氣象雷達(dá)的三維革命

對(duì)絕大多數(shù)乘客來說，乘坐飛機(jī)出行最在乎的無非是安全、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適，以上三點(diǎn)對(duì)飛行員來說也不例外。而作為以空氣為載體的飛機(jī)，影響飛行安全、準(zhǔn)點(diǎn)以及舒適。性的最大、最主要、最常見因素就是——天氣，天氣挑戰(zhàn)無處不在。2016年2月，霍尼韋爾對(duì)3000多名中國持證飛行員開展的一項(xiàng)問卷調(diào)查中顯示，天氣因素是幾乎所有飛行員在起飛、巡航和降落等所有飛行階段的首要顧慮之一，49%的受訪者認(rèn)為在起降與飛行階段，氣象災(zāi)害和風(fēng)切變是飛行安全的最大挑戰(zhàn)：53%表示能否準(zhǔn)確識(shí)別惡劣多變天氣是巡航過程中最大的擔(dān)憂：65%認(rèn)為對(duì)惡劣天氣的識(shí)別與判斷是他們?cè)诮德潆A段的最大挑戰(zhàn)，而降落階段的7分鐘與起飛階段的3分鐘被稱為民航界的“黑色十分鐘”，從全球已發(fā)生飛機(jī)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，絕大多數(shù)事故都發(fā)生在這10分鐘之內(nèi)。

由此可見，基本“靠天吃飯”的民航飛行給飛行員提出的苛刻要求就是對(duì)天氣狀況敏銳的感知能力，而幫助飛行員獲得準(zhǔn)確天氣信息則必須通過安裝在機(jī)頭上的“千里眼”——?dú)庀罄走_(dá)。氣象雷達(dá)工作原理

氣象雷達(dá)是用來探測(cè)大氣中降水類型（雨、雪、冰雹等）、分布、移動(dòng)和演變，并對(duì)其未來分布和強(qiáng)度做出預(yù)測(cè)的一種雷達(dá)設(shè)備?，F(xiàn)代氣象雷達(dá)大部分屬于脈沖多普勒雷達(dá)，可監(jiān)測(cè)降水分布及強(qiáng)度，這些數(shù)據(jù)可以用來分析風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，以及其能否在未來造成惡劣天氣。氣象雷達(dá)通過空腔磁控管或調(diào)速管連接導(dǎo)波管，再連接一個(gè)拋物面天線，定向地向空間發(fā)射微波脈沖。氣象雷達(dá)所發(fā)射微波波長(zhǎng)在1～10厘米之間，大致是雨滴或冰晶直徑的10倍左右，在該頻率下，瑞利散射效應(yīng)最強(qiáng)，可確保雷達(dá)波的一部分能量能夠從微粒表面反射回雷達(dá)所在方向。當(dāng)然，不同種類的氣象雷達(dá)波長(zhǎng)范圍從1厘米至10米不等，用于探測(cè)不同類型的氣象環(huán)境。機(jī)載氣象雷達(dá)可為飛行員提供前方準(zhǔn)確、連續(xù)的圖像，并以距離和方位的形式，選用不同顏色代表回波強(qiáng)弱，在雷達(dá)屏幕上顯示出來。一般來說，雷達(dá)屏幕上的綠色表示該區(qū)域有微弱水汽（降雨），相對(duì)安全：黃色區(qū)域代表雨量較多，穿越該區(qū)域飛行時(shí)易發(fā)生強(qiáng)烈顛簸：紅色則表示該區(qū)域可能有雷暴、強(qiáng)對(duì)流云層、暴雨或冰雹等極端天氣。屬于溫帶大陸性氣候的中國大部分地區(qū)在夏季極易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣，當(dāng)氣象雷達(dá)顯示器上出現(xiàn)“番茄炒蛋”的畫面，基本上就意味著天上的航班要顛簸、繞飛、備降，地上的航班會(huì)延誤了。

然而，傳統(tǒng)的機(jī)載氣象雷達(dá)也有缺陷——只能為飛行員提供水平方向的二維氣象信息，但飛機(jī)卻是在三維空間中飛行，不同高度層的氣象信息，傳統(tǒng)氣象雷達(dá)就無法及時(shí)準(zhǔn)確地呈現(xiàn)給飛行員，這給航班飛行，尤其在起降階段帶來很大安全隱患。2014年印尼亞航8501空難的主要原因就是因?yàn)轱w行員無法獲得航路前方雷雨的高度，試圖爬升從雷雨頂部飛躍而造成失速。如果飛行員那時(shí)能獲得準(zhǔn)確的雷雨高度，就能提前判斷是否可以飛躍，避免事故發(fā)生了。

改變歷史的三維氣象雷達(dá) 三維氣象雷達(dá)可實(shí)時(shí)探測(cè)前方云團(tuán)，顯示云團(tuán)內(nèi)部情況，并通過投影形式顯示在雷達(dá)屏幕上。

在三維空間飛行，自然需要三維氣象信息的支持，霍尼韋爾自主研發(fā)的IntuVue RDR-4000三維氣象雷達(dá)成功地解決了這一問題。作為目前唯一的一款自動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)，IntuVue RDR-4000采用了3D掃描機(jī)制，能夠?qū)牡孛娴?萬英尺（18 288米）高空，以及前方320海里（592千米）范圍內(nèi)所有氣象情況生成三維表示、180度視角的圖像。

IntuVue三維氣象雷達(dá)將立體氣象信息以實(shí)現(xiàn)/虛線的形式投影表達(dá)在二維雷達(dá)屏幕上，可為飛行員在大幅提升在爬升、下降或轉(zhuǎn)彎過程中對(duì)復(fù)雜天氣對(duì)判斷能力，同時(shí)，由于IntuVue三維氣象雷達(dá)具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，因此可以在飛機(jī)進(jìn)行180度轉(zhuǎn)彎時(shí)，也能及時(shí)提供當(dāng)前信息，而非以往需重新掃描才能顯示氣象數(shù)據(jù)。

既然是三維氣象雷達(dá)，在二維平面的顯示器上顯示似乎還是不夠直觀方面，垂直顯示器（Vertical Displav）因此應(yīng)運(yùn)而生。在空中客車A380和A350的導(dǎo)航顯示器下方就配有一部不大的VD，能夠更加直觀地顯示選定航路上氣象縱拋面的情況，準(zhǔn)確識(shí)讀云團(tuán)高度等信息。由于VD在機(jī)組情景意識(shí)方面所帶來的巨大優(yōu)越性，飛機(jī)制造廠在新機(jī)型的發(fā)布中，關(guān)于駕駛艙顯示器的設(shè)計(jì)也會(huì)越來越多的采用垂直顯示器。

作為飛行員最害怕的突發(fā)天氣狀況——風(fēng)切變，IntuVue也可以進(jìn)行一定程度地探測(cè)。風(fēng)切變是氣流在短時(shí)間小范圍內(nèi)劇烈追垂直運(yùn)動(dòng)的氣象現(xiàn)象，飛機(jī)進(jìn)近過程中如果遇到這種氣流，極易發(fā)生跑道外觸地的危險(xiǎn)。IntuVue雷達(dá)可以探測(cè)到這種氣流的異常變動(dòng)，并及時(shí)給飛行員發(fā)出告警。同時(shí)，如果將可實(shí)時(shí)顯示氣象信息的IntuVue與具有全球地形、障礙物與跑道數(shù)據(jù)庫，可精準(zhǔn)顯示近地面環(huán)境信息的霍尼韋爾增強(qiáng)型近地警告系統(tǒng)（EGPWS）結(jié)合使用，那么對(duì)風(fēng)切變的探測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上。

基于3度窄波束、2秒掃描180度視場(chǎng)，雷雨回波自動(dòng)增益補(bǔ)償以及結(jié)合全球地形數(shù)據(jù)庫進(jìn)行地面雜波濾除，全程捕捉雷雨三維立體信息并建立全程氣象立體三維數(shù)據(jù)庫的IntuVue三維氣象雷達(dá)，的確在現(xiàn)有機(jī)載氣象雷達(dá)的基礎(chǔ)上有了質(zhì)的改變，駕駛安裝三維氣象雷達(dá)飛機(jī)的飛行員也獲得了更佳直觀、高效、全面的信息。

但是，在平面顯示器上通過虛/實(shí)線的形式表達(dá)高度，以及通過第二臺(tái)垂直顯示器顯示氣象云團(tuán)縱拋面，還是稍顯不便，如果未來能將氣象信息以第一視角的形式在一塊屏幕上或者智能平顯上顯示，相信飛行員的感知體驗(yàn)會(huì)更上一層樓。 正在霍尼韋爾集團(tuán)的一架康維爾580雙發(fā)螺旋槳飛機(jī)上進(jìn)行測(cè)試的IntuVue三維氣象雷達(dá)。

IntuVue RDR-4000三維氣象雷達(dá)的顯示與表達(dá)

自動(dòng)模式水平飛行

顯示當(dāng)前航線高度+/-4000英尺（1219米）范圍，包括顛簸氣流的所有具體氣象信息：

根據(jù)爬升/下降率，自動(dòng)顯示航線上/下限的具體氣象信息：

顯示當(dāng)前所有基本氣象信息。

自動(dòng)模式巡航（以29000英尺/8839米）為例）

顯示從25000英尺（7620米）至上限6萬英尺（18288米）的具體氣象信息；顯示低于25000英尺（7620米）（虛線表示）以及其他次要?dú)庀笮畔ⅰ?/p>

自動(dòng)爬升模式

顯示規(guī)劃飛行航路上的具體氣象信息：顯示規(guī)劃航路外（下方）的次要?dú)庀笮畔ⅲㄌ摼€表示）。

手動(dòng)選擇高度模式

顯示手動(dòng)選擇高度層的天氣信息（圖例為高于當(dāng)前飛行高度）：次要天氣信息與湍流不現(xiàn)實(shí)。

責(zé)任編輯：陳肖