激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)研究微下?lián)舯┝饕l(fā)的低空風(fēng)切變

張 濤，黎 倩，鄭佳鋒*，張文玲，范 琪，張 杰

(1.成都市氣象局，成都 611130；2.成都信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院 高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225；3.中國(guó)民航 青?？展芊志?氣象臺(tái)，西寧 810000；4.西南技術(shù)物理研究所，成都 610041)

引 言

航空氣象學(xué)中，低空風(fēng)切變是離地面600m以下，風(fēng)矢量或其分量沿垂直方向或某一水平方向的變化[1]。國(guó)際民航組織(International Civil Aviation Organization，ICAO)規(guī)定風(fēng)切變因子是空間中相隔30m兩點(diǎn)之間的風(fēng)矢量差，單位為s-1。根據(jù)風(fēng)切變因子可將風(fēng)切變強(qiáng)度分為輕微、中度、重度、嚴(yán)重4個(gè)等級(jí)[1]。低空風(fēng)切變具有空間尺度小、破壞性強(qiáng)、生命史短等特點(diǎn)，常常由雷暴的強(qiáng)下沉氣流、下?lián)舯┝?、陣風(fēng)鋒等中小尺度天氣系統(tǒng)產(chǎn)生[2]，一直以來都是監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)預(yù)警的難點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)分析表明，大部分飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)起降時(shí)發(fā)生的事故都是由低空風(fēng)切變?cè)斐傻腫3-4]。因此，應(yīng)對(duì)低空風(fēng)切變的正確對(duì)策是在航線上提前發(fā)現(xiàn)并實(shí)施有效規(guī)避[5]。

自1976年ICAO將低空風(fēng)切變作為重點(diǎn)研究以來，越來越多的學(xué)者關(guān)注風(fēng)切變的監(jiān)測(cè)、成因、識(shí)別及預(yù)警。目前認(rèn)識(shí)到的風(fēng)切變成因有雷暴及出流、鋒面、海陸風(fēng)、低空急流、低層逆溫、飛機(jī)尾渦流、地形環(huán)境等[6]。為更好地對(duì)低空風(fēng)切變進(jìn)行預(yù)警，國(guó)內(nèi)外開展了一系列的風(fēng)切變識(shí)別算法研究，目前已有基于徑向和切向的組合梯度法[7-8]、基于人工智能法[9]、最小二乘法與其改進(jìn)法[10-12]和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等識(shí)別方法[13]。這些算法所運(yùn)用的風(fēng)探測(cè)資料不同，精度不同，因而識(shí)別效果也有所不同。

傳統(tǒng)的風(fēng)切變探測(cè)手段有多普勒天氣雷達(dá)、L波段探空系統(tǒng)、多普勒聲雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)和鐵塔等。多普勒天氣雷達(dá)接收云滴和雨滴等氣象目標(biāo)物的后向散射，從一系列回波振幅和相位中提取平均徑向速度，從而計(jì)算風(fēng)切變，在降雨時(shí)對(duì)風(fēng)切變信息有較好的測(cè)量，但空間分辨隨距離增加而降低，并常受地雜波的影響。L波段探空系統(tǒng)，通過追蹤氣球上升過程中的仰角、方位角、斜距或高度來獲取不同高度上的風(fēng)向風(fēng)速，測(cè)風(fēng)精度高，垂直觀測(cè)高度從地面直達(dá)30km高空，但探空每日只有兩次觀測(cè)。多普勒聲雷達(dá)利用湍流中大氣折射率不均勻分布的特性，測(cè)量回波信號(hào)在頻域的多普勒頻移[14]，垂直觀測(cè)范圍為幾十米直至1km，具有測(cè)風(fēng)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但只能獲取雷達(dá)上方區(qū)域風(fēng)場(chǎng)，且在近地面幾十米高度內(nèi)風(fēng)場(chǎng)測(cè)量能力不足[15]。風(fēng)廓線雷達(dá)主要利用大氣湍流對(duì)電磁波的散射作用，對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)等物理量進(jìn)行探測(cè)[16]，不僅能獲得高時(shí)空分辨率的水平風(fēng)場(chǎng)，還能獲得垂直速度，其缺點(diǎn)與聲雷達(dá)相似，且易受降水的干擾[15]。氣象觀測(cè)鐵塔可以直接搭載風(fēng)杯來觀測(cè)風(fēng)，但其垂直觀測(cè)高度僅幾百米，且對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行安全有影響，故它和L波段探空數(shù)據(jù)常作為標(biāo)準(zhǔn)值來校對(duì)其它遙感設(shè)備的風(fēng)場(chǎng)資料。

近年來，多普勒激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)作為風(fēng)切變探測(cè)的新型設(shè)備，具有空間掃描方式靈活、高時(shí)空分辨率、不受地物雜波干擾、不干擾正常的導(dǎo)航通信等優(yōu)點(diǎn)，在晴空風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中發(fā)揮著越來越重要的作用[14,17-19]。例如，香港機(jī)場(chǎng)自引進(jìn)多普勒激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)后，低空風(fēng)切變的探測(cè)概率由50%上升至95%左右。本文中聯(lián)合激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、多普勒天氣雷達(dá)3種雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，對(duì)西寧曹家堡機(jī)場(chǎng)一次微下?lián)舯┝饕l(fā)的低空風(fēng)切變進(jìn)行分析，首先介紹此次多普勒天氣雷觀測(cè)與不足，其次分析風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)下沉氣流與切變特征，最后利用激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)研究微下?lián)舯┝鞯木?xì)結(jié)構(gòu)以及低空風(fēng)切變的形成機(jī)理，以求為風(fēng)切變預(yù)警和飛行安全提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和設(shè)備

機(jī)場(chǎng)跑道旁的自動(dòng)氣象觀測(cè)0.5min或1.0min時(shí)間間隔氣象要素、3-D激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)資料、邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)資料以及西寧C波段多普勒天氣雷達(dá)資料。機(jī)場(chǎng)位于西寧天氣雷達(dá)東偏南方向，距離24km左右，其它儀器分布如圖1所示。

Fig.1 The distribution diagram of observation instruments at Xining Airport

本文中3-D激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)由成都西南技術(shù)物理研究所研制，采用脈沖激光相干探測(cè)體制及全光纖相干光路結(jié)構(gòu)[19]，以穩(wěn)頻脈沖激光作為照射光源，以大氣中直徑為0.1μm～100μm大小的氣溶膠粒子作為探測(cè)目標(biāo)，通過接收大氣中隨風(fēng)飄移氣溶膠顆粒的散射回波信號(hào)并與雷達(dá)本振光進(jìn)行相干混頻獲取多普勒頻移，并通過對(duì)中頻信號(hào)的數(shù)字鑒頻技術(shù)來獲得激光束視線方向的徑向風(fēng)矢量[20]。該雷達(dá)具有靈敏度高、工作模式多樣、可靠性高、功耗低、體積小、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，其發(fā)射激光波長(zhǎng)為1.55μm，整機(jī)平均電功率約200W，最大探測(cè)距離可達(dá)10km，風(fēng)速可測(cè)范圍為-60m·s-1～60m·s-1，空間和時(shí)間分辨率分別為30m和2s。工作模式具有多普勒光束擺動(dòng)(Doppler beam swinging,DBS)、平面位置指示(plane position indicator,PPI)、量程高度指示(range height indicator,RHI)及下滑道(glide path,GP)等多種復(fù)合掃描方式。原始數(shù)據(jù)包括徑向風(fēng)速、頻譜數(shù)據(jù)、回波信噪比、回波譜強(qiáng)度等；產(chǎn)品數(shù)據(jù)包含風(fēng)廓線(風(fēng)速風(fēng)向、垂直氣流)；PPI/RHI/CAPPI徑向風(fēng)場(chǎng)分布圖、跑道縱風(fēng)和側(cè)風(fēng)及切變等。其中CA(constant altitude)表示等高。雷達(dá)主要性能參量如表1所示。

Table 1 Main technical parameters of 3-D wind lidar

2 實(shí)況分析

2.1 飛機(jī)復(fù)飛情況

根據(jù)西寧曹家堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)航空器空中報(bào)告，2018-04-26T13:28左右(北京時(shí)間，下同)，川航8821客機(jī)在11號(hào)跑道入口約15.24m高度觸發(fā)風(fēng)切變警告，導(dǎo)致飛機(jī)復(fù)飛。

2.2 機(jī)場(chǎng)地面自動(dòng)站實(shí)況

復(fù)飛前后， 11號(hào)跑道人工觀測(cè)表明，天空為3個(gè)量積雨云，云底高900m左右。圖2為13:24～13:36西寧機(jī)場(chǎng)11號(hào)、29號(hào)跑道間隔30s的風(fēng)速風(fēng)向時(shí)序圖。其中點(diǎn)虛線為復(fù)飛時(shí)刻。如圖2a所示，11號(hào)跑道，復(fù)飛前以西南風(fēng)為主，風(fēng)速4m/s～6m/s；觸發(fā)風(fēng)切變時(shí)，30s內(nèi)風(fēng)向突變52°，風(fēng)速增大3m/s；復(fù)飛時(shí)以偏西風(fēng)為主，最大風(fēng)速10.5m/s，最大最小風(fēng)速差為8.3m/s，表明近地面存在顯著風(fēng)切變。11號(hào)跑道(見圖2c)在復(fù)飛時(shí)氣壓略有波動(dòng)；5min氣溫下降0.6℃，并在13:36后氣溫開始回升。如圖2b所示，29號(hào)跑道，復(fù)飛前后風(fēng)向以西南風(fēng)為主，間斷出現(xiàn)偏南風(fēng)，風(fēng)速差最大為2.8m/s，無顯著風(fēng)切變存在。對(duì)比11號(hào)和29號(hào)跑道風(fēng)向風(fēng)速特征，氣溫變化特征，并結(jié)合機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)度可知，小尺度風(fēng)切變?cè)斐闪舜舜螐?fù)飛。

3 天氣雷達(dá)分析結(jié)果

西寧多普勒天氣雷達(dá)資料監(jiān)測(cè)表明，13:00～14:00機(jī)場(chǎng)以北有降水云系自東偏北方向向西偏南方向移動(dòng)。機(jī)場(chǎng)上空，13:24雷達(dá)回波為10dBZ～20dBZ(Z為反射率因子)，13:30最大反射率因子增至33dBZ(見圖3a)，對(duì)流單體的水平尺度為600m，回波頂高為5km，13:37機(jī)場(chǎng)上空最大反射率因子降低至28dBZ。13:30 PPI圖上，0.5°～1.5°仰角反射率因子圖上機(jī)場(chǎng)上空并無大于-5dBZ的回波存在(圖略)，同樣在0.5°徑向速度圖上也無回波信號(hào)(見圖3b)，結(jié)合當(dāng)時(shí)人工觀測(cè)云底位于900m左右，此次風(fēng)切變事件可能是云體前部下沉氣流引起，但天氣雷達(dá)無法獲取下沉氣流的相關(guān)信息。綜合切變產(chǎn)品(見圖3c)表明機(jī)場(chǎng)附近風(fēng)切變值高達(dá)到1.0×10-2s-1～1.50×10-2s-1，但離機(jī)場(chǎng)跑道仍有一定的距離，僅能作為風(fēng)切變的一種警示。低仰角無云雨回波信號(hào)表明低空為晴空大氣，為激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)提供了客觀條件。圖中,CR(composite reflectivity)表示組合反射率因子，v表示平均徑向速度，CS(combined shear)表示組合切變。

Fig.2 Meteorological element charts of Xining Airport on 2018-04- 26

Fig.3 Product charts of Xining Doppler weather radar at 2018-04-26T13:30

4 水平風(fēng)廓線和垂直氣流特征

由于低空風(fēng)切變位于11號(hào)跑道入口處，故選用11號(hào)跑道附近的風(fēng)廓線雷達(dá)資料進(jìn)行分析。圖4a為12:40～14:00水平風(fēng)垂直廓線時(shí)序圖。此間風(fēng)向風(fēng)速的突變和不連續(xù)主要位于近地面1km以下，為典型的低空風(fēng)切變。對(duì)流系統(tǒng)影響前12:40～13:12，2.5km高度以下以偏東風(fēng)為主，僅在近地面出現(xiàn)短暫的西風(fēng)或西南風(fēng)，2.0km～3.5km風(fēng)向隨高逆轉(zhuǎn)表明該區(qū)域有冷平流侵入。13:16～13:24受對(duì)流系統(tǒng)影響，亂流現(xiàn)象十分明顯，導(dǎo)致2.0km～3.5km和0.75km以下水平風(fēng)數(shù)據(jù)缺失。13:28復(fù)飛時(shí)，0.5km高度處瞬時(shí)風(fēng)速增至23.2m/s，表明有風(fēng)切變存在；隨后13:32，0.5km附近西南風(fēng)突變?yōu)槲鞅憋L(fēng)，0.225km處存在垂直風(fēng)切變。復(fù)飛后，近地面1.0km以下仍存在顯著風(fēng)切變和亂流現(xiàn)象，特別是13:40時(shí)，近地面0.125km高度處觀測(cè)到水平風(fēng)為41.9m/s，對(duì)飛行安全仍存在很大威脅。經(jīng)過兩個(gè)時(shí)次的數(shù)據(jù)缺失后13:52近地面的風(fēng)速明顯減小，風(fēng)向垂直切變減弱，表明對(duì)流系統(tǒng)在11號(hào)跑道影響趨于結(jié)束。

Fig.4 The profile charts of horizontal wind and vertical wind obtained by the wind profiler radar during 2018-04-26T12:40～14:00

垂直風(fēng)速時(shí)序圖如圖4b所示，12:40～13:12對(duì)流系統(tǒng)影響以前，2.0km以下由弱下沉氣流轉(zhuǎn)為上升氣流為主；2.0km以上為下沉氣流，并隨時(shí)間推移不斷向下傳播1.5km處，結(jié)合水平風(fēng)風(fēng)向變化，可知這支下沉氣流為干冷空氣。較暖的上升氣流和干冷空氣在1.5km高度附近交匯，為對(duì)流系統(tǒng)維持或發(fā)展提供了動(dòng)力條件。13:24時(shí)，1.5km高度附近轉(zhuǎn)為下沉氣流，0.5km～1.0km的下沉氣流速度也有所增大，表明下沉氣流在持續(xù)下傳并加速。復(fù)飛時(shí)，3.0km以下均為下沉氣流，且最大下沉速度為3.7m/s。13:32～13:40下沉氣流維持，最大下沉速度在近地面增至7.6m/s，根據(jù)氣體連續(xù)方程，強(qiáng)烈的下沉氣流將在近地面形成冷空氣堆積，并向外流出，從而形成風(fēng)切變，這也與飛機(jī)復(fù)飛時(shí)刻相吻合。

綜上所述，干冷空氣侵入后，空氣在2.0km處附近加速下沉，強(qiáng)下沉氣流到達(dá)近地面并向外流形成低空風(fēng)切變。通過水平風(fēng)廓線上的風(fēng)向突變能分析出對(duì)流系統(tǒng)影響機(jī)場(chǎng)的時(shí)間，但遺憾的是對(duì)造成此次復(fù)飛的超低空風(fēng)切變體現(xiàn)不足，所觀測(cè)到的風(fēng)速也偏小。此次風(fēng)切變中，0.5km～2.0km高度處上升氣流迅速轉(zhuǎn)為強(qiáng)度相當(dāng)?shù)南鲁翚饬鬏^近地面低空風(fēng)切變的發(fā)生時(shí)間早4min左右。從下沉氣流強(qiáng)度和高度來判斷，對(duì)飛機(jī)飛行安全影響較大時(shí)段為13:28～13:40。

5 風(fēng)切變的細(xì)致結(jié)構(gòu)和成因分析

5.1 徑向速度和風(fēng)矢量特征

首先分析風(fēng)切變?cè)趶较蛩俣葓?chǎng)上的特征，如圖5中的填色圖所示。從時(shí)間演變上來看，在11號(hào)跑道延長(zhǎng)線上的方框右下部，即激光雷達(dá)正西方向距離1000m附近，徑向速度圖上有突變。在13:29前后(見圖5b)，該處表現(xiàn)為沿徑向方向的顯著輻散速度對(duì)，在1km范圍內(nèi)徑向速度從-8m/s快速轉(zhuǎn)變?yōu)?m/s，該輻散速度對(duì)在13:31前后(見圖5c)強(qiáng)度維持并略有加強(qiáng)。13:33前后(見圖5d)徑向速度上的大值區(qū)(±8m/s)分別向11號(hào)跑道延長(zhǎng)線和11號(hào)跑道移動(dòng)，隨時(shí)間推移，位于延長(zhǎng)線方向的大值區(qū)減弱消失，而跑道上的大值區(qū)維持。

Fig.5 PPI scanning charts of 3-D wind lidar on 2018-04-26 (the radial wind is represented by the color map, the wind vector is represented by the arrow)

激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)反演的風(fēng)場(chǎng)信息如圖5中矢量箭頭所示，在13:27前后(見圖5a)風(fēng)矢量為正南北向?yàn)橹?，?duì)應(yīng)最大風(fēng)切變值為0.066s-1，為輕度風(fēng)切變(根據(jù)ICAO規(guī)定)。13:29前后(見圖5b)，在標(biāo)記為G的附近，風(fēng)矢量指向四周，即下沉氣流到達(dá)近地面向四周形成輻散，最大風(fēng)切變值增大為0.084s-1，為中等風(fēng)切變。下沉氣流的繼續(xù)維持，使圖5c中的最大風(fēng)切變值繼續(xù)增大，為0.091s-1，風(fēng)矢量的輻散中心較上一個(gè)時(shí)次向右下方移動(dòng)了200m左右。同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)，在11號(hào)跑道上(標(biāo)記為A)的風(fēng)矢量已從上一個(gè)時(shí)次(見圖5b)的偏南風(fēng)矢量轉(zhuǎn)為西南風(fēng)矢量，根據(jù)雷達(dá)掃描距離圈測(cè)定，風(fēng)矢量的轉(zhuǎn)變區(qū)達(dá)到1km，即在96s(一個(gè)扇形PPI)內(nèi)輻散氣流向四周擴(kuò)散了1km；而在11號(hào)跑道的延長(zhǎng)線上B區(qū)域，風(fēng)矢量較上一個(gè)時(shí)刻變化甚小，考慮雷達(dá)波束隨距離增大而變高的特點(diǎn)，推測(cè)可能是下沉在地面形成的輻散氣流十分淺薄，這與FUJITA[21]提出的下?lián)舯┝鞯?維結(jié)構(gòu)相一致。如圖5d所示，13:33前后風(fēng)矢量的輻散中心回撤到圖5b中相近的位置，四周的輻散風(fēng)矢量有所減小，該區(qū)域內(nèi)的最大風(fēng)切變值也降至0.064s-1，故此時(shí)下沉氣流強(qiáng)度正在減弱，配合天氣雷達(dá)在機(jī)場(chǎng)上空沒有觀測(cè)到強(qiáng)對(duì)流單體，可以預(yù)測(cè)風(fēng)切變將會(huì)繼續(xù)減弱，對(duì)飛機(jī)著陸安全的威脅也將減小。事實(shí)亦如此，如圖5e、圖5f所示，最大風(fēng)切變值降低到0.058s-1，再到0.056s-1，水平風(fēng)風(fēng)向風(fēng)速也與13:32～13:36風(fēng)廓線雷達(dá)所測(cè)基本一致(見圖4a)。根據(jù)輻散氣流和環(huán)境風(fēng)的過渡邊界線，對(duì)比圖5b～圖5d可知，此次強(qiáng)下沉氣流在近地面形成的輻散氣流水平尺度在3km左右。

5.2 雷暴高壓

圖6a中11號(hào)跑道入口延長(zhǎng)線方向上為較一致的南風(fēng)，此時(shí)無對(duì)流系統(tǒng)影響，故南風(fēng)代表此時(shí)大氣風(fēng)場(chǎng)，此時(shí)距離11號(hào)跑道入口50m高度(圖中標(biāo)記為A的附近)處南風(fēng)風(fēng)速最大為13.0m/s。13:29前后，如圖6b所示，在A、B區(qū)域之間有風(fēng)場(chǎng)呈反氣旋(順時(shí)針)旋轉(zhuǎn)，5min氣溫下降0.6℃(見第2.2節(jié))，結(jié)合風(fēng)矢量場(chǎng)上的輻散特征，表明此處有雷暴高壓存在(圖中標(biāo)記為G)。對(duì)比圖6a、圖6b可知，B處附近風(fēng)速明顯減小，且B處南側(cè)環(huán)境風(fēng)為東南風(fēng)，而A處附近風(fēng)速顯著增大，大風(fēng)速區(qū)在跑道入口形成風(fēng)切變，切變強(qiáng)度增強(qiáng)至中等強(qiáng)度，促使飛機(jī)復(fù)飛。A,B兩區(qū)域的風(fēng)速變化概念圖如圖6c所示，A處的風(fēng)是雷暴高壓中輻散風(fēng)和環(huán)境風(fēng)的同相疊加，故風(fēng)速增大，對(duì)應(yīng)時(shí)刻在地面50m高度處觀測(cè)到18.0m/s的災(zāi)害性大風(fēng)；而B處雷暴高壓輻散風(fēng)抵消了部分環(huán)境風(fēng)，則離雷暴高壓越近，實(shí)際風(fēng)風(fēng)速變得越小。到13:31前后(見圖6d)，雷暴高壓較圖6b略有南移，水平尺度不變，由于持續(xù)的下沉氣流向外輻散在B區(qū)的南側(cè)形成了輻合線甚至是對(duì)頭風(fēng)；A處對(duì)應(yīng)的風(fēng)向基本不變，但最大風(fēng)速減小到了14.3m/s，因?yàn)榇藭r(shí)A處的風(fēng)以雷暴高壓向北側(cè)輻散氣流為主。雖然在11號(hào)跑道的延長(zhǎng)線上水平風(fēng)速有所減小，但強(qiáng)烈下沉氣流作用形成的風(fēng)切變從0.084m/s增加至0.091m/s，仍將對(duì)飛行安全形成威脅。13:33前后，雷暴高壓四周輻射環(huán)流維持(見圖5d)，但順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征明顯減弱，且高壓中心的風(fēng)速也有所減小。而到13:35前后，在雷暴高壓南側(cè)，由于偏南風(fēng)和高壓輻散風(fēng)的輻合，弱風(fēng)速帶進(jìn)一步增大，同時(shí)雷暴高壓的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的風(fēng)場(chǎng)特征趨于消失。

Fig.6 Schematic diagram of wind vector composition the horizontal wind charts inversion by 3-D wind lidar (the location of thunderstorm high is denoted by the letter G)

綜上所述，微下?lián)舯┝髟诮孛娑逊e形成雷暴高壓，雷暴高壓中氣流向外輻散形成了風(fēng)切變。而造成此次復(fù)飛的直接原因是，雷暴高壓向外輻散氣流和環(huán)境風(fēng)相疊加而形成的強(qiáng)低空風(fēng)切變。下?lián)舯┝髟赑PI徑向速度場(chǎng)上表征為顯著的輻散速度對(duì)，1km范圍內(nèi)正負(fù)徑向速度差值達(dá)16m/s以上。激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)不僅能觀測(cè)到雷暴高壓的中心位置和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征，還能確高壓區(qū)域大小和強(qiáng)度變化，更重要的是能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤風(fēng)切變區(qū)，對(duì)飛行安全提供精細(xì)預(yù)警。風(fēng)廓線雷達(dá)能很好地捕捉強(qiáng)下沉氣流的時(shí)間和強(qiáng)度，但對(duì)強(qiáng)出流形成的低空風(fēng)切變影響區(qū)域及邊界無法獲悉，與飛行保障的高精細(xì)要求有一定差距，相比之下，激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)更具優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié) 論

通過對(duì)2018-04-26影響西寧曹家堡機(jī)場(chǎng)的一次較強(qiáng)低空風(fēng)切變過程的結(jié)構(gòu)細(xì)致分析，并探討其形成機(jī)理。

(1)西寧天氣雷達(dá)和機(jī)場(chǎng)人工觀測(cè)表明，復(fù)飛前后，積雨云位于機(jī)場(chǎng)附近，機(jī)場(chǎng)上空云量少，為激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)探測(cè)提供了條件。由于復(fù)飛高度極低，越多的近地面風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)飛行安全越有保障，故激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)PPI掃描模式獲取的高精度風(fēng)場(chǎng)信息尤為重要。

(2)2.0km以下的垂直氣流由上升氣流迅速轉(zhuǎn)為強(qiáng)下沉氣流，徑向速度圖上存在明顯的正負(fù)速度對(duì)，水平風(fēng)場(chǎng)上有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)特征和超過18.0m/s的水平風(fēng)存在，表明下?lián)舯┝魇窃斐纱舜蔚涂诊L(fēng)切變的主要原因。進(jìn)一步分析表明，雷暴高壓向外輻散氣流和環(huán)境風(fēng)相疊加是低空風(fēng)切變形成的直接原因。

(3)風(fēng)廓線雷達(dá)資料表明，冷空氣在2.0km高度附近加速下沉，在近地面形成強(qiáng)下沉氣流后，向外輻散而觸發(fā)低空風(fēng)切變。0.4km～2.0km高度處上升氣流迅速轉(zhuǎn)為下沉氣流的時(shí)刻，較低空風(fēng)切變發(fā)生有約4min的提前量。風(fēng)廓線雷達(dá)受對(duì)流系統(tǒng)或亂流的影響，反演數(shù)據(jù)缺失率較高，難以獲得更精細(xì)的低空風(fēng)切變結(jié)構(gòu)。

(4)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)表明，此次下?lián)舯┝餍纬傻妮椛饬魉匠叨仍?km左右，影響時(shí)間為8min左右，為微下?lián)舯┝?。從時(shí)間上講，此次微下?lián)舯┝鲗?duì)飛行威脅最大是產(chǎn)生初期，因?yàn)樽畲笏斤L(fēng)發(fā)生在下?lián)舯┝鞒跗?，最大風(fēng)切變緊隨最大水平風(fēng)產(chǎn)生。

(5)本次過程中飛機(jī)航線位于輻散氣流邊緣區(qū)，輻散氣流以垂直跑道延長(zhǎng)線為主，此種情況下增加快速的下滑道掃描方式對(duì)飛機(jī)飛行安全更為有利。