雙流機(jī)場(chǎng)風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)補(bǔ)盲方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷亞會(huì)

(民航西南空管局氣象中心，成都 610202)

0 引言

目前成都雙流機(jī)場(chǎng)采用雙跑道運(yùn)行模式，在東跑道02R端安裝有Airda-3000型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)，采用全相參脈沖多普勒體制和相控陣天線技術(shù)，利用大氣湍流對(duì)電磁波的散射作用遙感探測(cè)大氣風(fēng)場(chǎng)等物理量，獲取近地面至5 km空中不同高度層的風(fēng)速、風(fēng)向和垂直氣流等風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。采用平板式相控陣天線，向雷達(dá)站所在位置上空的多個(gè)方向(1個(gè)鉛垂方向，4個(gè)方位相互正交、天頂角為15°)發(fā)射脈沖信號(hào)，最快2 min完成1個(gè)周期測(cè)量掃描并生成包含水平風(fēng)速、水平風(fēng)向的廓線數(shù)據(jù)，在900 m以下時(shí)探測(cè)分辨力為50 m，即該風(fēng)廓線雷達(dá)的最低探測(cè)高度為50 m。Airda-3000型邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件出廠時(shí)已經(jīng)提供了1個(gè)接口，該接口可以接收固定格式的地面風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，達(dá)到補(bǔ)盲的效果，并能利用地面風(fēng)對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制[1]。同時(shí)，雙流機(jī)場(chǎng)東跑道02R端安裝有6要素自動(dòng)氣象站(以下簡(jiǎn)稱遙測(cè)站)，其可探測(cè)距地面10 m高的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，每分鐘產(chǎn)生1組風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)[2]?；谝陨蠗l件，文章通過軟件和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)地面風(fēng)數(shù)據(jù)引入風(fēng)廓線雷達(dá)，以彌補(bǔ)風(fēng)廓線雷達(dá)盲區(qū)高度內(nèi)無風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)的不足。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)方案

目前，雙流機(jī)場(chǎng)Airda-3000型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)架設(shè)于東跑道南端以南360 m，距跑道中心線(西側(cè))130 m處；雙流機(jī)場(chǎng)東跑道02R端遙測(cè)站安裝位置距東跑道南端向北380 m，距跑道中心線(東側(cè))110 m，二者直線距離775 m。考慮到低空風(fēng)切變發(fā)生時(shí)地面風(fēng)速一般在2 m/s以上，風(fēng)廓線雷達(dá)采用5 min的平均值生成1組垂直廓線數(shù)據(jù)，文章認(rèn)為二者直線距離在1 km范圍內(nèi)均符合研究要求[3]。首先考慮到直接通過硬件線路將遙測(cè)站數(shù)據(jù)引入風(fēng)廓線雷達(dá)，但此方案需要重新在兩個(gè)設(shè)備間挖溝施工，鋪設(shè)電纜，這對(duì)于全天運(yùn)行的雙流機(jī)場(chǎng)來說實(shí)施難度較大[4]。而且遙測(cè)站為在用設(shè)備，需實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)到航管小區(qū)供航空氣象用戶使用，直接從遙測(cè)站設(shè)備端并接讀取數(shù)據(jù)有可能影響原來在用線路的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。綜合考慮，文章未采用直接引接數(shù)據(jù)的方案，而采用中轉(zhuǎn)引接方案。

文章采用方案如圖1所示，首先遙測(cè)站數(shù)據(jù)經(jīng)過原有硬件線路將數(shù)據(jù)傳送至航管小區(qū)機(jī)房數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后在風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器上自主開發(fā)軟件，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件可以接收的格式，再將處理后的數(shù)據(jù)傳送到風(fēng)廓線數(shù)據(jù)處理服務(wù)器上，與風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合顯示，實(shí)現(xiàn)風(fēng)廓線雷達(dá)地面風(fēng)數(shù)據(jù)補(bǔ)盲。

圖1 遙測(cè)站數(shù)據(jù)引入風(fēng)廓線雷達(dá)方案

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

Airda-3000型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)未引入地面風(fēng)數(shù)據(jù)時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)顯示界面只能提供給用戶最低50 m高度的風(fēng)羽圖，在地面層高度沒有風(fēng)向風(fēng)速顯示，故用戶僅依靠風(fēng)廓線雷達(dá)無法得到地面至50 m高空處的風(fēng)向風(fēng)速資料。

對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)施地面風(fēng)數(shù)據(jù)補(bǔ)盲方案后，地面風(fēng)的補(bǔ)盲數(shù)據(jù)引入了風(fēng)廓線雷達(dá)，可以看到風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)羽圖顯示界面上，在地面層高度同樣有風(fēng)向風(fēng)速顯示，使得整個(gè)空間的風(fēng)數(shù)據(jù)信息融合顯示，有利于用戶對(duì)風(fēng)切變天氣的整體分析。

2.2 效果分析

通過長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累和對(duì)比，文章選取部分時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)?shù)孛骘L(fēng)速大于2 m/s時(shí)，地面風(fēng)數(shù)據(jù)和風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)融合顯示后風(fēng)數(shù)據(jù)信息較一致，變化均勻，用戶可以進(jìn)行有效的整體分析。

當(dāng)?shù)孛骘L(fēng)數(shù)據(jù)小于2 m/s時(shí)，地面風(fēng)數(shù)據(jù)和風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)融合顯示后風(fēng)數(shù)據(jù)信息變化較大，甚至方向完全相反，此類地面風(fēng)數(shù)據(jù)不僅不能起到好的分析效果，反而會(huì)對(duì)用戶的分析判斷造成不良影響。這是由于二者安裝位置相距775 m，當(dāng)風(fēng)速小于2 m/s時(shí)，在5 min內(nèi)風(fēng)的傳輸距離小于二者的直線距離，所以不可以將二者近似認(rèn)為是同一安裝地點(diǎn)，即二者數(shù)據(jù)進(jìn)行融合顯示沒有意義。但對(duì)于機(jī)場(chǎng)來說對(duì)風(fēng)數(shù)據(jù)只關(guān)注風(fēng)切變和風(fēng)速較大時(shí)的側(cè)風(fēng)，而風(fēng)速較小時(shí)并不會(huì)對(duì)飛機(jī)的起降產(chǎn)生影響，因此可以不做考慮。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章依據(jù)雙流機(jī)場(chǎng)設(shè)備安裝的特點(diǎn)以及現(xiàn)有硬件設(shè)備，結(jié)合自主開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)了雙流機(jī)場(chǎng)邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)的地面風(fēng)補(bǔ)盲工作；進(jìn)而根據(jù)對(duì)大量數(shù)據(jù)的積累和觀察，總結(jié)出有效補(bǔ)盲的方法，并證明了方案的可行性。未來將考慮使地面自動(dòng)氣象站(或用便攜式氣象儀代替)與風(fēng)廓線雷達(dá)建立在同一位置，對(duì)地面風(fēng)速較小時(shí)的情況做進(jìn)一步研究，以驗(yàn)證在同一地點(diǎn)安裝時(shí)是否可以達(dá)到與風(fēng)廓線雷達(dá)進(jìn)行融合顯示的效果。