氣象多普勒天氣雷達(dá)保障中小型機(jī)場(chǎng)飛行安全可行性分析

(中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 四川 廣漢 618307)

引言

機(jī)場(chǎng)飛行安全由于受到氣象條件的影響較為嚴(yán)重，因此對(duì)機(jī)場(chǎng)附近的天氣情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以提供良好的保障。現(xiàn)階段我國(guó)使用的多普勒氣象天氣雷達(dá)種類及探測(cè)效果差距較小，所獲取的各種氣象信息種類基本一致。本文通過(guò)對(duì)多普勒雷達(dá)基本產(chǎn)品、二次產(chǎn)品和中小型機(jī)場(chǎng)采用氣象多普勒天氣雷達(dá)的條件以及實(shí)際案例分析，對(duì)中小型機(jī)場(chǎng)飛行安全的保障情況進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)起降、安全飛行的良好指導(dǎo)。

一、當(dāng)前我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)中使用的多普勒氣象雷達(dá)性能參數(shù)研究

通過(guò)對(duì)當(dāng)前我國(guó)氣象部門以及民航機(jī)場(chǎng)使用較多的多普勒氣象雷達(dá)種類、型號(hào)以及主要性能進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，由于近些年我國(guó)民用航班的班次不斷增多，因此民航部門使用的多普勒雷達(dá)在其S段的功率較大。最大峰值可以達(dá)到750千瓦，而普通氣象部門使用的多普勒氣象雷達(dá)的最大功率只有650千瓦。因此，民航部門采用的氣象多普勒雷達(dá)在這一方面的性能較好。但是，現(xiàn)階段在我國(guó)中小型機(jī)場(chǎng)中使用的雷達(dá)一般都是X波段，而我國(guó)氣象部門一般都是使用C波段和S波段，氣象部門可以在較大范圍內(nèi)獲取精度較高的氣象信息。因此，在中小型機(jī)場(chǎng)中使用多普勒雷達(dá)在理論性能上是完全可以滿足需要的。

二、現(xiàn)階段我國(guó)氣象、民航部門使用的多普勒氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)處理情況分析

現(xiàn)階段我國(guó)氣象、民航部門使用的氣象多普勒雷達(dá)均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回波強(qiáng)度、徑向速度以及譜寬等數(shù)據(jù)的獲取。現(xiàn)階段在我國(guó)氣象部門和民航部門通過(guò)使用多普勒雷達(dá)可以獲得的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品如下：

表1 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品列表

(一)通過(guò)氣象多普勒雷達(dá)獲取到的基本數(shù)據(jù)種類

現(xiàn)階段通過(guò)多普勒天氣雷達(dá)主要獲取以下基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)：強(qiáng)度(反射率因子)、徑向速度和譜寬。

反射率因子(PPI)：由多普勒雷達(dá)采樣體積重降水粒子的數(shù)量和尺寸決定的，用于表征降水目標(biāo)回波強(qiáng)度，強(qiáng)度越強(qiáng)，粒子越多，則預(yù)示降水越強(qiáng)，天氣越惡劣。基本反射率因子產(chǎn)品可用來(lái)探測(cè)降水的強(qiáng)度、移動(dòng)與發(fā)展趨勢(shì)；識(shí)別顯著的強(qiáng)風(fēng)暴結(jié)構(gòu)特征，如鉤狀回波、指狀回波等；可識(shí)別冷鋒、風(fēng)暴外流邊界、輕微降水等。

徑向速度：表示整個(gè)360°方位掃描的徑向速度數(shù)據(jù)，在采樣的每個(gè)仰角都可得到。以極坐標(biāo)的形式顯示。產(chǎn)品用顏色來(lái)描述風(fēng)的徑向分量。徑向速度圖可幫助預(yù)估風(fēng)速和風(fēng)向；可識(shí)別各層冷暖平流與中低空急流；識(shí)別風(fēng)場(chǎng)氣旋與反氣旋、近地面層的輻合與輻散等。

譜寬：譜寬表示360°方位掃描的譜寬數(shù)據(jù)，每個(gè)采樣仰角都可以得到(同一個(gè)距離單元速度方差)。以極坐標(biāo)的形式顯示。可提供由于風(fēng)切變、湍流和速度樣本質(zhì)量引起的徑向速度變化的觀測(cè)，也可用來(lái)邊界位置、估計(jì)湍流大小及檢查徑向速度是否可靠，也可用于確定氣旋及龍卷的位置。

(二)通過(guò)氣象多普勒雷達(dá)獲取到的二次產(chǎn)品和物理量

通過(guò)使用氣象多普勒雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)以下幾種二次產(chǎn)品和物理量的獲取：等高平面位置顯示(CAPPI)、距離高度產(chǎn)品(RHI)、反射率垂直剖面(RCS)、回波頂高(ET)、組合反射率產(chǎn)品(CR)、垂直累計(jì)液態(tài)降水量(VIL)、強(qiáng)天氣概率(SWP)、速度方位顯示(VAD)、速度方位顯示垂直風(fēng)廓線(VWP)、組合切變(CS)等。一般在實(shí)際工作中，較為常用的產(chǎn)品為CAPPI、RHI、ET。

等高平面位置顯示(CAPPI):按照用戶設(shè)置的高度，應(yīng)用測(cè)高公式，選取臨近該高度平面上的上下兩個(gè)仰角相應(yīng)雷達(dá)測(cè)距上的數(shù)據(jù)，然后用內(nèi)插方法得到該高度上的數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢(shì)在于，分布圖像高度相等，可以較方便地分析某水平高度上的水平分布，一般僅對(duì)回波強(qiáng)度、速度譜寬制作該產(chǎn)品，在使用中，對(duì)于某飛行高度的天氣情況能夠更直觀、快速地進(jìn)行了解和掌握。

距離高度產(chǎn)品(RHI)：該產(chǎn)品是在雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)沿某一條水平基線的垂直面上的反射率分布。可以用來(lái)細(xì)致考察雷暴體的結(jié)構(gòu)特征，識(shí)別強(qiáng)回波中心的高度，垂直回波，回波穹隆，零度層亮帶等，作為對(duì)雷暴演變趨勢(shì)、有無(wú)冰雹、雷雨大風(fēng)等的預(yù)報(bào)依據(jù)。

回波頂高(ET)：應(yīng)用體掃數(shù)據(jù)，選擇回波閾值，根據(jù)測(cè)高公式，在以某一定的底面積的垂直柱體中，自上而下地搜索選定閾值所在高度，若該回波強(qiáng)度閾值在上下兩個(gè)仰角的徑向線之間，則用插值方法確定閾值所在高度，得到的回波頂分布圖像即為ET。回波頂高以平均海平面為參考，但不是絕對(duì)的回波頂高度。可通過(guò)其對(duì)最高頂?shù)亩ㄎ粊?lái)識(shí)別較有意義的風(fēng)暴，還能通過(guò)識(shí)別的回波頂高，確定飛行高度和制定飛行計(jì)劃。

三、中小型機(jī)場(chǎng)采用氣象多普勒天氣雷達(dá)的條件以及實(shí)際案例分析

(一)中小型機(jī)場(chǎng)采用的多普勒氣象雷達(dá)條件

在中小型機(jī)場(chǎng)采用氣象多普勒雷達(dá)首先要依據(jù)機(jī)場(chǎng)的精控要求進(jìn)行，同時(shí)要考慮到飛機(jī)在起飛降落過(guò)程中所需的時(shí)間和距離。要保證飛機(jī)起降過(guò)程中能夠在氣象雷達(dá)的偵測(cè)單位之內(nèi)。同時(shí)機(jī)場(chǎng)和雷達(dá)站之間的距離盡可能的減小，一般要處于以機(jī)場(chǎng)為圓心，50千米為半徑的面積內(nèi)，最好不超過(guò)200千米。

(二)氣象多普勒雷達(dá)獲取到的數(shù)據(jù)信息傳輸所需條件介紹

多普勒雷達(dá)掃描獲得的氣象信息數(shù)據(jù)在進(jìn)行傳輸過(guò)程中同樣需要一些條件。例如在傳輸原始數(shù)據(jù)過(guò)程中，要依據(jù)不同的掃描模式掃取的文件大小要控制在13-22Mbyte，傳輸速度為22Mbyte，每隔五分鐘傳輸一次。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，采用的網(wǎng)絡(luò)速度要在1M以上。在繼續(xù)傳輸過(guò)程中考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬可能被一些其他情況占用，因此要盡可能的采用大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，保證傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量。例如在甘肅臨夏，雷達(dá)距離機(jī)場(chǎng)大約為21千米，通過(guò)20M的寬帶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸即可保證傳輸?shù)姆€(wěn)定。

(三)實(shí)際使用情況分析

現(xiàn)階段在我國(guó)氣象部門使用多普勒氣象雷達(dá)終端一般為自行購(gòu)買或者直接由賣方提供，可以實(shí)時(shí)顯示掃描回波，內(nèi)容包括有強(qiáng)度、速度以及譜寬等。同時(shí)在終端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的良好保存。除此之外，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種掃描圖的生成和顯示。通過(guò)這些方法可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)上空各種氣象信息的搜集獲取。同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以有效的對(duì)未來(lái)天氣進(jìn)行預(yù)測(cè)，充分滿足中小型機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降安全的各項(xiàng)需求。且因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)氣象預(yù)報(bào)員執(zhí)照考試也包含雷達(dá)知識(shí)，氣象保障人員對(duì)雷達(dá)的熟悉度較高，上手容易，現(xiàn)階段在我國(guó)已有較多中小型機(jī)場(chǎng)在使用多普勒雷達(dá)，航班量較大的機(jī)場(chǎng)均有雷達(dá)，中小型機(jī)場(chǎng)飛行安全的保障取得了良好的效果。因此，在中小型機(jī)場(chǎng)中使用多普勒氣象雷達(dá)可以有效的保障機(jī)場(chǎng)飛行安全。

四、總結(jié)

近幾年，通航機(jī)場(chǎng)的大量建造，飛行安全保障壓力更大，本文通過(guò)對(duì)氣象多普勒天氣雷達(dá)在中小型機(jī)場(chǎng)飛行安全保障中的使用情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)氣象及民航部門使用的多普勒雷達(dá)產(chǎn)品可探測(cè)降水強(qiáng)度及高度、高空風(fēng)場(chǎng)、湍流、雷暴、冷鋒、低空急流、冷暖平流、大風(fēng)、冰雹等對(duì)飛行有影響的惡劣天氣，已經(jīng)可以充分滿足中小型機(jī)場(chǎng)飛行安全的需求，對(duì)于保障機(jī)場(chǎng)飛行安全、提升航班量有重要作用，是中小機(jī)場(chǎng)的必需設(shè)備之一。