程，尤其是災害性天氣過程的短臨監(jiān)測能力不可替代。多普勒天氣雷達反射率及雙偏振量對臺風、暴雨、冰雹等天氣過程進行觀測，獲取降水粒子的形狀、尺寸大小、相態(tài)分布、空間取向以及降水類型等詳細信息。而多普勒天氣雷達的徑向速度增加了風場信息監(jiān)測功能，可以有效監(jiān)測陣風鋒、下?lián)舯┝鳌埦盹L等災害性天氣。

　　我國高度重視天氣雷達的發(fā)展，走過了一條從研制、引進、改進到自主研發(fā)這條具有中國特色的天氣雷達的曲折道路。從上世紀末開始，中國氣象局就開始建設發(fā)展新一代天氣雷達，逐步形成符合國情、設計科學、布局合理、運行穩(wěn)定可靠的覆蓋全國的天氣雷達觀測網(wǎng)。截至2023年，我國已布設了由540余部天氣雷達組成的全球規(guī)模最大的觀測網(wǎng)。

　　從波段來分類，天氣雷達主要包含S波段、C波段和X波段。其中，S波段和C波段雷達是我國天氣雷達觀測網(wǎng)最主要的組成部分?！爱敱┯陙砼R時，S波段的穿透能力強、衰減小，而面對一般性降水時，S波段反射弱，C波段反射強。因此，在暴雨臺風較多的沿海地區(qū)會以S波段天氣雷達為主，在內(nèi)陸地區(qū)，則以C波段天氣雷達為主?！敝袊鴼庀缶謿庀筇綔y中心雷達應用室業(yè)務首席焦志敏說。

福州（閩侯）S波段相控陣雙偏振天氣雷達

　　我國幅福州（閩侯）S波段相控陣雙偏振天氣雷達員遼闊，地形結構復雜多樣，為解決山體、建筑等固定遮擋物導致形成觀測盲區(qū)等問題，中國氣象局于2021年啟動投資增補建設X波段雷達填補天氣雷達觀測網(wǎng)的盲區(qū)。X波段雷達具有體積小、波長短、時空分辨率高、安裝方便等特點，在觀測生消變化迅速的中小尺度天氣系統(tǒng)時優(yōu)勢明顯。

　　技術創(chuàng)新無止境，國產(chǎn)零件實力強

　　從20世紀90年代升級為多普勒雷達，到2013年雙偏振技術的應用，再到如今的相控陣雷達技術，創(chuàng)新從未停下腳步。

　　一直以來，我國天氣雷達通過機械掃描的方式，在水平面旋轉天線和垂直方向抬升仰角的方式，獲得降水的三維結構。通俗地說，想“看”左邊，就要把雷達的“頭”扭到左邊；想“看”上面，就要把雷達的“頭”抬起來。這樣的機械掃描方式周期相對較長，不能及時捕捉到快速變化的天氣系統(tǒng)。

　　隨著相控陣技術的快速發(fā)展，采用電掃描的相控陣天氣雷達可以更好地探測和跟蹤快速變化的中小尺度天氣系統(tǒng)。相控陣天氣雷達好比蜻蜓的復眼，由許多個“小眼睛”排列組成，可對整個平面進行掃描，看得又快又細又全，相比目前天氣雷觀測網(wǎng)能提前4至5分鐘監(jiān)測到新生對流單體，為預報預警提供更加精細、準確的天氣狀況。目前，相控陣天氣雷達最精細的分辨率可以達到30米甚至更小，能夠分辨出足球場兩個球門之間的降雨大小差異。截至目前，我國已建成210多部平板相控陣天氣雷達，在各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）強對流、臺風等災害性天氣的監(jiān)測過程中發(fā)揮了重要作用。

圖為X波段雙偏振相控陣天氣雷達

　　“瞄準掃描速度快、時空分辨率高、產(chǎn)品定量精準等關鍵指標，氣象部門正加快天氣雷達核心技術研發(fā)，建設新型雷達試驗平臺，推進智能化探測技術、相控陣探測技術等研發(fā)工作；建立雷達探測技術檢驗測試平臺，滿足雷達技術創(chuàng)新和成果快速轉化新需求?！敝袊鴼庀缶謿庀筇綔y中心雷達運控室副主任步志超介紹。

　　多年來，以軟硬件核心技術自主、可控為目標，氣象部門推動雷達新裝備新技術不斷迭代更新，關鍵器件質(zhì)量、觀測質(zhì)量、雷達運行穩(wěn)定性都大大提高?！敖?jīng)過20多年的技術研發(fā)和國產(chǎn)化替代，我國天氣雷達設備的國產(chǎn)化率已經(jīng)達到95%以上，且關鍵核心器件均有國產(chǎn)化器件可以替代?！?華云集團高級工程師、敏視達公司雷達專家張持岸說，以C波段雷達為例，我國自主研制的國產(chǎn)速調(diào)管，無故障工作時間超過40000小時（約4.5年）。高壽命、穩(wěn)定可靠的國產(chǎn)速調(diào)管，是雷達國產(chǎn)化的核心器件之一，我國的天氣雷達系統(tǒng)已經(jīng)具備了完全自主研制的能力。

　　如今，新一代天氣雷達在我國氣象領域得到廣泛應用，其技術和設備不僅可以滿足國內(nèi)布網(wǎng)要求，還出口到羅馬尼亞、韓國、印度等國家。

　　“我國在天氣雷達總體探測能力上取得了長足進步，相比國外，我國天氣雷達的建設和應用水平已經(jīng)接近當前的最先進水平?！蹦暇┬畔⒐こ檀髮W教授黃興友說。

（作者：于桐 吳鵬 責任編輯：閆泓）