雷达在海洋减灾与监测中的发展与应用

作者:记者方正飞  来源:中国海洋报   发布时间:2018-09-05 09:42:45   [打印本页] [关闭窗口]

  “渤海口最大风速19米/秒,最大波浪达4.2米……”这是今年第18号台风“温比亚”在山东过境时,湖北中南鹏力海洋探测系统工程有限公司通过其研制的两套高频地波雷达观测到的数据。在当前的海洋防灾减灾和环境监测中,雷达观测技术以其功能多、性价比高,不受天气、海况影响,全天候对大面积海域进行连续观测等优点,发挥着越来越广泛的作用。

  2008年北京奥运会期间,北海预报中心运用雷达技术为帆船赛场提供表面流预报保障,完成了我国雷达技术预报海洋水文环境的“首秀”。经过10年发展,雷达观测技术已经成为观测风场、海浪、海流的重要手段,应用在气象预报、绿潮监测、海上搜救、海上溢油监测等诸多领域。

  有效获得高精度观测数据

  古人云:“宁上山,莫下海”,海上难以捉摸的风浪流,隐藏着难以预知的风险。在目前各类海洋预警报技术手段中,雷达技术可高效获得高精度观测数据,为防灾减灾提供重要支撑。

  据湖北中南鹏力海洋探测系统工程有限公司专家陈智会介绍,目前,在我国用于海洋观测的雷达主要有地波雷达和X波雷达。

  地波雷达主要监测表层流和风、浪信息,表层流的探测距离最远可达350千米,其优势是探测一个大“面”,可以以十分钟的时间分辨率连续获取数万平方千米海面的海洋动力学参数,具有其他探测手段无法比拟的优势。地波雷达完全不受天气影响,具有非常高的能效比,它能满足对专属经济区的监测需求。X波雷达主要监测海浪、海流、浮冰和溢油信息,探测距离一般在3千米~5千米以内;X波雷达的优势在于占地面积小,不易受天气的影响,探测的是一个小范围的“面”。相比于海上浮标,其易维护、造价低,但观测精度有待进一步提升。

  陈智会解释,雷达技术是由雷达发射机产生某一特定频率的电磁波信号,经由雷达天线将电磁波能量传递出去,当雷达天线发射出的电磁波在接触到粗糙的(比如有波浪的)海面时会产生后向散射的回波,这些回波经由天线,被接收机接收后,加以数字化处理,得到一阶谱和二阶谱信息,通过对这些信息的分析,获得风、浪、流等相关数据。通过与浮标数据对比,地波雷达监测的表层流的可靠性较高。

  近年来,我国海洋观测雷达技术不断发展,投入不断加大。截至目前,我国沿海岸线已建立40多套地波雷达站并形成网络,为海洋防灾救灾工作提供强有力的支撑。

  准确预测浒苔漂移

  从2007年开始,每年夏季我国黄海海域都会遭受绿潮侵袭。大量浒苔漂浮聚集到岸边,阻塞航道,破坏海洋生态,严重威胁沿海渔业、旅游业发展。

  北海预报中心依靠自身技术优势承担着监测预测浒苔漂移、协助进行浒苔打捞方案设计的重要任务。据北海预报中心数值模拟室主任高松介绍,今年6月初,浒苔进入青岛海域后,北海预报中心通过卫星、飞机、船舶等多种监测方式获得浒苔海上分布情况。以基于地波雷达同化技术建立的高精度海流数值模式和气象数值模式预报的环境信息为基础,采用浒苔漂移预测模型,预测浒苔未来72小时的逐时漂移方向、漂移速度和漂移路径等信息。

  2018年青岛举办“上合峰会”前期和会议期间,北海预报中心每天发布浒苔预警信息,为国家、省、市相关部门把握全局、科学指挥调度、组织开展打捞清理等工作提供有力保障,为会议的顺利召开发挥了积极作用。

  监测溢油协助搜救

  海上溢油是海洋环境污染的重要源头,及时发现,及时控制,可有效降低溢油污染带来的危害。

  为加强海上溢油监测,发挥雷达的海流监测优势,2011年底,我国在蓬莱19-3油田B平台安装的首套雷达溢油监测系统正式业务化运行,该系统可对平台周边3.5千米半径范围内的海域开展全天候溢油监视监测,能够实现溢油自动报警,提供溢油位置、面积、漂移轨迹及风浪流等信息,为溢油的应急监视监测、决策指挥和处置提供技术支撑。

  此后,我国先后在港口、通航密集区和重要航道附近安装溢油监测雷达。高松表示,利用雷达监视海上溢油,作为船舶、航空、卫星等监视手段的重要补充,对提高我国海上溢油监视监测能力具有重要意义。

  雷达观测技术还被用于海上搜救。高松介绍,地波雷达观测到的表层海流数据,是人员搜救模型的基础数据,漂移预测模型可据此对人员、船只作出漂移预测。

  雷达监测布局成网后,可通过多站部署扩展搜救监测范围,对较远海域的目标进行准确探测、识别和跟踪,形成应急搜救所需的实时数据,为行动部署提供准确、可靠的技术支撑。

  为了提升海上搜救能力,我国已尝试将地波雷达数据运用到“国家海上搜救环境保障平台”中,在该平台上增加了3项主要功能,即雷达观测数据实时查询展示功能,地波雷达数据同化系统海流预报结果查询展示功能,地波雷达数据和同化系统预报数据融合功能。

  雷达观测流场数据与海流预报数据在搜救平台上合成应用后,在有雷达观测数据的区域内开展漂移预测时,只要勾选平台系统中的“雷达数据”选项,就能生成观测叠加预测的海流背景场,利用海上搜救漂移预测模式,进行搜救漂移预测。通过运用地波雷达海流观测数据,达到提高海上搜救漂移预测精度的目的。

  成功保障海上赛事

  2007年,北海预报中心接到一项重要任务——为2008年奥运会帆船赛场做海洋环境预报保障,其中包括为赛场进行海流预报。“当时,我们没有适合的设备进行表面流观测,经过调研,决定安装地波雷达。”高松说。

  2007年,青岛小麦岛和薛家岛安装了高频地波雷达观测系统,2008年开始业务化应用,根据雷达观测的数据,对表层海流场的动态进行预测,并在网站上实时显示,用于奥运帆船赛事水文服务。

  高松介绍,表层海流流向对于帆船比赛至关重要,运动员要借助海流的流向和流速来判断航迹和操作的方式,北海预报中心主要观测0米~0.5米的表层海流,每10分钟观测一次,每小时合成一次矢量流场,保障了帆船赛事的顺利进行。

  “奥运会后,北海预报中心为海上赛事提供海流预报保障的工作延续了下来。”高松说。

  未来,随着雷达站的不断增多,将逐步实现我国近海雷达站的组网观测。相关专家建议,我国应进一步加强和完善雷达观测数据质量控制和雷达站业务化运行方面的规章制度建设,深入开展雷达数据应用方法的研究,使雷达观测能够纳入海洋立体观测网中,不断提高我国海洋防灾减灾和监测预报能力。