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致敬70年气象成就系列报道·天气雷达篇
国之重器 守望神州
来源:中国气象报 日期:2019年11月18日08:32

  中国气象报记者 简菊芳

  新中国成立之初,我国天气雷达领域几乎是一片空白。70年间,我国天气雷达发展,实现从零起步到建成216部基本覆盖全国的新一代天气雷达网络,从引进国外技术到我国自主技术出口、参与国际资料交换和培育出一批有实力的民族工业,从发展常规技术到多普勒技术再到双偏振技术、相控阵技术的蓬勃发展。

  如今,我国已成为世界上拥有监测灾害天气的天气雷达数量最多的国家之一,为国家防灾减灾、应对气候变化、气象服务经济社会发展和生态文明建设等作出重要贡献。

  雷达技术:从“引进来”到“走出去”

  上世纪50年代初,雷达技术还未应用到我国气象领域。到上世纪60年代,我国引进英国和日本雷达用于沿海台风探测和科学研究,直到70年代和80年代初期才开始研制和组织生产713型和714型雷达,采用磁控管作为射频功率的常规雷达,只能探测到雷达回波的强度。

  不得不说,我国的天气雷达起步晚,发展基础十分薄弱。

  在中国气象局的主导下,从上世纪80年代末期开始,国内一些厂家也开始研制多普勒天气雷达。中国气象局和成都784厂合作成功研制第一部S波段714SD和第一部C波段714CD型多普勒天气雷达样机,填补了我国多普勒天气雷达的空白。

  上世纪90年代,在模拟技术发展的基础上,我国雷达技术体制由数字化开始转向多普勒技术,解决了径向风场测量问题,探测精度大大提高。当时,国际上这一领域以美国NEXRADWRS88D全相参多普勒技术为引领,经过国内雷达专家论证,认为有必要和美国合作引进全相参技术,解决当时雷达技术问题。

  尽管经过了十余年改革开放,到了上世纪90年代国内经济快速发展,但是,由于我国经济底子薄,经济总量还不足以支撑美国主流雷达在国内布网。加上我国国土辽阔,气象灾害种类多且频发,对雷达的需求量非常大。因此,我们必须立足引进技术国产化,降低雷达成本。

  1994年,在时任中国气象局局长邹竞蒙的主导下,中国气象局装备司组建了由肖弟权任组长,高玉春等人组成的谈判小组,与美国洛克希德马丁公司开展合资谈判。

  经过2年7轮艰难谈判,1996年1月,中美双方合资成立敏视达公司,中国通过“外引内联”的方式,引进了当时世界上最先进的第三代多普勒天气雷达技术——美国NEXRADWSR-88D雷达整体设计理念,引进了雷达天线、发射和接收这3项世界上最先进的雷达技术,联合国内雷达生产厂商研制,实现了我国雷达技术不低于美国且成本大大降低的目标。此外,首次研究确定全相干脉冲多普勒体制作为我国雷达技术体制,并统一命名为新一代天气雷达。

  以1996年中美合资组建敏视达公司为分水岭,通过技术引进和和自主研发结合,我国引进市场竞争机制,研制生产了S波段、C波段两个系列7种型号的新一代天气雷达系列产品。引进和自主研制结合的思路避免了全面进口美国雷达而在技术上受到制约,也促进了民族工业的发展,为新一代天气雷达在全国布网奠定了基础。

  同时,我国雷达软件也在不断创新。2006年,中国气象局成立技术组攻关团队,开展雷达软件(ROSE)项目,先引进国外雷达软件,积累经验和素材后发展国内的算法,发动了全国的各行业、组织机构雷达专家做系统集成,使得雷达更便于应用。

  如今,以多普勒技术为主导的新一代天气雷达在我国气象领域得到广泛应用,其技术和设备不仅可以满足国内布网要求,还可以出口到罗马尼亚、韩国、印度等国家,在提高国内工业产业化水平的同时,一举打破了雷达市场由发达国家垄断的局面。未来,我国天气雷达在技术体制上,更广泛应用双偏振技术,以提高灾害性天气监测的准确率,改进雷达产品质量且提高雷达稳定运行的质量。

  70年来,经过一代代雷达工作者艰苦卓绝的努力,我国雷达技术已跻身国际先进行列,雷达生成的气象图像也从最初的专业人员才看得懂到飞入寻常百姓家。

  雷达布网:从“零”到“世界先进”

  新中国建立初期,气象探测网点十分稀疏,气象雷达更是一片空白,无法适应国防建设、经济建设和社会发展的要求。1958年12月,中央气象局向周恩来总理提出建立雷达测台风和雷达测降雨等计划。但由于受当时国家工业水平的限制,该计划没有完全实现。

  1969年,我国自行生产的第一台专用天气雷达——711天气雷达定型。从1970年到1975年,全国先后购置了近130部711天气雷达,用于人工影响天气作业指挥和局地灾害性天气监测。1976年9月,713雷达(波长5厘米)设计定型;到1980年,建成713雷达站26个、843改装型雷达站8个,其他进口雷达站3个,天气雷达网初具规模。

  1985年,气象部门又研制出了714(波长10厘米)天气雷达,并陆续在全国布点。截至1991年年底,我国布有各类天气雷达220部,基本形成天气雷达监测网,在监测台风、暴雨和强对流灾害性天气等方面发挥了重要作用。

  上世纪90年代初,中国气象局加大雷达布网力度,陆续发布了《气象事业发展纲要(1991-2020年)》和《我国新一代天气雷达发展规划》等,拟在全国布设126部新一代天气雷达。这一系列规划文件加快了国内雷达网络建设速度,雷达覆盖面进一步扩大。

  当时,新一代天气雷达瞄准美国的先进技术。我国气象部门通过“外引内联”的方式,立足国内工业生产新一代天气雷达,从而形成S波段和C波段两个系列的新一代天气雷达产品。

  1998年,我国长江中游和东北嫩江-松花江流域发生了历史上罕见的特大洪水灾害。那年7月31日,时任中国气象局局长温克刚向国务院呈送《关于加强防汛抗洪支持新一代天气雷达网立项建议》的报告。8月1日,时任国务院总理朱镕基批示:“气象工作很重要,在这次防洪抢险中工作也很有成绩,所提雷达更新项目应予重视。”

  在党中央、国务院的高度重视下,在原国家计委的大力支持下,新一代天气雷达自1998年起纳入国债资金项目,中国气象局利用国债资金,联合各地政府启动了全国新一代天气雷达监测网的建设项目,并根据我国天气雷达的特点,在沿海及主要降雨流域布设S波段雷达,在内陆地区布设C波段雷达,形成了基本覆盖全国主要降水区域的天气雷达监测网。

  ——2004年,《我国新一代天气雷达发展规划》提出在全国布设158部新一代天气雷达。

  ——2009年8月20日,国家发改委批复,同意再增建58部新一代天气雷达。

  ……

  目前,我国已经形成了216部新一代天气雷达组成的国家骨干网雷达监测网,地物对消能力、反射率、速度和谱宽等主要技术指标达到国际先进水平;雷达监测成果在我国气象、水文、海洋、环境、防汛抗洪、航空安全保障、林业生态建设和保护、兵团和农垦防灾减灾救灾等多个关系国家经济建设,社会发展和人民财产安全的重要部门推广应用。

  雷达效益:从“盲区”到“千里眼”

  1959年第3号台风登陆横扫厦门,造成严重经济人员损失,引起各方对气象灾害防御的高度重视。

  尽管当时国家正处于经济困难时期,福建省经济也相当困难,但考虑到防灾减灾和保护人民生命财产安全的需要,福建省委决定拿出1960年全省的10万美金外汇从国外订购雷达。

  1961年,福建气象雷达站建成。从此,雷达技术被引进天气预报范畴,特别是用于台风路径监测与暴雨跟踪预报。

  2017年8月23日,台风“天鸽”叠加天文大潮向华南地区奔袭而来。当天,一张“天鸽”的“CT扫描图”刷爆朋友圈:从海平面至高空12公里对“天鸽”台风进行三维实时观测。这是分布在珠三角的新一代天气雷达三维回波图,不仅可以清晰地“看到”台风眼区的结构,甚至连其外围螺旋雨带都清清楚楚。

  雷达对台风的准确探测、对其内部结构的精确剖析,为预报台风路径、强度及其风雨影响,为国家有关部门和相关区域部署防御工作以及广大群众自救互救提供了强有力的支撑,极大减少了台风带来的人员伤亡和经济损失。

  可以说,自从有了雷达和气象卫星的探测,没有一个台风能逃过气象工作者的眼睛。

  我国幅员辽阔,气象灾害种类多且多发频发,极端天气气候事件对农业、水资源、交通、能源、粮食和国防安全带来了极大的威胁。如何有效地监测预警突发性和灾害性天气,是广大气象工作者的一项重大任务,而新一代天气雷达是对灾害性天气监测的一种有效探测设备。

  多年来,雷达也用实在的成效证明了它的“国之重器”地位和作用。1999年我国第一部SA型新一代天气雷达在安徽省合肥市建成,成为淮河流域防灾减灾工作的重要支撑力量,在联调期间就探测到了安徽-江苏的强冰雹带。此后,我国新一代天气雷达网在台风、暴雨、冰雹、龙卷风、天气尺度系统监测以及重大事故调查分析、重大活动气象服务保障中发挥了重大作用。

  ——2016年6月23日,盐城出现超强龙卷风。根据雷达资料,灾害调查组确定,发生在江苏省盐城市阜宁县造成重大人员伤亡的龙卷风级别高达EF4级。

  ——2008年,中国的奥运时刻,开幕式鸟巢上空无雨,有新一代天气雷达的坚守。

  ……

  如今,我国216部雷达组成的新一代天气雷达网,成为守望祖国大地的“千里眼”和重要时刻的风云“记录者”。

  此外,根据国家有关部门的统计,雷达项目是见效最快、效益最好的项目之一。可以说,每建设一部雷达,都可产生实实在在的经济和社会效益。(本文专家顾问:中国气象局气象雷达探测工程总设计师、正研级高工 高玉春)

  (来源:《中国气象报》2019年11月18日一版 责任编辑:张林)