风廓线雷达在我国民用航空气象领域中的研究与应用

钱一嘉

摘要：本文从理论上分析了风廓线雷达的工作方式和特点 ，阐述了风廓线雷达在我国民用航空气象领域中实际的应用情况和未来发展趋势。低空风切变是一种小尺度性质的天气系统现象，最至关紧要的一点是不容易被观测，这就对飞机运行状态产生了重要影响，是飞机事故的一种安全隐患，所以国内外对这种气象类型给予了高度重视。在多数机场中都有风廓线雷达的装置，探测气象要素的变化情况，保证飞机在飞行和着陆中的安全状态。

关键词：风廓线雷达；民用航空；航空气象

前言：

风切变是民用航空气象界的一个热门话题，对飞机运行产生了一定威胁，当正在运行中的飞机遇到这种气象条件，会不受控制，从而导致安全事故的发生，是引起空中事故不容忽视的隐形杀手。因此为了安全保障，要从根本上对风切变增加认识了解，加强对其现象的研究，降低造成的危害。风廓线雷达是一种新型气象雷达，能够对风切变等气象要素以垂直探测模式进行监控。低空风切变的产生与大气本身运动情况等因素有着重要关系，风廓线雷达的应用能够探测到其存在，能够获取到相关数据信息，为规避这种气象条件的不良影响创造了有利条件，大大保证了飞机运行的安全性。本文以风廓线雷达与低空风切变为研究对象，对风廓线雷达探测低空风切变的应用展开了论述。

一、民用航空气象风廓线雷达与低空风切变概述

（一）风廓线雷达

风廓线是对风速的一种描述，是对风速与高度关系的描述，也就是分析当高度变化时风速如何随着变化，为风速在大气边界层内的规律奠定了研究基础。其调查方法是在小于1.5千米的地面高度基础上测试出风速、风向，通过测试观察风速、风向与高度的关系，并根据大气稳定度进行分类，得出数学表达式[1]。

而风廓线雷达是描述风廓线，用来研究风速的一种遥感设备，还可以用来对天气的监测。从不同方向高空发射电磁波束，电磁波受到大气折射率的影响发生散射现象，雷达对电磁波束信息进行接收处理，形成大气风场，收集有关大气风场的信息，对高空风场做出进一步的探测，探测过程体现出自动化程度高与不受时间与空间限制的高.分辨率。按照不同的分类标准，风廓线雷达分为不同的种类，都对风速、空气质量、天气情况的监测有着重要的作用。

（二）低空风切变

低空风切变满足高度低的特点，高度大约为小于六百米的地面距离，从水平方向或者是从垂直方向发生的切变现象。具体来说是在低空条件下在从水平或者垂直方向上风速矢量与分量发生的变化。其现象的发生与天气环境有着很大关系，不同的天气条件产生不同的切变现象，对飞机的飞行着陆具有重要影响。

风切变是针对空间而言，在空间两点之间对风速、风速空间变化的反映。发生风切变主要是由大气在运动中的变化，受到地理与环境的影响，又有大气本身运动情况、地理与环境因素共同作用而引起的。

二、风廓线雷达在我国民航气象领域中的应用

（一）风廓线雷达在我国民航气象领域的应用现状

在民用航空气象从风随时间连续的变化中，可以得到风向风速演变的信息，这是传统测风方法不能做到的，利用这个特点我们可将其应用于风切变的判断，这对短期天气预报特别有用，更是航空领域中涉及到飞行安全的重要指征，这也是目前民航推广使用风廓线雷达的关键原因之一。到目前为止，民航系统内，除北京、上海、广州、西安等几大枢纽机场外，深圳、林芝、玉树、九寨黄龙、昆明机场等几家是建设使用较早的单位，从系统的整体运行状况来说也比较稳定，能够对民航空管气象工作提供有效帮助。

（二）风廓线雷达在民用航空气象低空风切变探测中的应用

2.2.1探测条件

在低空风切变探测中使用的是多普勒风廓线雷达，在对流层中对风场进行实时测量，垂直风廓线的探测高度为位于本机上空五十米到几公里不等，探测高度依据雷达而定，垂直风廓线每隔几分钟都会得到提。时空分辨率、准确度与精确度在垂直高度条件下数值都会很高，不需太多的人力对其工作状态进行监测，还能够实现远程监控，因此风廓线雷达在低空风切变探测中具有重要的应用价值。而且还有节约成本，生成风廓线分辨率更高，对尺度预报产生重大改变。对非短暂风切变的探测监视，风廓线雷达起到了重要作用[2]。

2.2.2测风原理

大气折射率对电磁波有着重要影响，受到大气折射率的影响，电磁波发生散射现象，雷达对返回的电磁波进行接收。对大气散流的计算有特定的公式，大气湍流活动尺度与高度呈正比例关系，探测高度与电磁波长度有着很大关系，对风廓线雷达的探测高度应根据高度选择相应的电磁波长度。

通常向天空中发射光波的数量为5束，湍流回波被接收机接收，获取到运动速度信息，以合成计算的方法得出四面八方的风速与风向。径向速度的正方向为向天线运动的方向，风来向由矢量的分量正值来表示。通过工作模式的不同，还有脉冲宽度得出分层风的高度，不同雷达都有对分层高度监测的功能，结合空气厚度的条件下测量出风速平均值，测得的数据情况使用气象符号、矢量图进行标注，为加以区分采用不同颜色加以区分。

2.2.3风廓线雷达在实际测风中的应用

风廓线雷达在晴朗天气下对垂直阵风与微下冲气流的观测具有直接性，逐步实现低空风切变告警系统的三维观测。单部风廓线有一定的局限性，在对低空风切变的监测中只是局限于监测上空风，如果想对上空区域垂直风场分布情况全面了解，就要增加风廓线雷达的数量，并对这些雷达装置联网。

结论：

通过上面的论述可知，本文主要从两个方面对民用航空风廓线雷达探测低空风切变的应用展开了论述。风廓线雷达在不断发展中，其技术越加成熟，发展成为用来探测低空风切变的一种重要设备，其探测精度高与高分辨率的优势使得在探测风切变应用中具有广泛性。现在风廓线雷达已经实现了全天候，在无人值守的条件下进行探测，在未来相关技术的不断发展完善条件下，风廓线雷达将会在民用航空气象方面取得更大的进步。

参考文献

[1]李锡山.风廓线雷达水平测速范围与多普勒频率检测范围的设计[D].首届气象仪器与观测技术交流和研讨会学术论文集，2001.

[2]骆文成.机载前视风切变气象雷达信号处理技术研究[D].西北工业大学，2001.