探析多普勒天氣雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的應(yīng)用

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使眾多先進(jìn)的民用飛行器技術(shù)與新型設(shè)備在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為民用航空事業(yè)的快速發(fā)展起到了極大程度的推動(dòng)作用。然而，隨著民航業(yè)的快速成熟與發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)性與安全性日益引起高度關(guān)注。天氣因素作為嚴(yán)重影響航空安全飛行的一項(xiàng)重要因素，惡劣天氣現(xiàn)象不僅會(huì)對(duì)民用航空器的安全性構(gòu)成一定程度的威脅，還會(huì)嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)性。由此可見，做好航空氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)工作尤為重要?；诖?，本文簡述了航空氣象服務(wù)工作及多普勒雷達(dá)探測技術(shù)，并重點(diǎn)探討了多普勒天氣雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：多普勒;天氣雷達(dá);航空氣象服務(wù);應(yīng)用

引言

近些年來，天氣對(duì)航空安全飛行的影響日益嚴(yán)峻。特別是隨著全球加劇變暖，各地區(qū)氣象災(zāi)害發(fā)生頻率居高不下，由此對(duì)航空飛行的影響越來越不容忽視。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由不利氣象條件引發(fā)的航空安全事故占到事故總數(shù)的30%左右。因此可見，時(shí)刻掌握飛機(jī)飛行過程中的氣象狀況尤為重要。而多普勒天氣雷達(dá)作為有效監(jiān)測航空天氣現(xiàn)象的一種先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)手段，既能夠準(zhǔn)確測量飛行器的運(yùn)行軌跡，還能夠詳細(xì)測量大風(fēng)、降雨等能力，不僅保障了民用航空系統(tǒng)氣象預(yù)報(bào)與測控能力，還在保障民航客機(jī)的安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。因此，探析多普勒天氣雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1航空氣象服務(wù)概述

航空氣象服務(wù)指的是使用航空氣象技術(shù)對(duì)航空氣象服務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行探測、處理與分發(fā)等一系列過程。氣象條件往往會(huì)對(duì)飛機(jī)的起飛、降落、航行等各種活動(dòng)產(chǎn)生一定程度的影響。另外，飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造也與氣象條件存在著一定的關(guān)聯(lián)。做好航空氣象服務(wù)工作能夠?qū)崿F(xiàn)航空運(yùn)輸及運(yùn)營調(diào)度效率與安全性的顯著提升。因此，航空氣象服務(wù)應(yīng)當(dāng)積極采取有效措施不斷改進(jìn)與完善航空氣象服務(wù)質(zhì)量控制與管理體系，同時(shí)還要有效提升航空氣象探測、預(yù)警預(yù)報(bào)能力、氣象情報(bào)傳遞能力、產(chǎn)品研發(fā)能力等，不僅能夠使航空運(yùn)輸安全及航空運(yùn)營調(diào)度與氣象服務(wù)日益增長的需求相適應(yīng)，還能為航空事業(yè)的快速、健康發(fā)展起到一定程度的推動(dòng)作用。

2多普勒雷達(dá)探測技術(shù)分析

2.1降水回波當(dāng)中的多普勒頻率信息

降水是航空氣象服務(wù)當(dāng)中最重要且最為常見的數(shù)據(jù)。就以往常規(guī)的數(shù)字化雷達(dá)而言，僅僅只能夠通過雷達(dá)回波強(qiáng)度粗略判斷該區(qū)域內(nèi)的降水強(qiáng)度、降水分布及其垂直結(jié)構(gòu)等。而多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用，能夠更加深入且詳細(xì)地判斷降水回波頻率與發(fā)射頻率之間的變化信息，其中包括降水強(qiáng)度、氣流速度等，之后再以多普勒定律為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行判斷。通常情況下，觀測工作人員未能與波源之間的實(shí)際運(yùn)行頻率保持一致，進(jìn)而導(dǎo)致頻率差異和觀測工作者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出一定的正比例關(guān)系。多普勒天氣雷達(dá)能夠以水粒子回波頻率與發(fā)射頻率之間的差異性為依據(jù)，進(jìn)而得出降水粒子的速度與方向，經(jīng)過持續(xù)長時(shí)間的監(jiān)測最終得出降水量走勢，并客觀認(rèn)識(shí)降水強(qiáng)度、分布及其變化。除此之外，還可以使用多普勒雷達(dá)預(yù)測這一區(qū)域內(nèi)的氣流方向、強(qiáng)度及其變化趨勢。

2.2多普勒雷達(dá)的運(yùn)行機(jī)制

多普勒雷達(dá)與以往傳統(tǒng)的雷達(dá)相比，其主要區(qū)別在于前者能夠準(zhǔn)確區(qū)別出信號(hào)回波的微弱變化，同時(shí)這一相對(duì)于發(fā)射頻率的微弱變化正是多普勒雷達(dá)特殊氣象監(jiān)測的重要功能。多普勒雷達(dá)為實(shí)現(xiàn)其氣象監(jiān)測功能，往往會(huì)采取保持工作頻率與初相位不變，或?qū)⒐ぷ黝l率鎖定等方式。通常情況下，航空氣象服務(wù)領(lǐng)域使用的多普勒雷達(dá)主要包括自相干雷達(dá)與全相干多普勒雷達(dá)兩種。其中前者主要采用鎖相位技術(shù)，盡管其發(fā)出的高頻率脈沖的不穩(wěn)定性較強(qiáng)，但是該技術(shù)的應(yīng)用能夠動(dòng)態(tài)對(duì)比發(fā)射波與系統(tǒng)回波，并從中提取出顯示出的氣象信息;而全相干多普勒雷達(dá)主要采用晶體振蕩器發(fā)出的單頻脈沖波，其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，基本能夠與鎖定工作頻率的要求相符合，與回波之間進(jìn)行對(duì)比才能夠發(fā)現(xiàn)其中存在的細(xì)微差別。

3多普勒天氣雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的應(yīng)用

3.1零徑向速度

多普勒天氣雷達(dá)在民航氣象服務(wù)領(lǐng)域投入應(yīng)用以來，往往會(huì)出現(xiàn)某一點(diǎn)經(jīng)向速度為零的現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)這一現(xiàn)象也無法對(duì)航空飛行過程中的氣象條件進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，進(jìn)而嚴(yán)重干擾航空安全飛行，甚至還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)毀人亡的慘重空中安全事故。徑向速度為零通常包括以下兩種情況：一是當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向與雷達(dá)之間出現(xiàn)徑向垂直，進(jìn)而導(dǎo)致雷達(dá)無法對(duì)這一位置處的真實(shí)風(fēng)向進(jìn)行準(zhǔn)確判斷;二是這一位置處的風(fēng)向?yàn)榱?。因此，為確保航空安全飛行，一旦出現(xiàn)徑向速度為零的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)按照第一種情況進(jìn)行處理。此時(shí)應(yīng)當(dāng)首先分析這一位置處的風(fēng)向走勢圖。若此位置處的徑向速度也為零，則表明該位置處的風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng);若此位置處的徑向速度為負(fù)值，則該位置處的風(fēng)向?yàn)檎黠L(fēng)。

3.2多普勒鋒面速度圖

在航空氣象服務(wù)工作當(dāng)中，一旦出現(xiàn)鋒面現(xiàn)象極易導(dǎo)致天氣突然發(fā)生變化，進(jìn)而嚴(yán)重影響到航空正常飛行。因此，做好鋒面移動(dòng)速度的監(jiān)測工作非常重要。通常情況下，多普勒天氣雷達(dá)主要通過監(jiān)測鋒面兩側(cè)環(huán)境信息的變化來發(fā)現(xiàn)鋒面現(xiàn)象，當(dāng)形成鋒面現(xiàn)象時(shí)，以此為界限的兩邊的基本環(huán)境信息往往會(huì)存在著明顯差異，當(dāng)監(jiān)測到一個(gè)狹長地帶兩側(cè)的環(huán)境信息的差異明顯時(shí)即可判斷為鋒面現(xiàn)象，并確定環(huán)境因素發(fā)生明顯變化的區(qū)域即為鋒面。之后再以兩側(cè)環(huán)境因素的差值信息及鋒面運(yùn)行信息為依據(jù)，對(duì)冷暖鋒及其基本運(yùn)動(dòng)方向等進(jìn)行判斷。以鋒面現(xiàn)象的基本信息及氣象分析系統(tǒng)為依據(jù)基本能夠準(zhǔn)確判斷出天氣變化狀況及其出現(xiàn)的位置，并據(jù)此調(diào)整航班，使其盡可能遠(yuǎn)離危險(xiǎn)天氣區(qū)域。

3.3強(qiáng)對(duì)流天氣

一旦空氣中的不穩(wěn)定氣層得到抬升，將極易形成大風(fēng)、雷暴、冰雹、積冰等強(qiáng)對(duì)流天氣過程。強(qiáng)對(duì)流天氣過程發(fā)生時(shí)往往表現(xiàn)出電閃雷鳴、烏云密布。當(dāng)出現(xiàn)這一現(xiàn)象時(shí)，飛機(jī)一旦誤入強(qiáng)雷暴區(qū)，不僅會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)一定的故障問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)機(jī)毀人亡等慘重事故。使用多普勒天氣雷達(dá)能夠間歇地向空中發(fā)射電磁波，并使其以接近光速的速度在近于直線的路徑上進(jìn)行傳播，在這一過程中一旦遭遇目標(biāo)障礙物往往會(huì)發(fā)射回波信號(hào)。之后信號(hào)處理器會(huì)以信號(hào)回波的微弱頻率變化為依據(jù)對(duì)氣象目標(biāo)物的空間位置、移動(dòng)速度、運(yùn)行方向及軌跡等進(jìn)行推斷。

4結(jié)語

近些年來，航空飛行已經(jīng)成為人們長途旅行的一種首選方式。然而氣象因素作為嚴(yán)重影響航空正常、安全飛行的一種重要因素，越來越不容忽視。因此，使用多普勒天氣雷達(dá)準(zhǔn)確監(jiān)測飛機(jī)飛行過程中的天氣變化，做好航空氣象服務(wù)工作非常重要，對(duì)于保障航空正常、安全及穩(wěn)定運(yùn)行等具有重要意義。

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作者簡介：趙廣來（1964-）男，漢族，山東省龍口市人，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，從事航空氣象預(yù)報(bào)工作。