□　方 方  胡 敬

　　
　　
　　2008年8月8月，第29届奥林匹克运动会在北京开幕。这一场开幕式，创下了收视率之最，被国际媒体评价为“艺术之美的杰作，中华文化的缩影”。但大多数观众不知道，就在这一晚的21时35分，北京气象台发布了雷电黄色预警，守在北京奥运气象服务中心的中外气象专家都认为降雨在一个半小时内将会影响到在鸟巢举行的开幕式。而最终，鸟巢滴雨未下，开幕式完美地呈现在全球观众面前，倚仗的就是由新一代天气雷达、气象卫星等组成的气象业务系统。
　　“我国综合观测系统中最为突出的一个亮点就是由200多部C波段和S波段天气雷达构成的测雨雷达业务网、100多部L波段和P波段为主体的边界层及对流层的全天候风廓线雷达网、近6万个地面自动气象站组成的观测网，它们提高了对中小尺度天气系统的有效监测能力。”中国气象局气象探测中心研究员李柏在一篇文章中写道。
　　从走进雷达观测领域起，李柏参加了我国第一部新一代天气雷达建设、我国首部机载气象雷达研究等重要工作。如今，一个世界先进的业务天气雷达网在我国基本建成，观天测雨、风云在握，李柏是见证者，也是亲历者。
　　
无心插柳
　　20世纪90年代之前，我国虽然也在少量地区建立了一些天气雷达，但天气观测网还是主要依靠全国的2400多个人工观测台来对温度、湿度、气压、风力等常规气象要素进行探测，天气雷达技术并不发达，在民间的知名度也不太高。
　　少年李柏对天气雷达就毫无概念，他更熟悉无线电，读大学之前，各种元器件装了一柜子，连高考志愿都报的微波通信。被调剂到南京气象学院（南京信息工程大学前身）天气动力学专业时，他有些茫然，但还是专心学了下去。1982年毕业后，李柏被分配到青海省气象学校任教，1986年调任安徽省气象台，档案到了预报科。
　　当时，安徽省气象台正要组建一个新科室，专门做雷达观测。台长在翻阅档案时，发现李柏在大学期间学过卫星气象学和雷达气象学，认为这个新部门更适合他。“观测准了，预报才能准，天气雷达为此提供了一个重要手段。那时台长问我愿不愿意去，我当然愿意！”至今回忆起来，李柏的语气中依然透出一丝兴奋。接受了几个月的培训后，1987年1月，他正式值班观测，接触的就是我国第一代模拟信号天气雷达。
　　“我们国家中小尺度灾害性天气系统特别多，像冰雹、龙卷风、暴雨等。到20世纪90年代前期，我国的天气监测网还是一个比较粗网格的监测网，有些小尺度天气系统就漏掉了。”李柏说。为了抓住这些漏网之鱼，就要把天气监测网“织得更密”。多普勒天气雷达就是这样一个利器。
　　顾名思义，多普勒天气雷达基于多普勒效应。当一列火车从远处朝着人开过来，火车越靠近笛声越刺耳，然而就在火车通过的一刹那，笛声声调突然变低了。随着火车远去，笛声响度逐渐变弱，直到消失。奥利地学者多普勒从这个普通的现象中发现：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。多普勒天气雷达正是利用这一原理来测量大气观测目标的运动特征，大大提升了天气雷达网的监测能力。
　　李柏曾在一本书中读到一位美国科学家的比方：假定一部雷达以150公里的探测范围为半径，在一个瞬间就能获得近8万平方公里以内的降水信息，这些信息以150米为间隔、波速宽度小于1度的分辨率，并以电磁波传播速度将采集到的信息传回到“信息中心”。“这么大范围的信息量，相当于要建设几十万个自动站才能够完成。更何况建站要架设设备，信息数据通过通信线路传回来还要经过处理，存在滞后性。这么一比，雷达在海量信息收集、高分辨率、高时效上的优势无与伦比。”
　　他认为，开展多普勒天气雷达研究意义十分重大，不仅能够为我国防灾减灾工作提供有效科学依据，还有助于揭示出天气系统内部的结构特征，深入认识天气系统的演变规律，进一步改进天气预报模式和预报能力。这让天气雷达成为世界各国架设中小尺度天气系统监测网的首选。20世纪90年代中期，我国也发现，过去生产的天气雷达，探测能力、性能指标和可靠性已经无法满足防灾减灾和经济发展的实际需求。时任中国气象局局长邹竞蒙提出要加强与美国在大气监测方面的合作，将当时美国最先进的全相干多普勒雷达（NEXRAD）技术引进到中国，发展中国新一代天气雷达（CINRAD）建设。第一部新一代天气雷达落户地选在安徽合肥，由安徽省政府和中国气象局共同投资建设，被安徽省政府列为新中国成立50周年献礼项目的重点工程。雷达运行环境建设任务落到了正在安徽省气象台任职的李柏身上，那年，他还不到40岁。
　　“能够让年轻人有机会挑起重担，得益于国家气象局、安徽省人民政府和安徽省气象局领导的远见卓识。”回忆这段经历时，李柏言语中都是对各级领导和项目团队的由衷感谢。“如果没有各方的大力支持，想要在安徽省建成我国首部新一代天气雷达的难度可想而知。”
　　
任务落地
　　“虽然引进了技术，但是如何变成业务是一个重大问题。就像有了汽车图纸，不等于能生产出可靠性、安全性俱佳的好车，需要一步步去布局。”忆及当年，李柏还能感受到厘清千头万绪的焦灼——选址、塔楼设计、雷达吊装、软硬件设备调试大堆的问题等着去解决。
　　李柏首当其冲要面对的就是雷达站选址。第一部新一代雷达选在了合肥市郊。李柏印象特别深刻，那里交通不便，气象台给他们特批了一辆奥拓汽车以便于他们出行；那里没有食堂，他们就去村里找人家订饭。一天到晚都窝在工地上搞建设，外人眼中他们很辛苦，李柏回想起来却觉得能够自由度很大地去完成一项事业，其实很愉快。
　　当时也有在合肥城里建站的提议，但李柏坚决反对。用他的话说，雷达站有效覆盖区域内最好没有阻挡，但也不是越高越好。随着城市的发展，高层建筑不断崛起，雷达站建在城里很容易被更高的建筑遮挡住信号，与不能在盆地里建站的道理一般无二。反之，当雷达站选址过高时，又会捕捉不到下部的天气系统。就高，还是就低？一定要综合评估出一个现有环境下的最佳方案。每一部雷达都有其主打观测方向，下一部雷达布局时再对其观测不到的部分进行弥补。“天气雷达组网是长远之计”，李柏明确表示。
　　这里所说的“长远”不仅表现在时间轴上的综合地理布局，还对整体环境运行有极高的要求。选址时，李柏团队要去实测周边的电磁环境是否干净，主要标准在于是否有同频、倍频等波段产生的各种干扰。李柏当年翻译的第一篇电传文章就是关于雷达塔楼建设的，美方针对固有谐振频率等提出了很多重要指标。“固有频率越低越容易和外界产生共振，像桥梁建设过程中也会以较高的固有频率设计来保障其不与外界共振。”理解是一回事，但李柏将指标要求拿给设计方之后，几番计算依然达不到要求。而后，他们与中国科学技术大学、合肥建筑工程设计研究院、解放军电子工程学院等单位的专家一起商讨，提出“脚重头轻”的塔楼设计方案，经过大量改进后，终于达标了。
　　周边电磁环境会影响雷达观测，同样，雷达发射的电磁波也会对周边人群产生辐射。如此一来，选址时就要合理控制距离，并对机房进行辐射屏蔽。“超过两公里，电磁波的波能能流密度，即单位面积里流过的磁控量就很小了，比手机辐射还要小得多。而且，我们也提出，机房要用金属网栅起来，工作服里也要带金属网，这都是为了避免辐射。”李柏强调，雷达站建设一定要符合国家颁布的卫生标准，这一点坚决不能小觑。
　　2001年7月，中国气象局组织开展福建省龙岩高山新一代天气雷达工作。13日，中国拿到北京奥运会主办权时，李柏正与其他同志在海拔约1500米的山顶上调试又一部新一代天气雷达。那个晚上，疾风骤雨，雷电交加，巨大的落地雷打在山顶上，雷达站的铁门被雷电放电时强大的电流“烧得通红”，李柏和同志们只觉得脑袋都炸蒙了。“一个架设得那么高的无线电装置，很容易引雷。”李柏介绍，从第一部新一代天气雷达建设初期，他们就考虑了稳定供电和严密防雷的问题。“越有雷雨的时候，雷达越是要运行”，安徽雷达站基石采用的都是花岗岩，花岗岩的一大特点就是不导电，当巨大电流传送到地面又“走不掉”时，很容易导致设备短路。为此，他们将如何在岩基建站的同时能够提高导电率、降低电阻率作为一个重要命题去解答，终于找到了最优解。
　　就这样，基于实践，李柏和同志们解决了雷达建设运行环境中的众多问题，他作为技术骨干参加完成的“中国第一部新一代天气雷达系统运行环境技术研究”获得安徽省2000年度科技进步奖二等奖。这些实战经验，也被他写入《新一代天气雷达系统环境及运行管理》一书，成为我国新一代天气雷达建设的标准，为后期雷达站建设提供了科学依据。目前，这一标准已经走进了世界气象组织，将为全球雷达站建设提供参考。
　　
奠基“黄淮”
　　1999年，我国第一部新一代天气雷达正式落户合肥，李柏也开始从事第一部新一代天气雷达观测工作。
　　“中国气象局和水利部对这项工作非常重视，他们认为新一代天气雷达未来组网后一定会为我国汛期降水，尤其是大江大河的汛期服务带来革命性的变化。”对身处安徽的李柏而言，最直观的“大河”就是淮河。而从我国地理环境来看，淮河、黄河流域地处我国南北气候过渡带，都是暴雨洪水的多发区。尤其在1998年长江流域爆发特大洪水后，也为黄淮流域提高暴雨洪水监测预报能力敲响了警钟。国家也希望在黄淮流域建立以多普勒天气雷达为主要探测手段的暴雨洪水监测预报系统，为此，中国气象局和水利部联合发起了“淮河黄河流域暴雨洪水监测预报系统研究”（简称“黄淮项目”）。
　　“2000年3月，黄淮项目正式提出。我到现在都记得这个时间，因为万万没想到这么大的科研项目会落到我头上。”李柏说。
　　尽管此前已经参与过我国第一部新一代天气雷达建设，以及国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验研究”，能够担纲主持黄淮项目，李柏的第一反应还是受宠若惊。“淮河流域能量与水分循环试验研究”是中日合作项目，在安徽淮南市、凤台县和寿县架设的3部天气雷达均来自日本。而这一次，李柏和项目组的研究都是基于我国第一部新一代天气雷达。
　　此后4年中，他带领团队与水利部、合肥市在第一部新一代天气雷达覆盖范围内建设的自动气象站联合开展标校工作，逐渐建立起多普勒天气雷达的数据格式标准、估测算法，并形成了一套集合应用系统和中尺度模式相结合的配套评估系统。当天气雷达观测到高空中的降水云团，会量化出这块云团将形成多大的降水量，再与地面的雨量计结合进行校准，最终形成精准的雨量分布图。“单靠雨量计肯定不行，那得建多少雨量计才行啊。”李柏的工作就是要让天气雷达发挥出它应有的作用。“黄淮项目就是要解决雷达如何准确、定量地估测降水的问题，并达到高效的业务化应用。我们做出了一套完整的东西。”诚如李柏所言，黄淮项目完成后不仅成为黄淮流域防灾减灾工作的重要支撑力量，还为他科研生涯中的后续相关工作打好了基础。黄淮项目也被授予中国气象局2004年度科学研究与技术开发奖二等奖，收获了众多好评。“黄淮项目能够不辜负上级领导期望，取得丰硕成果，是整个项目团队在专家指导下共同努力的结果。”李柏深情地感谢起这支戮力同心的团队。“参加这个项目对我一生的影响都非常大”，他说。
　　
筚路蓝缕
　　如何改进提高现有观测模式的观测能力？观测数据质量是否能得到准确控制？怎样开发能够简洁、快速识别天气系统的产品？在新一代天气雷达系统研究中，李柏同样要考虑这些问题。科学研究从来都不是一个孤立的事件，而是一个完整的生态链条。2002年5月，李柏调任中国气象局。此后，他历任雷达卫星处处长、监测网网络司副司长、气象探测中心副主任等职，对于提升数据产品质量的关注度也上了一个新台阶。
　　为充分发挥新一代天气雷达网的建设效益，提高雷达产品质量，丰富雷达产品，以进一步提高新一代天气雷达资料在天气预报和气象服务业务中的应用水平，2006年，中国气象局决定成立项目总师组，负责组织新一代天气雷达建设业务软件系统开发Radar Operational Software Engineering（简称“ROSE项目”）。同年10月10日，中国气象局人事司正式发文，由李柏担任ROSE项目总师。该项目共进行两期的开发，副总师都换了几任，直到2017年11月完成，并通过验收，跨度达11年之久。
　　ROSE项目启动的第二年，国家原“863”计划资源环境技术领域办公室在北京组织召开了“机载气象雷达云雨探测系统”重点项目可行性论证会。这是我国首部机载气象雷达研究项目。李柏提到过，我国中小尺度灾害性天气系统种类非常多。作为世界上受气象灾害影响最严重的国家之一，我国的气象灾害还存在强度大、频率高等特性，给国家和社会造成了巨大的损失。所谓机载气象雷达，通俗地说就是将天气雷达置于飞机上，以便于在敏感区进行连续追踪观测，提高天气系统的监测和预测能力。“飞机灵活快捷，面对一个强对流天气系统时，就能够从各个角度去了解系统结构。”目前，李柏团队已经研发出了X波段相控阵测雨雷达和机载W波段测云雷达为一体的机载气象云雨探测系统，并已通过了验收。此前，我国在空基平台上以主动遥感探测技术为手段的气象探测基本为空白。“气象探测技术的发展趋势是在地基—空基—天基一体化探测体系中实现全时空无缝隙覆盖观测”，李柏认为，能够完善这一体系，是他们身为气象人的责任和使命。
　　从第一部天气雷达落户合肥，到完成全国200多部天气雷达业务运行，李柏见证了我国天气雷达事业的发展。“观天测雨、风云在握”，听起来霸气十足，却是个实打实的苦差事。
　　李柏记得，第一部天气雷达调试时已经入冬了。他带着团队用经纬仪上山“找北”。通过经纬仪在冬夜里观测北斗星方位，是最原始也最准确的“找北”方法。他们裹着大衣在115米的雷达塔楼顶上连续观测了很多天，终于确定了一个不会跑偏的正北方位。
　　李柏也记得，2000年，他去福建省龙岩雷达站调研。龙岩站建在1500米高的山头上，李柏去的时候，山上只有一条简易的路，路很窄，旁边就是悬崖。“路上没有标识，稍微有点雾就看不到边界。一趟下来，一身冷汗。”这条路，李柏走了两趟，每次下山后都会发一次高烧。
　　这些年来，李柏走遍了全国的大半雷达站，各有各的艰险。2018年8月，李柏带团队去了一趟广东上川岛雷达站。这一次山不高，只有400米，但地处热带雨林，他们过去时刚刚下过一场雨，山林闷热到令人有缺氧的窒息感。下山之后，衣服上都是白花花的汗碱，拧一下，水淋淋的，“就像毛巾拧水一样”。“基层台站选址，会事先选好几个方案，再让我们敲定。我们都这么辛苦了，他们更甚。”李柏没有说“不辛苦”，对他来说，这是气象人的必经之路。我国天气雷达事业就是在这种筚路蓝缕的精神中步入世界先进行列的。他更强调居安思危，“跟跑、并跑之后要领跑，但领跑一定不能领错方向”。
　　作为世界上拥有监测灾害天气能力的天气雷达数量最多的国家，保障其能够可靠、稳定、长期持续运行十分重要。李柏曾在世界气象组织雷达遥感领域担任过10年专家组组长，他发现英国和德国每年都要对天气雷达进行4次严格“体检”，我国只有1次。“设备不稳定容易造成观测质量问题，我们一定要在测试仪表、方法及其保障体系建设方面下大力气。”
　　“梳理未来天气雷达发展技术方向刻不容缓，一定要有一批有识之士。”随着前辈学者们陆续退休，李柏认为，人才，尤其是年轻人才的培养必须要提上日程。当前，气象探测中心围绕风廓线雷达、激光雷达、X波段测雨雷达、Ka波段云雷达、微波辐射计，以项目带人，希望培养出更多实干型人才。
　　前不久，李柏翻出了一张拍摄于1997年的老照片，是他们当年与北京敏视达雷达有限公司的洽谈场面。李柏称之为“牵手照”。在与企业合作20多年之后，他最直观的感受就是在硬件设备上“不会被唬住”。第一部新一代天气雷达建设时，他接触到了美国洛克希德·马丁公司。“马丁公司在美国做天气雷达不是单纯制造设备，还通过试验基地研发创新，他们的思路来源于科研院校和业务部门。三位一体时，原创能力是最强的。”
　　在天气雷达发展规划中，李柏郑重提出，要尽快把中国天气雷达试验基地建立起来。“业务部门、科研院校和企业制造商紧密结合，在试验基地上不断解决关键技术、技术指标等问题，会对我国天气雷达事业进一步发展起到重大的推动作用。”停顿了一下，李柏声音扬起，“这是我梦寐以求的”！