隨著技術上的不斷完善,天氣雷達已成為監測天氣變化最受依賴的技術手段之一,特別是對一些發展強烈的天氣過程,如臺風、暴雨、龍卷、颮線等,雷達在監測的系統性、連續性、結構性等方面都顯示出優勢。
最初的天氣雷達是從探測云中水滴回波強度開始的,雷達發出的電磁波遇到不同類型的水滴會形成強度上有差異的回波反射,通過對這些回波的識別可以判斷降雨的強弱。在強度識別的基礎上,考慮到水滴會隨著風不斷移動,利用多普勒頻移原理,又增加了雷達測量徑向風速的功能。再進一步,通過雷達同時發出不同位相的波速,可以對水滴的特性做出判斷,如形狀、相態等,即雙偏振技術。雙偏振技術不僅具有對探測物分析識別能力,還有助于提高探測精度和減輕回波衰減的特點
以上提到的技術,盡管還有不少問題需要研究解決,有些功能特性有待于進一步開發,但在氣象業務中已在不同程度上得到應用,并取得明顯效果。從技術發展角度看,下一步該如何走呢?可以看得見的目標應是相控陣技術了。目前業務上使用的雷達采用的是面掃描方式,即沿著某一角度發射無線電波,雷達旋轉一圈,就可以獲取一個面的天氣信息,通過變換雷達的仰角,最終完成體掃,一個體掃大約需要幾分鐘的時間。若采用相控陣技術,雷達可以根據設定好的不同角度同時發射電磁波,完成一個體掃只需1分鐘左右,時間分辨率可以成倍提高。進一步發展還可以同時向不同方向發射,時間分辨率就更高了。
顯然,采取相控陣技術可以使對天氣系統的監測連續性更強,時間分辨率更高,對于一些發展強烈,但生命史較短的天氣系統更為有效。如果通過不同探測波段的雷達配置,使空間探測分辨率也得到提高,效果則更佳。
最近,廣東省氣象局在開展X波段雙偏振相控陣天氣雷達的組網試驗,使用的是珠海納睿達科技有限公司的產品,通過實際運行檢驗,已取得效果,108秒完成一個體掃,水平探測分辨率為30米,垂直方向0-30度17層電子掃描。通過將探測到的回波與風場資料與原有系統的信息進行比較,可以發現對一些短周期、高強度天氣過程識別能力有了明顯提高。目前的布設主要在廣州附近,已有三部雷達投入運轉,計劃在珠海、深圳、東莞等地進一步擴展,可以監測到更大范圍,與已建的S波段雙偏振雷達實現互補,構成高低分辨率、遠近距離探測結合的新型天氣雷達網,無疑對天氣預報業務的支撐會得到提升。
目前的試驗還僅是初步嘗試,對雷達指標的評估與規范,對探測數據的加工與處理,對各類軟件的開發與應用等,都還有很多工作要開展,但這一推進是很有意義的,有助于對目前常造成重大人員財產損失的強天氣監測預報能力的有效提升。通過實踐,可以對未來進一步擴大業務范圍提供有價值的信息和經驗。