風(fēng)廓線雷達(dá)在我國民用航空氣象領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用

錢一嘉

摘要：本文從理論上分析了風(fēng)廓線雷達(dá)的工作方式和特點(diǎn) ，闡述了風(fēng)廓線雷達(dá)在我國民用航空氣象領(lǐng)域中實(shí)際的應(yīng)用情況和未來發(fā)展趨勢(shì)。低空風(fēng)切變是一種小尺度性質(zhì)的天氣系統(tǒng)現(xiàn)象，最至關(guān)緊要的一點(diǎn)是不容易被觀測(cè)，這就對(duì)飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生了重要影響，是飛機(jī)事故的一種安全隱患，所以國內(nèi)外對(duì)這種氣象類型給予了高度重視。在多數(shù)機(jī)場(chǎng)中都有風(fēng)廓線雷達(dá)的裝置，探測(cè)氣象要素的變化情況，保證飛機(jī)在飛行和著陸中的安全狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)廓線雷達(dá)；民用航空；航空氣象

前言：

風(fēng)切變是民用航空氣象界的一個(gè)熱門話題，對(duì)飛機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生了一定威脅，當(dāng)正在運(yùn)行中的飛機(jī)遇到這種氣象條件，會(huì)不受控制，從而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，是引起空中事故不容忽視的隱形殺手。因此為了安全保障，要從根本上對(duì)風(fēng)切變?cè)黾诱J(rèn)識(shí)了解，加強(qiáng)對(duì)其現(xiàn)象的研究，降低造成的危害。風(fēng)廓線雷達(dá)是一種新型氣象雷達(dá)，能夠?qū)︼L(fēng)切變等氣象要素以垂直探測(cè)模式進(jìn)行監(jiān)控。低空風(fēng)切變的產(chǎn)生與大氣本身運(yùn)動(dòng)情況等因素有著重要關(guān)系，風(fēng)廓線雷達(dá)的應(yīng)用能夠探測(cè)到其存在，能夠獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為規(guī)避這種氣象條件的不良影響創(chuàng)造了有利條件，大大保證了飛機(jī)運(yùn)行的安全性。本文以風(fēng)廓線雷達(dá)與低空風(fēng)切變?yōu)檠芯繉?duì)象，對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)低空風(fēng)切變的應(yīng)用展開了論述。

一、民用航空氣象風(fēng)廓線雷達(dá)與低空風(fēng)切變概述

（一）風(fēng)廓線雷達(dá)

風(fēng)廓線是對(duì)風(fēng)速的一種描述，是對(duì)風(fēng)速與高度關(guān)系的描述，也就是分析當(dāng)高度變化時(shí)風(fēng)速如何隨著變化，為風(fēng)速在大氣邊界層內(nèi)的規(guī)律奠定了研究基礎(chǔ)。其調(diào)查方法是在小于1.5千米的地面高度基礎(chǔ)上測(cè)試出風(fēng)速、風(fēng)向，通過測(cè)試觀察風(fēng)速、風(fēng)向與高度的關(guān)系，并根據(jù)大氣穩(wěn)定度進(jìn)行分類，得出數(shù)學(xué)表達(dá)式[1]。

而風(fēng)廓線雷達(dá)是描述風(fēng)廓線，用來研究風(fēng)速的一種遙感設(shè)備，還可以用來對(duì)天氣的監(jiān)測(cè)。從不同方向高空發(fā)射電磁波束，電磁波受到大氣折射率的影響發(fā)生散射現(xiàn)象，雷達(dá)對(duì)電磁波束信息進(jìn)行接收處理，形成大氣風(fēng)場(chǎng)，收集有關(guān)大氣風(fēng)場(chǎng)的信息，對(duì)高空風(fēng)場(chǎng)做出進(jìn)一步的探測(cè)，探測(cè)過程體現(xiàn)出自動(dòng)化程度高與不受時(shí)間與空間限制的高.分辨率。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)廓線雷達(dá)分為不同的種類，都對(duì)風(fēng)速、空氣質(zhì)量、天氣情況的監(jiān)測(cè)有著重要的作用。

（二）低空風(fēng)切變

低空風(fēng)切變滿足高度低的特點(diǎn)，高度大約為小于六百米的地面距離，從水平方向或者是從垂直方向發(fā)生的切變現(xiàn)象。具體來說是在低空條件下在從水平或者垂直方向上風(fēng)速矢量與分量發(fā)生的變化。其現(xiàn)象的發(fā)生與天氣環(huán)境有著很大關(guān)系，不同的天氣條件產(chǎn)生不同的切變現(xiàn)象，對(duì)飛機(jī)的飛行著陸具有重要影響。

風(fēng)切變是針對(duì)空間而言，在空間兩點(diǎn)之間對(duì)風(fēng)速、風(fēng)速空間變化的反映。發(fā)生風(fēng)切變主要是由大氣在運(yùn)動(dòng)中的變化，受到地理與環(huán)境的影響，又有大氣本身運(yùn)動(dòng)情況、地理與環(huán)境因素共同作用而引起的。

二、風(fēng)廓線雷達(dá)在我國民航氣象領(lǐng)域中的應(yīng)用

（一）風(fēng)廓線雷達(dá)在我國民航氣象領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

在民用航空氣象從風(fēng)隨時(shí)間連續(xù)的變化中，可以得到風(fēng)向風(fēng)速演變的信息，這是傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)方法不能做到的，利用這個(gè)特點(diǎn)我們可將其應(yīng)用于風(fēng)切變的判斷，這對(duì)短期天氣預(yù)報(bào)特別有用，更是航空領(lǐng)域中涉及到飛行安全的重要指征，這也是目前民航推廣使用風(fēng)廓線雷達(dá)的關(guān)鍵原因之一。到目前為止，民航系統(tǒng)內(nèi)，除北京、上海、廣州、西安等幾大樞紐機(jī)場(chǎng)外，深圳、林芝、玉樹、九寨黃龍、昆明機(jī)場(chǎng)等幾家是建設(shè)使用較早的單位，從系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況來說也比較穩(wěn)定，能夠?qū)γ窈娇展軞庀蠊ぷ魈峁┯行椭?/p>

（二）風(fēng)廓線雷達(dá)在民用航空氣象低空風(fēng)切變探測(cè)中的應(yīng)用

2.2.1探測(cè)條件

在低空風(fēng)切變探測(cè)中使用的是多普勒風(fēng)廓線雷達(dá)，在對(duì)流層中對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，垂直風(fēng)廓線的探測(cè)高度為位于本機(jī)上空五十米到幾公里不等，探測(cè)高度依據(jù)雷達(dá)而定，垂直風(fēng)廓線每隔幾分鐘都會(huì)得到提。時(shí)空分辨率、準(zhǔn)確度與精確度在垂直高度條件下數(shù)值都會(huì)很高，不需太多的人力對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，因此風(fēng)廓線雷達(dá)在低空風(fēng)切變探測(cè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。而且還有節(jié)約成本，生成風(fēng)廓線分辨率更高，對(duì)尺度預(yù)報(bào)產(chǎn)生重大改變。對(duì)非短暫風(fēng)切變的探測(cè)監(jiān)視，風(fēng)廓線雷達(dá)起到了重要作用[2]。

2.2.2測(cè)風(fēng)原理

大氣折射率對(duì)電磁波有著重要影響，受到大氣折射率的影響，電磁波發(fā)生散射現(xiàn)象，雷達(dá)對(duì)返回的電磁波進(jìn)行接收。對(duì)大氣散流的計(jì)算有特定的公式，大氣湍流活動(dòng)尺度與高度呈正比例關(guān)系，探測(cè)高度與電磁波長(zhǎng)度有著很大關(guān)系，對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)的探測(cè)高度應(yīng)根據(jù)高度選擇相應(yīng)的電磁波長(zhǎng)度。

通常向天空中發(fā)射光波的數(shù)量為5束，湍流回波被接收機(jī)接收，獲取到運(yùn)動(dòng)速度信息，以合成計(jì)算的方法得出四面八方的風(fēng)速與風(fēng)向。徑向速度的正方向?yàn)橄蛱炀€運(yùn)動(dòng)的方向，風(fēng)來向由矢量的分量正值來表示。通過工作模式的不同，還有脈沖寬度得出分層風(fēng)的高度，不同雷達(dá)都有對(duì)分層高度監(jiān)測(cè)的功能，結(jié)合空氣厚度的條件下測(cè)量出風(fēng)速平均值，測(cè)得的數(shù)據(jù)情況使用氣象符號(hào)、矢量圖進(jìn)行標(biāo)注，為加以區(qū)分采用不同顏色加以區(qū)分。

2.2.3風(fēng)廓線雷達(dá)在實(shí)際測(cè)風(fēng)中的應(yīng)用

風(fēng)廓線雷達(dá)在晴朗天氣下對(duì)垂直陣風(fēng)與微下沖氣流的觀測(cè)具有直接性，逐步實(shí)現(xiàn)低空風(fēng)切變告警系統(tǒng)的三維觀測(cè)。單部風(fēng)廓線有一定的局限性，在對(duì)低空風(fēng)切變的監(jiān)測(cè)中只是局限于監(jiān)測(cè)上空風(fēng)，如果想對(duì)上空區(qū)域垂直風(fēng)場(chǎng)分布情況全面了解，就要增加風(fēng)廓線雷達(dá)的數(shù)量，并對(duì)這些雷達(dá)裝置聯(lián)網(wǎng)。

結(jié)論：

通過上面的論述可知，本文主要從兩個(gè)方面對(duì)民用航空風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)低空風(fēng)切變的應(yīng)用展開了論述。風(fēng)廓線雷達(dá)在不斷發(fā)展中，其技術(shù)越加成熟，發(fā)展成為用來探測(cè)低空風(fēng)切變的一種重要設(shè)備，其探測(cè)精度高與高分辨率的優(yōu)勢(shì)使得在探測(cè)風(fēng)切變應(yīng)用中具有廣泛性?，F(xiàn)在風(fēng)廓線雷達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全天候，在無人值守的條件下進(jìn)行探測(cè)，在未來相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展完善條件下，風(fēng)廓線雷達(dá)將會(huì)在民用航空氣象方面取得更大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]李錫山.風(fēng)廓線雷達(dá)水平測(cè)速范圍與多普勒頻率檢測(cè)范圍的設(shè)計(jì)[D].首屆氣象儀器與觀測(cè)技術(shù)交流和研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集，2001.

[2]駱文成.機(jī)載前視風(fēng)切變氣象雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)，2001.