風廓線雷達在我國民用航空氣象領域中的研究與應用

錢一嘉

摘要：本文從理論上分析了風廓線雷達的工作方式和特點 ，闡述了風廓線雷達在我國民用航空氣象領域中實際的應用情況和未來發展趨勢。低空風切變是一種小尺度性質的天氣系統現象，最至關緊要的一點是不容易被觀測，這就對飛機運行狀態產生了重要影響，是飛機事故的一種安全隱患，所以國內外對這種氣象類型給予了高度重視。在多數機場中都有風廓線雷達的裝置，探測氣象要素的變化情況，保證飛機在飛行和著陸中的安全狀態。

關鍵詞：風廓線雷達；民用航空；航空氣象

前言：

風切變是民用航空氣象界的一個熱門話題，對飛機運行產生了一定威脅，當正在運行中的飛機遇到這種氣象條件，會不受控制，從而導致安全事故的發生，是引起空中事故不容忽視的隱形殺手。因此為了安全保障，要從根本上對風切變增加認識了解，加強對其現象的研究，降低造成的危害。風廓線雷達是一種新型氣象雷達，能夠對風切變等氣象要素以垂直探測模式進行監控。低空風切變的產生與大氣本身運動情況等因素有著重要關系，風廓線雷達的應用能夠探測到其存在，能夠獲取到相關數據信息，為規避這種氣象條件的不良影響創造了有利條件，大大保證了飛機運行的安全性。本文以風廓線雷達與低空風切變為研究對象，對風廓線雷達探測低空風切變的應用展開了論述。

一、民用航空氣象風廓線雷達與低空風切變概述

（一）風廓線雷達

風廓線是對風速的一種描述，是對風速與高度關系的描述，也就是分析當高度變化時風速如何隨著變化，為風速在大氣邊界層內的規律奠定了研究基礎。其調查方法是在小于1.5千米的地面高度基礎上測試出風速、風向，通過測試觀察風速、風向與高度的關系，并根據大氣穩定度進行分類，得出數學表達式[1]。

而風廓線雷達是描述風廓線，用來研究風速的一種遙感設備，還可以用來對天氣的監測。從不同方向高空發射電磁波束，電磁波受到大氣折射率的影響發生散射現象，雷達對電磁波束信息進行接收處理，形成大氣風場，收集有關大氣風場的信息，對高空風場做出進一步的探測，探測過程體現出自動化程度高與不受時間與空間限制的高.分辨率。按照不同的分類標準，風廓線雷達分為不同的種類，都對風速、空氣質量、天氣情況的監測有著重要的作用。

（二）低空風切變

低空風切變滿足高度低的特點，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生的切變現象。具體來說是在低空條件下在從水平或者垂直方向上風速矢量與分量發生的變化。其現象的發生與天氣環境有著很大關系，不同的天氣條件產生不同的切變現象，對飛機的飛行著陸具有重要影響。

風切變是針對空間而言，在空間兩點之間對風速、風速空間變化的反映。發生風切變主要是由大氣在運動中的變化，受到地理與環境的影響，又有大氣本身運動情況、地理與環境因素共同作用而引起的。

二、風廓線雷達在我國民航氣象領域中的應用

（一）風廓線雷達在我國民航氣象領域的應用現狀

在民用航空氣象從風隨時間連續的變化中，可以得到風向風速演變的信息，這是傳統測風方法不能做到的，利用這個特點我們可將其應用于風切變的判斷，這對短期天氣預報特別有用，更是航空領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廓線雷達的關鍵原因之一。到目前為止，民航系統內，除北京、上海、廣州、西安等幾大樞紐機場外，深圳、林芝、玉樹、九寨黃龍、昆明機場等幾家是建設使用較早的單位，從系統的整體運行狀況來說也比較穩定，能夠對民航空管氣象工作提供有效幫助。

（二）風廓線雷達在民用航空氣象低空風切變探測中的應用

2.2.1探測條件

在低空風切變探測中使用的是多普勒風廓線雷達，在對流層中對風場進行實時測量，垂直風廓線的探測高度為位于本機上空五十米到幾公里不等，探測高度依據雷達而定，垂直風廓線每隔幾分鐘都會得到提。時空分辨率、準確度與精確度在垂直高度條件下數值都會很高，不需太多的人力對其工作狀態進行監測，還能夠實現遠程監控，因此風廓線雷達在低空風切變探測中具有重要的應用價值。而且還有節約成本，生成風廓線分辨率更高，對尺度預報產生重大改變。對非短暫風切變的探測監視，風廓線雷達起到了重要作用[2]。

2.2.2測風原理

大氣折射率對電磁波有著重要影響，受到大氣折射率的影響，電磁波發生散射現象，雷達對返回的電磁波進行接收。對大氣散流的計算有特定的公式，大氣湍流活動尺度與高度呈正比例關系，探測高度與電磁波長度有著很大關系，對風廓線雷達的探測高度應根據高度選擇相應的電磁波長度。

通常向天空中發射光波的數量為5束，湍流回波被接收機接收，獲取到運動速度信息，以合成計算的方法得出四面八方的風速與風向。徑向速度的正方向為向天線運動的方向，風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的高度，不同雷達都有對分層高度監測的功能，結合空氣厚度的條件下測量出風速平均值，測得的數據情況使用氣象符號、矢量圖進行標注，為加以區分采用不同顏色加以區分。

2.2.3風廓線雷達在實際測風中的應用

風廓線雷達在晴朗天氣下對垂直陣風與微下沖氣流的觀測具有直接性，逐步實現低空風切變告警系統的三維觀測。單部風廓線有一定的局限性，在對低空風切變的監測中只是局限于監測上空風，如果想對上空區域垂直風場分布情況全面了解，就要增加風廓線雷達的數量，并對這些雷達裝置聯網。

結論：

通過上面的論述可知，本文主要從兩個方面對民用航空風廓線雷達探測低空風切變的應用展開了論述。風廓線雷達在不斷發展中，其技術越加成熟，發展成為用來探測低空風切變的一種重要設備，其探測精度高與高分辨率的優勢使得在探測風切變應用中具有廣泛性?，F在風廓線雷達已經實現了全天候，在無人值守的條件下進行探測，在未來相關技術的不斷發展完善條件下，風廓線雷達將會在民用航空氣象方面取得更大的進步。

參考文獻

[1]李錫山.風廓線雷達水平測速范圍與多普勒頻率檢測范圍的設計[D].首屆氣象儀器與觀測技術交流和研討會學術論文集，2001.

[2]駱文成.機載前視風切變氣象雷達信號處理技術研究[D].西北工業大學，2001.