湖州新一代天气雷达站址选择

2024年3月14日发(作者：扔的英语)

湖州新一代天气雷达站址选择

张喜亮;林建华;梁明珠;向华;刘双喜;吴彬

【摘 要】湖州新一代天气雷达站址选择,利用多普勒天气雷达候选站址净空条件客

观分析软件,绘制了雷达站址的障碍物遮挡角图和等射束高度图.湖州及其周边地形

复杂,地理信息系统(GIS)在数据的采集和处理方面发挥了重要作用,绘制结果的准确

率和效率都得到了极大地提高.经过综合分析,最终确定升山作为湖州新一代天气雷

达塔楼建设首选站址.

【期刊名称】《气象水文海洋仪器》

【年(卷),期】2014(031)001

【总页数】4页(P122-125)

【关键词】新一代天气雷达;站址选择;地理信息系统

【作 者】张喜亮;林建华;梁明珠;向华;刘双喜;吴彬

【作者单位】浙江省湖州市气象局,湖州313000;浙江省湖州市气象局,湖州

313000;浙江省湖州市气象局,湖州313000;浙江省湖州市气象局,湖州313000;浙

江省湖州市气象局,湖州313000;浙江省湖州市气象局,湖州313000

【正文语种】中 文

【中图分类】P412.25

0 引言

天气雷达的发展大致经历了军用的警戒雷达改装、常规模拟天气雷达、数字化天气

雷达阶段、多普勒天气雷达4个阶段［1，2］。前3个阶段的雷达只能对气象目

标的位置和强度进行探测，很难适应现代日益精细化气象业务的需求，而新一代多

普勒天气雷达则很好地解决了这方面的问题，主要应用于对灾害性天气的监测和预

警、定量估测大范围降水、获取风场结构信息等，还可以改善高分辨率数值天气预

报模式的初值场［3］。

随着近几年来浙江省气象探测业务的快速发展，湖州作为太湖流域天气系统的上游

以及主要强对流发源地之一，建设新一代多普勒天气雷达站有着监测浙江省北大门

和太湖流域的双重作用，对提高灾害性天气预警能力，保障国家重点工程、重点防

汛区域太湖的安全，提高太湖流域气象台站之间的天气联防能力，以及服务于地方

区域经济建设等诸多方面都具有重要意义。

新一代天气雷达的站址选择是一项十分重要的基础性工作，所选站址的好坏，直接

关系到新一代天气雷达能否正常使用，能否有效发挥探测能力，充分发挥项目建设

综合效益的大问题。其建设前期的站址选择工作就显得尤为重要。

1 湖州市地理概况

湖州市位于浙江省最北部、长江三角洲腹地环太湖经济带，位于东经119°14′E－

120°29′E、北纬30°22′N－31°11′N，属太湖流域。北滨太湖，与苏州、无锡两

市隔湖相望，南临杭州，东濒嘉兴及江苏省吴江县，西倚天目山与皖南相连。东西

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

51%，其中水面积占9.2%，可概称为五山一水四分田。地势西南高而东北低，最

高的南溪源头龙王山海拔1 587m，平均坡降10%以上，是一个易涝易旱的灾害

性天气多发区。暴雨、强对流、台风、干旱是湖州的主要气象灾害，特别是台风和

暴雨带来的洪涝灾害损失尤为严重。湖州市地理位置、地形特征及雷达备选站址如

图所示。

图1 湖州市地理位置、地形特征及雷达备选站址分布图

2 雷达站选址的技术要求

根据《新一代天气雷达选址规定》［4］，有如下几点技术要求：

（1）雷达站候选址四周应无高大建筑物、山脉、高大树木等遮挡物，在主要探测

方向上的遮挡仰角应＜0.5°，其它方向上的挡角应＜1°，对个别孤立障碍物可适当

降低要求；

（2）对每个候选站址应绘制四周障碍物挡角分布图以及距测站地平面1km、海拔

3km、海拔6km高度的等射束高度图；

（3）雷达候选站址应保证与相邻布点雷达站实现海拔3km高度上的等射束高度

拼图；

（4）雷达站址应尽可能避开和防止有害电磁干扰的影响，重点候选站址要请权威

机构进行电磁环境测试；

（5）雷达站址应便于与雷达信息处理预警中心的通信传输，保证雷达探测、监控

和遥控信息的实时可靠传输，便于正常业务应用；

（6）雷达站址要综合考虑水、电、路、防雷等建设投资规模，在同样条件下要优

先考虑投资少、便于维持和维护的站点；

（7）一旦选定为站址，要申请规划部门同意并认可，对探测环境进行必要的立法

保护。

3 数据准备

3.1 数字高程模型（DEM）

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

伏形态特征的空间数据模型，由地面规则格网点的高程值构成的矩阵，是地理信息

系统中应用最为广泛的栅格数据之一，也是本文中所要设法获取和使用的主要数据。

3.2 制图所需数据

影响雷达探测能力的因素［6］不仅有雷达参数，大气中的折射、衰减与降水云性

质等，还有雷达站周围有遮挡的山脉和高层建筑。这样在雷达站建设之前就有必要

分析其站址的净空环境，从而得出雷达的实际探测能力。目前多普勒天气雷达候选

站址净空条件客观分析软件是绘制雷达站址的障碍物遮挡角图和等射束高度图的重

要工具。此软件需要空间地理信息三要素：经度、纬度、海拔高度，将这些数据按

软件要求的格式生成文本文件，即可完成雷达站址障碍物遮挡角图和等射束高度图

的制作。

湖州及其周边地形复杂，若依靠人工从高分辨率的地形图上获取相关地理信息，工

作量很大，可能要耗时数月，准确率也无法得到保证。本文主要利用GIS获取地

理数据，能够有效减少人工采集数据的工作量，短时间就能完成，准确快速且位置

精度很高，选址的进程和效率得到了极大的提高。

3.3 数据采集处理步骤

地理信息数据的采集以及处理主要是在地理信息系统软件ArcGIS中完成，具体步

骤如图2所示。

图2 地理信息数据处理流程图

4 雷达站址的选择和净空环境分析

4.1 雷达备选站址的选取

在考虑湖州市西高东低的地理环境前提下，按照选址的基本要求和市政府的建议，

通过地图作业选取了5个备选站址：金盖山（290m）、西山（80m）、升山

（40m）、仁皇山（200m）和弁山南云峰（500m），具体位置如图1所示。

4.2 雷达站址障碍物遮挡角图的制作

由于地理信息数据量较大，在考虑站址的海拔高度、雷达站建设高度（50m以上）

以及不考虑负仰角的情况下，过滤掉海拔高度小于90m的地理数据。利用多普勒

天气雷达候选站址净空条件客观分析软件对数据进行处理分析，绘制出雷达站四周

障碍物遮挡角图，以升山为例，如图3所示，其他站址图略。

图3 雷达站址障碍物遮挡角图

4.3 雷达站址障碍物等射束高度图的制作

制作等射束高度图可以分析雷达的有效探测能力。图制作需要3个高度，分别为

距地1km、海拔3km与海拔6km，同样以升山为例，结果如图4所示。

图4 等射束高度图

为了完成浙江省北部地区雷达网海拔3km等高射束拼图，除了已有的杭州和宁波

雷达站，湖州雷达站址选为升山，输入上述3站经纬度信息，绘制结果如图5所

示。

图5 浙江省北部地区雷达网3km等高射束拼图

4.4 雷达站址的初选和确定

仁皇山的西北方向有较高大的弁山，且距离较近，造成其最大遮挡角和合并水平遮

挡角都较大，无法满足雷达选址的净空环境要求。金盖山山顶建有湖州市广播电视

发射塔，其存在将对雷达产生不可预料的干扰，无法满足雷达选址的电磁环境要求。

综合净空环境、电磁环境要求以及现场勘查进行初选，选择西山、升山和弁山南云

峰为湖州新一代天气雷达候选站址。

从净空环境来看，弁山南云峰最为优越，天线架高20m，最大遮挡角为0.21°，

主要是安吉南部高海拔的龙王山远距离遮挡，优于雷达选址的基本要求；且雷达天

线塔楼建成后，四周无任何遮挡，极易保护，但公路的建设费用昂贵，总体造价太

高，日常维护和生活不便利。升山和西山净空环境略差，但都符合新一代天气雷达

选址要求，四周无高大遮挡，较高的雷达塔楼建成后也易保护净空环境，投资也相

对较少；生活和日常维护方面升山和西山都较便利，但升山的净空环境略好于西山。

具体情况见表1，通过综合对比分析，最终确定升山为新一代天气雷达塔楼建设首

选站址。

表1 新一代天气雷达候选站址条件比较升山 西山 弁山南云峰净空环境天线架高

50m，西北方向遮挡角1°以上的水平遮挡角为1.2°天线架高50m，西北和西南两

个次要方向遮挡角1°以上的合并水平遮挡角为4°天线架高20m，最大遮挡角为

0.21°电磁环境 好 好 一般环境保护 周边环境好，政府严格保护 湿地公园内，

政府严格保护 山顶，不受城市发展和周围环境影响生活和日常维护条件 便利 便

利 不便利基础设施投资（万元） 3 604 4 090 5 800综合评价 好 较好 一般

4.5 雷达站址升山的净空环境分析

在雷达站址升山的净空环境方面，分析其障碍物遮挡角时按天线架高20、50、

80m三种情况分别而论：天线架高20m时，最大遮挡角为1.2°，在主要探测方

向（西部和东部）遮挡角＜0.5°，西北和西南两个次要探测方向遮挡角≥1°的合并

水平遮挡角只有3°，满足雷达选址的基本要求；天线架高50m后，最大遮挡角降

为1.11°，只有西北方向有≥1°的遮挡角，水平遮挡角为1.17°；天线架高80m后，

最大遮挡角降为1.02°，西北方向遮挡角≥1°的水平遮挡角仅为0.1°。

通过雷达站址升山的障碍物等射束高度图，可以看出在不同高度上其障碍物的影响

程度变化趋势是一致的，只是探测距离有所不同。在西部个别方向上其雷达的最大

探测距离受到影响，与障碍物遮挡角的影响是相对应的，而在其它方向上，其最大

探测能力不受影响。距地1km、海拔3km与海拔6km等高射束图，影响最大的

方向上其最大探测距离分别约为33、100、176km。

5 结 论

（1）湖州新一代天气雷达站址的选择，利用多普勒天气雷达候选站址净空条件客

观分析软件绘制了站址的障碍物遮挡角图和等射束高度图。

（2）在湖州这种地形复杂的地区，在制作雷达站址障碍物遮挡角图和等射束高度

图时，所采集的数据必须准确，且同时需要考虑效率，GIS在这两方面发挥了重要

作用。

（3）新一代天气雷达站址的选择是系统性工程，在满足净空环境基本要求前提下，

还需综合考虑其他因素如电磁环境、环境保护、生活和日常维护条件、投资概算等。

经过综合分析评判，最终确定升山作为湖州新一代天气雷达塔楼建设首选站址。

参考文献：

［1］丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理（4版）［M］.北京：电子工业出版社，

2009.

［2］何建新.现代天气雷达［M］.成都：电子科技大学出版社，2005.

［3］俞小鼎，姚秀萍，熊延南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用［M］.北京：

气象出版社，2006.

［4］邬伦，刘瑜.地理信息系统［M］.北京：科学出版社，2001.

［5］张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学［M］.北京：气象出版社，2001.

［6］邓志，刘文文，黄美金.雷达等射束高度图制作方法［J］.气象，1999（11）：

47－49.