氣象多普勒天氣雷達保障中小型機場飛行安全可行性分析

(中國民用航空飛行學院 四川 廣漢 618307)

引言

機場飛行安全由于受到氣象條件的影響較為嚴重，因此對機場附近的天氣情況進行監(jiān)測可以提供良好的保障?，F(xiàn)階段我國使用的多普勒氣象天氣雷達種類及探測效果差距較小，所獲取的各種氣象信息種類基本一致。本文通過對多普勒雷達基本產品、二次產品和中小型機場采用氣象多普勒天氣雷達的條件以及實際案例分析，對中小型機場飛行安全的保障情況進行研究，從而實現(xiàn)對飛機起降、安全飛行的良好指導。

一、當前我國民航機場中使用的多普勒氣象雷達性能參數(shù)研究

通過對當前我國氣象部門以及民航機場使用較多的多普勒氣象雷達種類、型號以及主要性能進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，由于近些年我國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在其S段的功率較大。最大峰值可以達到750千瓦，而普通氣象部門使用的多普勒氣象雷達的最大功率只有650千瓦。因此，民航部門采用的氣象多普勒雷達在這一方面的性能較好。但是，現(xiàn)階段在我國中小型機場中使用的雷達一般都是X波段，而我國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獲取精度較高的氣象信息。因此，在中小型機場中使用多普勒雷達在理論性能上是完全可以滿足需要的。

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

現(xiàn)階段我國氣象、民航部門使用的氣象多普勒雷達均能夠實現(xiàn)對回波強度、徑向速度以及譜寬等數(shù)據(jù)的獲取?，F(xiàn)階段在我國氣象部門和民航部門通過使用多普勒雷達可以獲得的數(shù)據(jù)和產品如下：

表1 多普勒雷達產品列表

(一)通過氣象多普勒雷達獲取到的基本數(shù)據(jù)種類

現(xiàn)階段通過多普勒天氣雷達主要獲取以下基本產品數(shù)據(jù)：強度(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，用于表征降水目標回波強度，強度越強，粒子越多，則預示降水越強，天氣越惡劣。基本反射率因子產品可用來探測降水的強度、移動與發(fā)展趨勢；識別顯著的強風暴結構特征，如鉤狀回波、指狀回波等；可識別冷鋒、風暴外流邊界、輕微降水等。

徑向速度：表示整個360°方位掃描的徑向速度數(shù)據(jù)，在采樣的每個仰角都可得到。以極坐標的形式顯示。產品用顏色來描述風的徑向分量。徑向速度圖可幫助預估風速和風向；可識別各層冷暖平流與中低空急流；識別風場氣旋與反氣旋、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)，每個采樣仰角都可以得到(同一個距離單元速度方差)。以極坐標的形式顯示?？商峁┯捎陲L切變、湍流和速度樣本質量引起的徑向速度變化的觀測，也可用來邊界位置、估計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)通過氣象多普勒雷達獲取到的二次產品和物理量

通過使用氣象多普勒雷達可以實現(xiàn)對以下幾種二次產品和物理量的獲?。旱雀咂矫嫖恢蔑@示(CAPPI)、距離高度產品(RHI)、反射率垂直剖面(RCS)、回波頂高(ET)、組合反射率產品(CR)、垂直累計液態(tài)降水量(VIL)、強天氣概率(SWP)、速度方位顯示(VAD)、速度方位顯示垂直風廓線(VWP)、組合切變(CS)等。一般在實際工作中，較為常用的產品為CAPPI、RHI、ET。

等高平面位置顯示(CAPPI):按照用戶設置的高度，應用測高公式，選取臨近該高度平面上的上下兩個仰角相應雷達測距上的數(shù)據(jù)，然后用內插方法得到該高度上的數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢在于，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，一般僅對回波強度、速度譜寬制作該產品，在使用中，對于某飛行高度的天氣情況能夠更直觀、快速地進行了解和掌握。

距離高度產品(RHI)：該產品是在雷達探測范圍內沿某一條水平基線的垂直面上的反射率分布?？梢杂脕砑氈驴疾炖妆w的結構特征，識別強回波中心的高度，垂直回波，回波穹隆，零度層亮帶等，作為對雷暴演變趨勢、有無冰雹、雷雨大風等的預報依據(jù)。

回波頂高(ET)：應用體掃數(shù)據(jù)，選擇回波閾值，根據(jù)測高公式，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，若該回波強度閾值在上下兩個仰角的徑向線之間，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，但不是絕對的回波頂高度?？赏ㄟ^其對最高頂?shù)亩ㄎ粊碜R別較有意義的風暴，還能通過識別的回波頂高，確定飛行高度和制定飛行計劃。

三、中小型機場采用氣象多普勒天氣雷達的條件以及實際案例分析

(一)中小型機場采用的多普勒氣象雷達條件

在中小型機場采用氣象多普勒雷達首先要依據(jù)機場的精控要求進行，同時要考慮到飛機在起飛降落過程中所需的時間和距離。要保證飛機起降過程中能夠在氣象雷達的偵測單位之內。同時機場和雷達站之間的距離盡可能的減小，一般要處于以機場為圓心，50千米為半徑的面積內，最好不超過200千米。

(二)氣象多普勒雷達獲取到的數(shù)據(jù)信息傳輸所需條件介紹

多普勒雷達掃描獲得的氣象信息數(shù)據(jù)在進行傳輸過程中同樣需要一些條件。例如在傳輸原始數(shù)據(jù)過程中，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)這一標準，采用的網絡速度要在1M以上。在繼續(xù)傳輸過程中考慮到網絡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絡帶寬，保證傳輸數(shù)據(jù)的質量。例如在甘肅臨夏，雷達距離機場大約為21千米，通過20M的寬帶進行數(shù)據(jù)傳輸即可保證傳輸?shù)姆€(wěn)定。

(三)實際使用情況分析

現(xiàn)階段在我國氣象部門使用多普勒氣象雷達終端一般為自行購買或者直接由賣方提供，可以實時顯示掃描回波，內容包括有強度、速度以及譜寬等。同時在終端可以實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的良好保存。除此之外，還可以實現(xiàn)對各種掃描圖的生成和顯示。通過這些方法可以有效的實現(xiàn)對機場上空各種氣象信息的搜集獲取。同時通過數(shù)據(jù)分析可以有效的對未來天氣進行預測，充分滿足中小型機場飛機起降安全的各項需求。且因為機場氣象預報員執(zhí)照考試也包含雷達知識，氣象保障人員對雷達的熟悉度較高，上手容易，現(xiàn)階段在我國已有較多中小型機場在使用多普勒雷達，航班量較大的機場均有雷達，中小型機場飛行安全的保障取得了良好的效果。因此，在中小型機場中使用多普勒氣象雷達可以有效的保障機場飛行安全。

四、總結

近幾年，通航機場的大量建造，飛行安全保障壓力更大，本文通過對氣象多普勒天氣雷達在中小型機場飛行安全保障中的使用情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國氣象及民航部門使用的多普勒雷達產品可探測降水強度及高度、高空風場、湍流、雷暴、冷鋒、低空急流、冷暖平流、大風、冰雹等對飛行有影響的惡劣天氣，已經可以充分滿足中小型機場飛行安全的需求，對于保障機場飛行安全、提升航班量有重要作用，是中小機場的必需設備之一。