航空氣象服務(wù)中多普勒雷達(dá)的應(yīng)用

盧娜

摘 要 通過在航空氣象中應(yīng)用多普勒技術(shù)來對短期的天氣進(jìn)行非常有效的預(yù)報，從而提前發(fā)現(xiàn)影響飛行的惡劣天氣，包括大風(fēng)、冰雹以及暴雨等。本文通過對于多普勒雷達(dá)技術(shù)在航空氣象服務(wù)中的實(shí)際應(yīng)用情況，從而系統(tǒng)地介紹了在復(fù)雜氣象條件下多普勒雷達(dá)的具體應(yīng)用的問題。

關(guān)鍵詞 航空氣象；多普勒雷達(dá)；實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號 V32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0166-02

天氣條件對于航空飛行的安全與效益影響非常重要，尤其是在我國這樣極端天氣頻發(fā)的條件下，各種不利氣象條件所引起的航空飛行事故占據(jù)總體事故的30%左右。面對如此高的風(fēng)險就必須要時刻掌握飛機(jī)飛行的氣象狀況。機(jī)場為飛機(jī)的起降工作提供必要的場所，而且在空中的氣象情況更加的復(fù)雜，所以為了保障航空飛行的安全，所以制定了非常完備的航空氣象服務(wù)系統(tǒng)。機(jī)場指揮部門會根據(jù)氣象部門提供的天氣信息來決定是否進(jìn)行飛機(jī)的起飛、關(guān)閉等命令。航空公司根據(jù)目的地的天氣情況來決定是否起飛以及起飛油料的多少。飛行員根據(jù)天氣信息來決定航線的選擇。本文通過對于航空氣象服務(wù)中多普勒雷達(dá)應(yīng)用情況機(jī)械能全面的分析，進(jìn)一步保證航空飛行的安全。

1 我國民航氣象服務(wù)現(xiàn)狀

我國的民航氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)組織與實(shí)施氣象服務(wù)，采用的是分管范圍模式，可以根據(jù)民航氣象中心、地區(qū)氣象中心、空管分局、氣象臺、地方機(jī)場等級別來進(jìn)行運(yùn)行。民航氣象中心通常由7 500m以上的高空飛行氣象文件來進(jìn)行，包括了高空風(fēng)、高空溫度等。地區(qū)氣象中心由3 000m～7 500m之間的飛行氣象文件來構(gòu)成，包括高空風(fēng)、高空溫度預(yù)告圖、中層重要天氣預(yù)告等。空管分局（站）氣象臺提供3 000m以下的低空飛行氣象文件包括高空風(fēng)、高空溫度預(yù)告圖、低層重要天氣預(yù)告等機(jī)場氣象臺制作發(fā)布該機(jī)場的機(jī)場天氣報告、機(jī)場預(yù)報及天氣警報。

2 多普勒雷達(dá)探測技術(shù)

1）多普勒雷達(dá)對于降水回波的頻率信息。在航天氣象服務(wù)中最重要的也是最常見的數(shù)據(jù)就是降水。常規(guī)的數(shù)字化雷達(dá)只能夠通過雷達(dá)波的回波強(qiáng)度來針對將于區(qū)域中的降水分布、降水強(qiáng)度以及垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗略的判斷。但是多普勒雷達(dá)能夠針降水回波的頻率與發(fā)射頻率之間的變化信息進(jìn)行更加深入詳細(xì)的判斷，包括降水強(qiáng)度、氣流速度等關(guān)鍵性的因素進(jìn)行判斷與分析，進(jìn)一步根據(jù)多普勒定律來進(jìn)行判斷。由于觀測者與波源之間的實(shí)際運(yùn)行頻率并不相同，所以造成頻率的差異與觀測者之間的相對運(yùn)動城正比，由于多普勒雷達(dá)能夠根據(jù)水粒子的回波頻率以及發(fā)射頻率之間存在的明顯差異性，進(jìn)一步分別出降水粒子的方向與速度，從而通過長時間的監(jiān)測來形成一定的降水量走勢，進(jìn)一步對于降水強(qiáng)度、降水分布以及降水變化形成一定的客觀認(rèn)識。同時對于該區(qū)域的氣流強(qiáng)度、氣流方向以及變化趨勢來進(jìn)行預(yù)測。

2）多普勒雷達(dá)的運(yùn)行機(jī)制。與傳統(tǒng)的普通雷達(dá)相比，多普勒雷達(dá)能夠準(zhǔn)確的區(qū)別信號回波的微弱變化，而這種相對于發(fā)射頻率微弱變化的細(xì)小差異正式多普勒雷達(dá)特殊氣象監(jiān)測的重要功能。在一般的情況下，多普勒雷達(dá)為了能夠更加準(zhǔn)確的判斷微弱的變化，雷達(dá)內(nèi)部就會采用工作頻率和初相位不變的工作方式，或者鎖定工作頻率。從總體方面來看，目前的航空氣象服務(wù)中的多普勒雷達(dá)主要包括兩種類型。第一種類型是全相干多普勒雷達(dá)，這種雷達(dá)采用了晶體振蕩器所發(fā)出的單頻脈沖波，而且這種脈沖波的波束這種波束具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以頻率能夠一直穩(wěn)定在10～9之間，能夠完全滿足鎖定工作頻率的要求。與回波對比能夠非常容易發(fā)現(xiàn)其中的細(xì)微差別。另一種是自相干雷達(dá)。其主要的特點(diǎn)就是鎖相位技術(shù)。鎖相位技術(shù)本身發(fā)射的頻率具有強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性，但是鎖相位技術(shù)的使用能夠保證發(fā)射波與系統(tǒng)會波之間形成動態(tài)比較，進(jìn)一步形成氣象影響因素。

3 航空氣象服務(wù)中多普勒雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用

1）零徑向速度。在普通的多普勒雷達(dá)應(yīng)用的過程中常常會出現(xiàn)徑向速度為零的情況，這樣的情況不僅無法準(zhǔn)確的判斷氣象條件，而且還會對航空飛行造成嚴(yán)重的干擾。通常情況下，如果徑向速度為零時的情況有兩種情況，一種情況是當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向與雷達(dá)的徑向垂直，從而造成雷達(dá)無法分辨該位置的真實(shí)風(fēng)向。另一種情況就是該位置的風(fēng)向確實(shí)為零。所以，為了保證航空飛行的安全問題，當(dāng)出現(xiàn)景象速度為零的情況，必須要按照第一中情況來進(jìn)行處理，即這一位置的風(fēng)向與雷達(dá)之間呈現(xiàn)出徑向垂直的情況，在這種情況下，對于該位置的風(fēng)向走勢圖進(jìn)行分析，如果這一位置的徑向速度也為零，那么就說明這一位置是東風(fēng)，如果這一位置的速度為負(fù)，那么就是正西風(fēng)。

2）多普勒鋒面速度圖。在航空氣象服務(wù)中，鋒面現(xiàn)象會造成天氣的突然變化，從而影響飛行。所以對于鋒面的移動速度進(jìn)行監(jiān)測是非常有必要的。通常情況下多普勒雷達(dá)對于鋒面現(xiàn)象的環(huán)境信息來實(shí)現(xiàn)，如果鋒面現(xiàn)象形成的時候，鋒面的界限兩側(cè)的環(huán)境信息具有很大的差距，所以一旦出現(xiàn)狹長地帶的兩側(cè)環(huán)境信息差值達(dá)到了一定的高度時，就可以判定為鋒面現(xiàn)象，并且能夠按照環(huán)境因素的變化最大的區(qū)域就是鋒面的位置，這樣通過判斷冷鋒與暖鋒之間的判定風(fēng)險來進(jìn)行分析，同過這樣的方式來針對航班的風(fēng)險進(jìn)行及時的調(diào)整，從而避免受到危險天氣的影響。

3）強(qiáng)對流天氣。如果空氣中不穩(wěn)定的氣層受到抬升的情況，就會形成強(qiáng)對流天氣，很多常見的災(zāi)害性天氣都是強(qiáng)對流天氣引起的。比如雷暴、大風(fēng)、積冰、龍卷風(fēng)、冰雹等等。強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)的情況通常表現(xiàn)為烏云密布、電閃雷鳴。在這種情況下，如果飛機(jī)誤入雷暴活動強(qiáng)烈的區(qū)域中，就會造成飛機(jī)出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致機(jī)毀人亡的情況。多普勒雷達(dá)通過間歇性的向空中發(fā)射電磁波，從而在近于直線的路徑上以接近光速的速度進(jìn)行傳播，如果一旦遇到目標(biāo)障礙物就會發(fā)射回波信號，信號處理器根據(jù)信號回波的微弱頻率變化來進(jìn)一步推斷出氣象目標(biāo)物的空間位置、運(yùn)動軌跡、移動速度以及運(yùn)動方向等等一系列的情況。

4 結(jié)論

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，航空交通也已經(jīng)逐漸成為一種常見的運(yùn)輸方式。由于航空交通的不穩(wěn)定性，所以自身的安全性能成為最重要的影響因素，而實(shí)際的航空活動過程中對于飛行影響最大的就是天氣原因。尤其是在我國這樣極端天氣頻發(fā)的條件下，各種不利氣象條件所引起的航空飛行事故占據(jù)總體事故的30%左右。面對如此高的風(fēng)險就必須要時刻掌握飛機(jī)飛行的氣象狀況。本文通過針對我國民航氣象服務(wù)現(xiàn)狀、多普勒雷達(dá)探測技術(shù)以及航空氣象服務(wù)中多普勒雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行全面的分析，進(jìn)一步促進(jìn)我國的航空氣象服務(wù)能夠更加良好的發(fā)展，從而保障航空運(yùn)輸服務(wù)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]陳良棟.雷達(dá)氣象學(xué)[M].南京：中國人民解放軍空軍氣象學(xué)院出版社，1982.

[2]賀偉，趙志強(qiáng).深圳寶安機(jī)場天氣雷達(dá)故障檢測與分析[J].空中交通管理，2010（4）：58-59.