短时强降水、冰雹、大风、龙卷、雷电……我国236部新一代天气雷达组成的雷达网络，除了天气观测，还将开辟一个新的探测领域——空中迁飞生物探测。

雷达最初在军事中用于探测空中飞机。此时，空中的云等成为其“杂波”。

随着技术发展，“云杂波”被越来越多地应用于天气预报领域，天气雷达应运而生。

后来，来自地面和空中的“杂波”又困扰着雷达技术人员。

从如何精准过滤掉“杂波”到如何有效利用“杂波”，在国家生态安全与动物迁飞重大科学研究项目中，中国气象局气象探测中心与北京理工大学、中国农业科学院、中国科学院动物研究所、农业农村部等机构合作，利用原本被天气监测中“剔除”的非气象“杂波”来追踪空中迁飞生物的行踪，获取全国范围内空中迁飞生物（农业和林业害虫、鸟类）起落点、飞行路线等信息。

如今，地物“杂波”和空中“杂波”被用于监测空中迁飞生物，应用于农业、林业、草原病虫害预报和防治。

福建闽侯雪峰雷达 图/王晓佳

实际上，欧美等国也有利用天气雷达来追踪空中迁飞生物的研究和实践。其中，对鸟类的探测及相关算法相对成熟。

“利用现有天气雷达来追踪这些空中迁飞生物，可谓一举两得：既用于监测天气变化，又可用‘杂波’监测空中迁飞生物。”

2为什么监测空中迁飞生物？

粮食产量不到手，“虫口夺粮”不放松。一直以来，农业病虫害的监测和防治是粮食生产中的重要环节。

“气象部门采用基于数值天气预报的迁飞模拟模式开展农业害虫迁飞预报。但是，上述模拟预报中由于缺乏对空中迁飞生物（农业和林业害虫、鸟类）的直接观测数据，难以精细化描述迁飞生物的起飞点、飞行高度、虫群密度以及起飞和中途落地区域，给农业迁飞害虫预报准确率和精准防治能力提升等带来影响。”

迁飞模式模拟与天气雷达实时观测数据有机结合，不仅可清晰、动态地描述空中迁飞鸟类和昆虫起落区域、飞行高度、种群数量及运动轨迹等迁飞全过程，而且对改进迁飞模拟模式具有重要意义。

高分辨测虫雷达示意图

相关区域和部门可以根据预报结论，提前做好捕杀迁飞害虫等准备，即实现落地前精准捕杀，避免其危害作物，保障生态和粮食安全。

“从雷达回波图上看，天气回波和生物回波‘长’得明显不一样。根据雷达回波形状特点、反射率因子和速度谱宽，结合空中生物飞行速度特征可以区分。”

不同生物目标的反射率因子、径向速度差值、大气晴空回波差异明显，并利用这个差异，经过机器学习方法判断回波类型。例如，团队利用不同生物与其他回波散射差异，研究甘薯天蛾、棉铃虫、黏虫等重要农业害虫迁飞参数。

天气雷达空中生态监测预警系统界面

空中生物迁飞高度一般在500米至2000米，属于天气雷达的有效探测范围。

与天气探测原理一样，都是利用雷达发射的电磁波，遇到目标后产生散射，其后向散射被雷达接收，形成雷达回波。

简单来说，电磁波对空中目标的含水量进行探测后产生回波，根据回波高度、形状等判别是天气回波还是生物回波。

空中生物到处飞，如果它们飞出了单部天气雷达的视线，如何完整描述其迁飞轨迹？

我国目前有236部组网天气雷达，覆盖大部分国土。利用组网雷达回波即可完整描述空中生物的迁飞过程。即，从一部雷达视线范围消失后，它们将出现在周边雷达有效探测范围。

2017年5月30日，雷达回波显示的黏虫在渤海海峡迁飞过程

尤其是“十四五”规划和补短板工程实施后，全国新一代天气雷达完成双偏振升级，同时增加部分X波段天气雷达，扩大雷达探测覆盖面，可更好地描述昆虫迁飞轨迹。

此外，利用识音器、卫星光谱特征等手段，结合人工智能技术，与组网天气雷达结合，可以更精准地捕捉空中生物轨迹。

“利用天气雷达监测空中迁飞生物，对于农业气象服务而言无疑是一个重大突破，其应用前景非常广阔。这对于确保我国粮食安全、端稳‘中国饭碗’具有重大意义。”