大網撈小魚，但漁網的網眼兒太大，很難捕到小魚——曾經，這是北京天氣雷達網探測突發性強天氣的真實寫照。
如今，北京通過X波段雙偏振都卜勒天氣雷達（以下簡稱「X波段雷達」）組網建設、強化技術攻關，將這張「漁網」越織越密，努力實現監測精密、預報精準、服務精細，使捕獲突發性強天氣這些「小魚」的成功率大大提高。
目標：織密大網撈「小魚」
在北京市觀象臺，S波段都卜勒天氣雷達以230公裡的探測半徑，守護著整個北京乃至京津冀地區。降水雲團一旦靠近北京周邊，就會立即被它鎖定蹤跡。即便如此，S波段都卜勒天氣雷達仍存在探測盲區。
「受地球曲率影響，天氣雷達在與水平面成一定仰角觀測時，在離雷達60公裡以外區域，會存在1公裡以下的邊界層探測空隙。」北京市氣象探測中心質量控制科科長李林解釋，此外，在地形複雜地區，雷達回波容易被山體、高層建築遮擋，進一步限制了對邊界層大氣的有效探測。
然而，大多數強對流天氣，特別是局地突發的強雷暴，恰恰最先在1公裡以下的邊界層大氣中形成。因此，X波段雷達建設迫在眉睫。
在建設過程中，如何科學布局、最大限度發揮效益成為重中之重：除了要考量地球曲率影響外，還要通過組網解決電磁波衰減問題。通常兩部雷達布設間距以40公裡左右為宜，這樣既可增大雷達組網覆蓋範圍，又可有效彌補周邊雷達。X波段雷達有效觀測距離約為60公裡，在極端降雨情況下可縮減至20公裡。
目前，北京已建7部X波段雷達，還有兩部在建，初步形成S波段雷達大範圍警戒監測、X波段雷達精細探測的多頻段立體監測格局。另外，北京市氣象局還在北京上遊的河北懷來縣和淶源縣建設兩部X波段雷達，實現京津冀地區聯合組網探測。
探索：摸著石頭過河
在建設之初，國內外均無X波段雷達組網業務應用的成功經驗。第一代雷達組網應用系統在氣象部門頂住壓力的探索中誕生，但仍存在系統響應慢、產品算法不完善、用戶交互性差等問題。2019年，北京城市氣象研究院（以下簡稱「城市院」）組建雷達應用研發小組，研發了第二代雷達組網應用系統——北京X波段網絡化雷達應用系統（簡稱「BJ-Xnet」）。
「這是氣象雷達與計算機學科結合的科研成果。氣象雷達為計算機提供數據，計算機處理雷達數據並生成氣象雷達產品，提供短時臨近預報決策依據。」城市院臨近預報團隊副主任、研究小組組長馬建立介紹。
雷達觀測數據的質量直接影響後續應用，因此數據質量評估至關重要。北京氣象部門根據雷達硬體參數，計算出雷達觀測數據的理論值波動範圍，並對雷達數據進行質量控制，保證觀測數據的可靠性。
雷達組網產品越多，預報預警工作可參考的數據就越多。目前，BJ-Xnet系統提供降水粒子相態識別、三維風場、降水估測等12個雷達組網產品。「這也導致算法多且複雜。算法適不適合、是不是最優，都需要不斷通過業務應用去驗證、改進。」馬建立說，這是一個十分複雜的過程。
從疊加雷達產品與地理信息、有效增強交互操作，提升組網產品顯示清晰度，到解決雷達探測弱回波能力偏低、非氣象回波幹擾、雷達發射的電磁波衰減導致無法準確識別冰雹等問題，研究小組付諸不懈努力並逐一解決。今年6月11日，BJ-Xnet通過科技成果認證。
應用：經受住汛期硬仗考驗
今年汛期，具備「20秒完成數據讀取、質控以及產品生成」「1秒內完成三維產品效果渲染」「高達95%的冰雹監測應用識別準確率」等能力的BJ-Xnet投入業務應用。
「『6·18』強對流、『7·2』入汛首場最強降雨、『8·12』全市暴雨，BJ-Xnet在這幾場『硬仗』中表現都不錯！」北京市氣象臺首席預報員雷蕾說，該系統的數據顯示不僅有平面圖，還有3D剖面圖和3D立體展示形式，方便預報員查看整個天氣過程的微觀信息，對做好短時臨近預報預警有很大幫助。
BJ-Xnet還被推廣至廣東省佛山市氣象局。佛山市氣象局高級工程師李兆明表示，系統提供的三維風場產品，在多次雷雨大風和短時強降水天氣過程臨近預報中發揮了重要作用。浙江省杭州市氣象局到北京調研「取經」，初步完成4部雷達組網建設。河北省氣象局邀請北京雷達氣象專家指導X波段雷達組網論證工作。
「我們加強與預報員等用戶的溝通，幫助他們更好地運用雷達產品，聽取其意見建議，不斷改進完善核心技術和算法。」馬建立說。
深入人心的應用成效，除了有賴研究小組的潛心研究外，還得益於多方指導支持、機制創新、國際合作凝聚的合力。
該項目由中國氣象局指導、北京市政府出資建設，充分發揮關鍵核心技術攻關的央地協同體制優勢。同時，氣象部門積極與科技型企業合作，建立「邊研究-邊評估-邊改進-邊提升」的雙向反饋機制，推動國家自主氣象探測設備向高精尖技術發展；依託北京城市氣象國際合作基地，加強與國際頂尖雷達氣象專家、國內高校的合作，在引進技術支持的同時，派送中青年業務科研骨幹到國外訪問交流。
「產學研用一體化」在北京X波段雷達組網建設中有著生動體現。2019年，北京市氣象局與北京敏視達雷達有限公司聯合申報「新一代天氣雷達升級關鍵技術創新與產業化應用」科技項目，獲北京市科學技術進步一等獎。北京市氣象局也由此建立了一支涵蓋建設、觀測、研發、應用的創新團隊，其中1人評被為中國氣象局科技領軍人才。
「BJ-Xnet目前已經具備首都災害天氣精密監測能力，後續研發將聚焦災害性天氣0~2小時精準預報預警，為首都城市安全運行、防災減災和重大活動氣象服務保障提供更有力的支撐。」馬建立說。
（作者：葉芳璐 責任編輯：張林）