湖州新一代天氣雷達站址選擇

2024年3月14日發(作者：扔的英語)

湖州新一代天氣雷達站址選擇

張喜亮;林建華;梁明珠;向華;劉雙喜;吳彬

【摘 要】湖州新一代天氣雷達站址選擇,利用多普勒天氣雷達候選站址凈空條件客

觀分析軟件,繪制了雷達站址的障礙物遮擋角圖和等射束高度圖.湖州及其周邊地形

復雜,地理信息系統(GIS)在數據的采集和處理方面發揮了重要作用,繪制結果的準確

率和效率都得到了極大地提高.經過綜合分析,最終確定升山作為湖州新一代天氣雷

達塔樓建設首選站址.

【期刊名稱】《氣象水文海洋儀器》

【年(卷),期】2014(031)001

【總頁數】4頁(P122-125)

【關鍵詞】新一代天氣雷達;站址選擇;地理信息系統

【作 者】張喜亮;林建華;梁明珠;向華;劉雙喜;吳彬

【作者單位】浙江省湖州市氣象局,湖州313000;浙江省湖州市氣象局,湖州

313000;浙江省湖州市氣象局,湖州313000;浙江省湖州市氣象局,湖州313000;浙

江省湖州市氣象局,湖州313000;浙江省湖州市氣象局,湖州313000

【正文語種】中 文

【中圖分類】P412.25

0 引言

天氣雷達的發展大致經歷了軍用的警戒雷達改裝、常規模擬天氣雷達、數字化天氣

雷達階段、多普勒天氣雷達4個階段［1，2］。前3個階段的雷達只能對氣象目

標的位置和強度進行探測，很難適應現代日益精細化氣象業務的需求，而新一代多

普勒天氣雷達則很好地解決了這方面的問題，主要應用于對災害性天氣的監測和預

警、定量估測大范圍降水、獲取風場結構信息等，還可以改善高分辨率數值天氣預

報模式的初值場［3］。

隨著近幾年來浙江省氣象探測業務的快速發展，湖州作為太湖流域天氣系統的上游

以及主要強對流發源地之一，建設新一代多普勒天氣雷達站有著監測浙江省北大門

和太湖流域的雙重作用，對提高災害性天氣預警能力，保障國家重點工程、重點防

汛區域太湖的安全，提高太湖流域氣象臺站之間的天氣聯防能力，以及服務于地方

區域經濟建設等諸多方面都具有重要意義。

新一代天氣雷達的站址選擇是一項十分重要的基礎性工作，所選站址的好壞，直接

關系到新一代天氣雷達能否正常使用，能否有效發揮探測能力，充分發揮項目建設

綜合效益的大問題。其建設前期的站址選擇工作就顯得尤為重要。

1 湖州市地理概況

湖州市位于浙江省最北部、長江三角洲腹地環太湖經濟帶，位于東經119°14′E－

120°29′E、北緯30°22′N－31°11′N，屬太湖流域。北濱太湖，與蘇州、無錫兩

市隔湖相望，南臨杭州，東瀕嘉興及江蘇省吳江縣，西倚天目山與皖南相連。東西

126km，南北90km，土地面積為5 800km2，全市山地丘陵占49%，平原占

51%，其中水面積占9.2%，可概稱為五山一水四分田。地勢西南高而東北低，最

高的南溪源頭龍王山海拔1 587m，平均坡降10%以上，是一個易澇易旱的災害

性天氣多發區。暴雨、強對流、臺風、干旱是湖州的主要氣象災害，特別是臺風和

暴雨帶來的洪澇災害損失尤為嚴重。湖州市地理位置、地形特征及雷達備選站址如

圖所示。

圖1 湖州市地理位置、地形特征及雷達備選站址分布圖

2 雷達站選址的技術要求

根據《新一代天氣雷達選址規定》［4］，有如下幾點技術要求：

（1）雷達站候選址四周應無高大建筑物、山脈、高大樹木等遮擋物，在主要探測

方向上的遮擋仰角應＜0.5°，其它方向上的擋角應＜1°，對個別孤立障礙物可適當

降低要求；

（2）對每個候選站址應繪制四周障礙物擋角分布圖以及距測站地平面1km、海拔

3km、海拔6km高度的等射束高度圖；

（3）雷達候選站址應保證與相鄰布點雷達站實現海拔3km高度上的等射束高度

拼圖；

（4）雷達站址應盡可能避開和防止有害電磁干擾的影響，重點候選站址要請權威

機構進行電磁環境測試；

（5）雷達站址應便于與雷達信息處理預警中心的通信傳輸，保證雷達探測、監控

和遙控信息的實時可靠傳輸，便于正常業務應用；

（6）雷達站址要綜合考慮水、電、路、防雷等建設投資規模，在同樣條件下要優

先考慮投資少、便于維持和維護的站點；

（7）一旦選定為站址，要申請規劃部門同意并認可，對探測環境進行必要的立法

保護。

3 數據準備

3.1 數字高程模型（DEM）

數字 高 程 模 型［5］（Digital Elevation Model，簡稱DEM），是描述地表起

伏形態特征的空間數據模型，由地面規則格網點的高程值構成的矩陣，是地理信息

系統中應用最為廣泛的柵格數據之一，也是本文中所要設法獲取和使用的主要數據。

3.2 制圖所需數據

影響雷達探測能力的因素［6］不僅有雷達參數，大氣中的折射、衰減與降水云性

質等，還有雷達站周圍有遮擋的山脈和高層建筑。這樣在雷達站建設之前就有必要

分析其站址的凈空環境，從而得出雷達的實際探測能力。目前多普勒天氣雷達候選

站址凈空條件客觀分析軟件是繪制雷達站址的障礙物遮擋角圖和等射束高度圖的重

要工具。此軟件需要空間地理信息三要素：經度、緯度、海拔高度，將這些數據按

軟件要求的格式生成文本文件，即可完成雷達站址障礙物遮擋角圖和等射束高度圖

的制作。

湖州及其周邊地形復雜，若依靠人工從高分辨率的地形圖上獲取相關地理信息，工

作量很大，可能要耗時數月，準確率也無法得到保證。本文主要利用GIS獲取地

理數據，能夠有效減少人工采集數據的工作量，短時間就能完成，準確快速且位置

精度很高，選址的進程和效率得到了極大的提高。

3.3 數據采集處理步驟

地理信息數據的采集以及處理主要是在地理信息系統軟件ArcGIS中完成，具體步

驟如圖2所示。

圖2 地理信息數據處理流程圖

4 雷達站址的選擇和凈空環境分析

4.1 雷達備選站址的選取

在考慮湖州市西高東低的地理環境前提下，按照選址的基本要求和市政府的建議，

通過地圖作業選取了5個備選站址：金蓋山（290m）、西山（80m）、升山

（40m）、仁皇山（200m）和弁山南云峰（500m），具體位置如圖1所示。

4.2 雷達站址障礙物遮擋角圖的制作

由于地理信息數據量較大，在考慮站址的海拔高度、雷達站建設高度（50m以上）

以及不考慮負仰角的情況下，過濾掉海拔高度小于90m的地理數據。利用多普勒

天氣雷達候選站址凈空條件客觀分析軟件對數據進行處理分析，繪制出雷達站四周

障礙物遮擋角圖，以升山為例，如圖3所示，其他站址圖略。

圖3 雷達站址障礙物遮擋角圖

4.3 雷達站址障礙物等射束高度圖的制作

制作等射束高度圖可以分析雷達的有效探測能力。圖制作需要3個高度，分別為

距地1km、海拔3km與海拔6km，同樣以升山為例，結果如圖4所示。

圖4 等射束高度圖

為了完成浙江省北部地區雷達網海拔3km等高射束拼圖，除了已有的杭州和寧波

雷達站，湖州雷達站址選為升山，輸入上述3站經緯度信息，繪制結果如圖5所

示。

圖5 浙江省北部地區雷達網3km等高射束拼圖

4.4 雷達站址的初選和確定

仁皇山的西北方向有較高大的弁山，且距離較近，造成其最大遮擋角和合并水平遮

擋角都較大，無法滿足雷達選址的凈空環境要求。金蓋山山頂建有湖州市廣播電視

發射塔，其存在將對雷達產生不可預料的干擾，無法滿足雷達選址的電磁環境要求。

綜合凈空環境、電磁環境要求以及現場勘查進行初選，選擇西山、升山和弁山南云

峰為湖州新一代天氣雷達候選站址。

從凈空環境來看，弁山南云峰最為優越，天線架高20m，最大遮擋角為0.21°，

主要是安吉南部高海拔的龍王山遠距離遮擋，優于雷達選址的基本要求；且雷達天

線塔樓建成后，四周無任何遮擋，極易保護，但公路的建設費用昂貴，總體造價太

高，日常維護和生活不便利。升山和西山凈空環境略差，但都符合新一代天氣雷達

選址要求，四周無高大遮擋，較高的雷達塔樓建成后也易保護凈空環境，投資也相

對較少；生活和日常維護方面升山和西山都較便利，但升山的凈空環境略好于西山。

具體情況見表1，通過綜合對比分析，最終確定升山為新一代天氣雷達塔樓建設首

選站址。

表1 新一代天氣雷達候選站址條件比較升山 西山 弁山南云峰凈空環境天線架高

50m，西北方向遮擋角1°以上的水平遮擋角為1.2°天線架高50m，西北和西南兩

個次要方向遮擋角1°以上的合并水平遮擋角為4°天線架高20m，最大遮擋角為

0.21°電磁環境 好 好 一般環境保護 周邊環境好，政府嚴格保護 濕地公園內，

政府嚴格保護 山頂，不受城市發展和周圍環境影響生活和日常維護條件 便利 便

利 不便利基礎設施投資（萬元） 3 604 4 090 5 800綜合評價 好 較好 一般

4.5 雷達站址升山的凈空環境分析

在雷達站址升山的凈空環境方面，分析其障礙物遮擋角時按天線架高20、50、

80m三種情況分別而論：天線架高20m時，最大遮擋角為1.2°，在主要探測方

向（西部和東部）遮擋角＜0.5°，西北和西南兩個次要探測方向遮擋角≥1°的合并

水平遮擋角只有3°，滿足雷達選址的基本要求；天線架高50m后，最大遮擋角降

為1.11°，只有西北方向有≥1°的遮擋角，水平遮擋角為1.17°；天線架高80m后，

最大遮擋角降為1.02°，西北方向遮擋角≥1°的水平遮擋角僅為0.1°。

通過雷達站址升山的障礙物等射束高度圖，可以看出在不同高度上其障礙物的影響

程度變化趨勢是一致的，只是探測距離有所不同。在西部個別方向上其雷達的最大

探測距離受到影響，與障礙物遮擋角的影響是相對應的，而在其它方向上，其最大

探測能力不受影響。距地1km、海拔3km與海拔6km等高射束圖，影響最大的

方向上其最大探測距離分別約為33、100、176km。

5 結 論

（1）湖州新一代天氣雷達站址的選擇，利用多普勒天氣雷達候選站址凈空條件客

觀分析軟件繪制了站址的障礙物遮擋角圖和等射束高度圖。

（2）在湖州這種地形復雜的地區，在制作雷達站址障礙物遮擋角圖和等射束高度

圖時，所采集的數據必須準確，且同時需要考慮效率，GIS在這兩方面發揮了重要

作用。

（3）新一代天氣雷達站址的選擇是系統性工程，在滿足凈空環境基本要求前提下，

還需綜合考慮其他因素如電磁環境、環境保護、生活和日常維護條件、投資概算等。

經過綜合分析評判，最終確定升山作為湖州新一代天氣雷達塔樓建設首選站址。

參考文獻：

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