地球上每年有數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的昆蟲在南北往返遷飛，在我國(guó)大部分是農(nóng)業(yè)害蟲。我省地處南北過(guò)渡地帶，是遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲北遷南回的必經(jīng)之地。夜間高空風(fēng)載遷飛害蟲“來(lái)無(wú)影去無(wú)蹤”，常常導(dǎo)致異地突然爆發(fā)，嚴(yán)重威脅糧食安全。對(duì)夜間高空飛行昆蟲的持續(xù)監(jiān)測(cè)有助于理解它們的遷飛規(guī)律從而制定更加有效的害蟲防控策略。昆蟲雷達(dá)無(wú)疑是監(jiān)測(cè)這類害蟲的最佳工具。上世紀(jì)90年代，在英國(guó)和澳大利亞部署了自動(dòng)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)極化垂直昆蟲雷達(dá)（VLR），用于對(duì)高空飛行昆蟲進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。而我國(guó)自上世紀(jì)80年代開始研究昆蟲雷達(dá)以來(lái)一直使用傳統(tǒng)的掃描昆蟲雷達(dá)。2004年我國(guó)科學(xué)家曾嘗試研發(fā)VLR，但未成功。
近日，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所封洪強(qiáng)研究員在Pest Management Science（中科院1區(qū)，Top期刊）上在線發(fā)表了題為“First high-resolution vertical-looking radar for long-term automatic observation of high-flying insects in Asia”的研究論文。該論文詳細(xì)介紹了亞洲第一部高分辨率旋轉(zhuǎn)極化垂直昆蟲雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、性能、野外標(biāo)定方法和部分觀測(cè)實(shí)例。該雷達(dá)可對(duì)空中遷飛昆蟲進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲得高空昆蟲的體型參數(shù)（質(zhì)量、體型及振翅頻率）和飛行參數(shù)（飛行時(shí)間、高度、飛行速度、飛行方向、體軸方向及爬升速度），為亞洲地區(qū)長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)高空遷飛昆蟲從而闡明氣候變化對(duì)昆蟲遷飛的影響更好地服務(wù)于害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警提供了新的工具。
該雷達(dá)始建于2009年，但因多種原因未能正常工作，直到2014年，在封洪強(qiáng)研究員的不斷努力下，成功將其升級(jí)改造為高分辨率旋轉(zhuǎn)極化垂直昆蟲雷達(dá)，而且研發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與分析軟件。該雷達(dá)的盲區(qū)由英國(guó)和澳大利亞傳統(tǒng)VLR的150降低到了70米，提高了該類型雷達(dá)對(duì)飛行高度較低的遷飛昆蟲的監(jiān)測(cè)能力。由于采用了高頻數(shù)據(jù)采集技術(shù)，該雷達(dá)的高度分辨率為1.875米，與傳統(tǒng)VLR的50-70米相比有了大幅提高，但同時(shí)也帶來(lái)了目標(biāo)提取的困擾。澳大利亞為解決該問(wèn)題，提出了一個(gè)復(fù)雜的10步提取法，該文提出了一個(gè)目標(biāo)提取的三步法，大大簡(jiǎn)化了昆蟲目標(biāo)的提取過(guò)程。昆蟲雷達(dá)的硬件出廠前都會(huì)由廠家進(jìn)行標(biāo)定，但在野外是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求是很難標(biāo)定的，許多昆蟲雷達(dá)都未進(jìn)行過(guò)標(biāo)定就投入使用了。早期外國(guó)學(xué)者曾利用飛機(jī)跑道對(duì)掃描昆蟲雷達(dá)的性能進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且需要昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，不易實(shí)施。本文提出了一種在野外利用自然目標(biāo)標(biāo)定VLR的方法，簡(jiǎn)便易行，也可用于其它雷達(dá)的標(biāo)定，為昆蟲雷達(dá)的野外標(biāo)定提供了標(biāo)準(zhǔn)，為昆蟲雷達(dá)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。該雷達(dá)的研制成功標(biāo)志著我國(guó)旋轉(zhuǎn)極化垂直昆蟲雷達(dá)技術(shù)的成熟，推動(dòng)了我國(guó)昆蟲雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展并實(shí)現(xiàn)了昆蟲雷達(dá)出口零的破。
河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所封洪強(qiáng)研究員為本文唯一作者，本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（32072414）、中原科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才（244200510036）、河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2024TD30）等項(xiàng)目資助。
