气象多普勒天气雷达保障中小型机场飞行安全可行性分析

(中国民用航空飞行学院 四川 广汉 618307)

引言

机场飞行安全由于受到气象条件的影响较为严重，因此对机场附近的天气情况进行监测可以提供良好的保障。现阶段我国使用的多普勒气象天气雷达种类及探测效果差距较小，所获取的各种气象信息种类基本一致。本文通过对多普勒雷达基本产品、二次产品和中小型机场采用气象多普勒天气雷达的条件以及实际案例分析，对中小型机场飞行安全的保障情况进行研究，从而实现对飞机起降、安全飞行的良好指导。

一、当前我国民航机场中使用的多普勒气象雷达性能参数研究

通过对当前我国气象部门以及民航机场使用较多的多普勒气象雷达种类、型号以及主要性能进行对比分析可以发现，由于近些年我国民用航班的班次不断增多，因此民航部门使用的多普勒雷达在其S段的功率较大。最大峰值可以达到750千瓦，而普通气象部门使用的多普勒气象雷达的最大功率只有650千瓦。因此，民航部门采用的气象多普勒雷达在这一方面的性能较好。但是，现阶段在我国中小型机场中使用的雷达一般都是X波段，而我国气象部门一般都是使用C波段和S波段，气象部门可以在较大范围内获取精度较高的气象信息。因此，在中小型机场中使用多普勒雷达在理论性能上是完全可以满足需要的。

二、现阶段我国气象、民航部门使用的多普勒气象雷达数据处理情况分析

现阶段我国气象、民航部门使用的气象多普勒雷达均能够实现对回波强度、径向速度以及谱宽等数据的获取。现阶段在我国气象部门和民航部门通过使用多普勒雷达可以获得的数据和产品如下：

表1 多普勒雷达产品列表

(一)通过气象多普勒雷达获取到的基本数据种类

现阶段通过多普勒天气雷达主要获取以下基本产品数据：强度(反射率因子)、径向速度和谱宽。

反射率因子(PPI)：由多普勒雷达采样体积重降水粒子的数量和尺寸决定的，用于表征降水目标回波强度，强度越强，粒子越多，则预示降水越强，天气越恶劣。基本反射率因子产品可用来探测降水的强度、移动与发展趋势；识别显著的强风暴结构特征，如钩状回波、指状回波等；可识别冷锋、风暴外流边界、轻微降水等。

径向速度：表示整个360°方位扫描的径向速度数据，在采样的每个仰角都可得到。以极坐标的形式显示。产品用颜色来描述风的径向分量。径向速度图可帮助预估风速和风向；可识别各层冷暖平流与中低空急流；识别风场气旋与反气旋、近地面层的辐合与辐散等。

谱宽：谱宽表示360°方位扫描的谱宽数据，每个采样仰角都可以得到(同一个距离单元速度方差)。以极坐标的形式显示。可提供由于风切变、湍流和速度样本质量引起的径向速度变化的观测，也可用来边界位置、估计湍流大小及检查径向速度是否可靠，也可用于确定气旋及龙卷的位置。

(二)通过气象多普勒雷达获取到的二次产品和物理量

通过使用气象多普勒雷达可以实现对以下几种二次产品和物理量的获取：等高平面位置显示(CAPPI)、距离高度产品(RHI)、反射率垂直剖面(RCS)、回波顶高(ET)、组合反射率产品(CR)、垂直累计液态降水量(VIL)、强天气概率(SWP)、速度方位显示(VAD)、速度方位显示垂直风廓线(VWP)、组合切变(CS)等。一般在实际工作中，较为常用的产品为CAPPI、RHI、ET。

等高平面位置显示(CAPPI):按照用户设置的高度，应用测高公式，选取临近该高度平面上的上下两个仰角相应雷达测距上的数据，然后用内插方法得到该高度上的数据。其优势在于，分布图像高度相等，可以较方便地分析某水平高度上的水平分布，一般仅对回波强度、速度谱宽制作该产品，在使用中，对于某飞行高度的天气情况能够更直观、快速地进行了解和掌握。

距离高度产品(RHI)：该产品是在雷达探测范围内沿某一条水平基线的垂直面上的反射率分布。可以用来细致考察雷暴体的结构特征，识别强回波中心的高度，垂直回波，回波穹隆，零度层亮带等，作为对雷暴演变趋势、有无冰雹、雷雨大风等的预报依据。

回波顶高(ET)：应用体扫数据，选择回波阈值，根据测高公式，在以某一定的底面积的垂直柱体中，自上而下地搜索选定阈值所在高度，若该回波强度阈值在上下两个仰角的径向线之间，则用插值方法确定阈值所在高度，得到的回波顶分布图像即为ET。回波顶高以平均海平面为参考，但不是绝对的回波顶高度。可通过其对最高顶的定位来识别较有意义的风暴，还能通过识别的回波顶高，确定飞行高度和制定飞行计划。

三、中小型机场采用气象多普勒天气雷达的条件以及实际案例分析

(一)中小型机场采用的多普勒气象雷达条件

在中小型机场采用气象多普勒雷达首先要依据机场的精控要求进行，同时要考虑到飞机在起飞降落过程中所需的时间和距离。要保证飞机起降过程中能够在气象雷达的侦测单位之内。同时机场和雷达站之间的距离尽可能的减小，一般要处于以机场为圆心，50千米为半径的面积内，最好不超过200千米。

(二)气象多普勒雷达获取到的数据信息传输所需条件介绍

多普勒雷达扫描获得的气象信息数据在进行传输过程中同样需要一些条件。例如在传输原始数据过程中，要依据不同的扫描模式扫取的文件大小要控制在13-22Mbyte，传输速度为22Mbyte，每隔五分钟传输一次。依据这一标准，采用的网络速度要在1M以上。在继续传输过程中考虑到网络带宽可能被一些其他情况占用，因此要尽可能的采用大的网络带宽，保证传输数据的质量。例如在甘肃临夏，雷达距离机场大约为21千米，通过20M的宽带进行数据传输即可保证传输的稳定。

(三)实际使用情况分析

现阶段在我国气象部门使用多普勒气象雷达终端一般为自行购买或者直接由卖方提供，可以实时显示扫描回波，内容包括有强度、速度以及谱宽等。同时在终端可以实现对所有数据的良好保存。除此之外，还可以实现对各种扫描图的生成和显示。通过这些方法可以有效的实现对机场上空各种气象信息的搜集获取。同时通过数据分析可以有效的对未来天气进行预测，充分满足中小型机场飞机起降安全的各项需求。且因为机场气象预报员执照考试也包含雷达知识，气象保障人员对雷达的熟悉度较高，上手容易，现阶段在我国已有较多中小型机场在使用多普勒雷达，航班量较大的机场均有雷达，中小型机场飞行安全的保障取得了良好的效果。因此，在中小型机场中使用多普勒气象雷达可以有效的保障机场飞行安全。

四、总结

近几年，通航机场的大量建造，飞行安全保障压力更大，本文通过对气象多普勒天气雷达在中小型机场飞行安全保障中的使用情况进行分析可以发现，现阶段我国气象及民航部门使用的多普勒雷达产品可探测降水强度及高度、高空风场、湍流、雷暴、冷锋、低空急流、冷暖平流、大风、冰雹等对飞行有影响的恶劣天气，已经可以充分满足中小型机场飞行安全的需求，对于保障机场飞行安全、提升航班量有重要作用，是中小机场的必需设备之一。