風雲變幻，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，捕捉風起雲湧之變，築牢氣象防災減災第一道防線。60年來，中國天氣雷達的發展歷程見證了科技的不斷進步。如今，它已成為監測災害性天氣不可或缺的「國之重器」。
雷達「家族」各顯神通，共築災害天氣監測網
天氣雷達之所以能成為預報員的「千裏眼」，是因為它們可以發射電磁波，當電磁波碰到雨滴和冰晶後被吸收、散射，朝後散射的那部份電磁波能量被天氣雷達接收。根據電磁波發射與接收的時間差、能量差、相位差等資訊，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測能力不可替代。都卜勒天氣雷達反射率及雙偏振量對台風、暴雨、冰雹等天氣過程進行觀測，獲取降雨粒子的形狀、尺寸大小、相態分布、空間取向以及降雨型別等詳細資訊。而都卜勒天氣雷達的徑向速度增加了風場資訊監測功能，可以有效監測飆風鋒、下擊暴流、龍卷風等災害性天氣。
長沙氣象雷達標校中心126陣地實景
中國高度重視天氣雷達的發展，走過了一條從研制、引進、改進到自主研發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展新一代天氣雷達，逐步形成符合國情、設計科學、布局合理、執行穩定可靠的覆蓋全國的天氣雷達觀測網。截至2023年，中國已布設了由540余部天氣雷達組成的全球規模最大的觀測網。
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波段雷達是中國天氣雷達觀測網最主要的組成部份。「當暴雨來臨時，S波段的穿透能力強、衰減小，而面對一般性降雨時，S波段反射弱，C波段反射強。因此，在暴雨台風較多的沿海地區會以S波段天氣雷達為主，在內陸地區，以C波段天氣雷達為主。」中國氣象局氣象探測中心雷達套用室業務首席焦誌敏說。
福州（閩侯）S波段相控陣雙偏振天氣雷達
中國幅員遼闊，地形結構復雜多樣，為解決山體、建築等固定遮擋物導致形成觀測盲區等問題，中國氣象局於2021年啟動投資增補建設X波段雷達填補天氣雷達觀測網的盲區。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時優勢明顯。
C波段天氣雷達
技術創新無止境，國產零件實力強
從上世紀90年代升級為都卜勒雷達，到2013年雙偏振技術的套用，再到如今的相控陣雷達技術，創新從未停下腳步。
一直以來，中國天氣雷達透過機械掃描的方式，在水平面旋轉天線和垂直方向擡升仰角的方式，獲得降雨的三維結構。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」擡起來。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。
隨著相控陣技術的快速發展，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。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能提前4至5分鐘監測到新生對流單體，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公尺甚至更小，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，中國已建成210多部平板相控陣天氣雷達，在各省（自治區、直轄市）強對流、台風等災害性天氣的監測過程中發揮了重要作用。「瞄準掃描速度快、時空分辨率高、產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，建設新型雷達試驗平台，推進智慧化探測技術、相控陣探測技術等研發工作；建立雷達探測技術檢驗測試平台，滿足雷達技術創新和成果快速轉化新需求。」中國氣象局氣象探測中心雷達運控室副主任步誌超介紹。
X波段雙偏振相控陣天氣雷達
多年來，以軟硬體核心技術自主、可控為目標，氣象部門推動雷達新裝備新技術不斷叠代更新，關鍵器件品質、觀測品質、雷達執行穩定性都大大提高。「經過20多年的技術研發和國產化替代，中國天氣雷達裝置的國產化率已經達到95%以上的水平，且關鍵核心器件均有國產化器件可以替代。」 華雲集團高級工程師、敏視達公司雷達專家張持岸說，以C波段雷達為例，中國自主研制的國產速調管，無故障工作時間超過40000小時（約4.5年）。高壽命、穩定可靠的國產速調管，是雷達國產化的核心器件之一，中國的天氣雷達系統已經具備了完全自主研制的能力。
如今，新一代天氣雷達在中國氣象領域得到廣泛套用，其技術和裝置不僅可以滿足國內布網要求，還出口到羅馬尼亞、南韓、印度等國家。
「中國在天氣雷達總體探測能力上取得了長足進步，相比國外，中國天氣雷達的建設和套用水平已經接近當前的最先進水平。」南京資訊工程大學教授黃興友說
作者： 於桐 吳鵬
編輯： 黃彬 劉釗
釋出 ： 張琳皓
稽核 ： 段昊書
