氣象雷達在民航安全中的應用淺析

劉柏兵

（湖南長沙市明德中學，湖南 長沙 430100）

氣象雷達在民航安全中的應用淺析

劉柏兵

（湖南長沙市明德中學，湖南 長沙 430100）

氣象雷達屬于雷達技術的重要組成部分，已經在醫療、旅游、建筑、國防、航天、航空、海洋、能源、交通、林業、農業等領域中得到了廣泛的應用。本文主要針對氣象雷達在民航安全中的應用進行分析。

氣象雷達；民航安全；應用

1 引言

雷達領域中的一個重要分支——氣象雷達，在漫長的發展中經歷了模擬、數字到以美國為代表的新一代氣象雷達三個發展階段，氣象雷達在我們的現實生活中已經被廣泛的應用，并且還成為醫療、旅游、建筑、國防、航天、航空、海洋、能源、交通、林業、農業等領域不可缺少的。科技在不斷的進步，氣象雷達怎能停滯不前？氣象雷達在探測技術方面默默地改進，使得它的應用領域更加的廣泛，氣象雷達現在已經可以應用于民航安全，這得到了學術界得高度重視，氣象雷達不僅可以監測雷雨等災害天氣，還對民航作出了巨大貢獻，如：阻止飛機在飛行中風切變、湍流和鳥類等危險目標的靠近，從而降低了近機場區域低空風切變、飛機尾流和鳥擊事件的出事率，提高了飛機飛行的舒適性、經濟性以及安全性。

2 氣象雷達在風切變探測中的應用

風切變在航空氣象學中是指小尺度風向或風速突然改變的航空現象，飛機在空中的飛行不容有所閃失，稍有差池就會導致機體損壞甚至飛機失事。飛機在空中最大的問題就是風向和風速，而飛速是瞬間改變的，讓人們難以捉摸，國際航空和氣象界根據實例已經將600米以下的風切變現象稱為飛機起飛著陸過程的“無形殺手”，所以低空風切變嚴重降低了飛機的安全率，風廓線儀、低空風切變預警系統、機場終端多普勒雷達系統、測風激光雷達和集成業務化風切變警報系統是機場為了有效監測和提前回避風切變而安裝的探測儀器。

多普勒氣象雷達技術主要根據雷達回波以及反演的風場來監測機場上空伴有雷雨的風切變，晴空風切變相對雷雨風切變來說是非常難掌握的，因為普通微波型在晴空中的分辨率低、處理信號的方式也受到限制，并且對風的檢測能力較弱，如果采用激光雷達便可以有效的解決這一問題，所以激光雷達對民航事業的發展是非常有幫助的。

3 氣象雷達在湍流探測中的應用

對湍流在氣象雷達中被解釋為微粒速度偏差較大的氣象，速度偏差被解釋為速度的范圍或頻譜，而湍流是隨頻譜的改變而改變的，頻譜的寬度直接影響著飛機的安全性，所以不可小覷湍流對飛機的威脅。

大氣湍流在氣象學中被解釋為大氣快速不規則運動，而不規則運動是指氣流向四面大方運動的同時速度還是非常快的。

普通的氣象雷達只能通過大氣湍流和降雨量、無規律的回波形狀和急劇升降的雨梯度等間接的判別方法來測量大氣湍流，并不能快速、有效的測量出結果，因為實際中的湍流并不是伴隨上述特征而出現的，它是變化莫測的，所以直接測量是非常困難的。

氣象雷達在20世紀80年代主要依據多普勒技術，氣象雷達根據多普勒原理在頻率中獲取湍流目標，從而設計出湍流檢測器，湍流檢測器是將雷達波發射到空中，若是遇到湍流目標雷達波回返回發射點，湍流區的回波與一般降雨區的回波相比，偏離度大、頻率高、頻譜寬的就是湍流區域，這樣就提高了飛機飛行的安全性。

4 氣象雷達在鳥情探測中的應用

飛機在空中是非常脆弱的，脆弱到空中的鳥類、蝙蝠等飛行物都能使飛機墜毀，所以ICAO將鳥擊災害定義為A類航空災難，空中的飛行物也是我們無法預測的，飛機的安全性受到嚴重的威脅。

當對鳥類束手無策的時候，人們對雷達進行了改造，使雷達具有識別鳥類的功能，還為了有針對性地驅散和避開鳥群而建立了鳥擊預警模型，鳥擊預警模型能夠有效地降低鳥擊危害的頻率，探鳥雷達還根據鳥類不同的體型改造出與鳥類尺寸相當的波段，氣象雷達可以根據鳥類的活動來進行探測。

5 氣象雷達在飛機尾流探測中的應用

飛機尾流也屬于湍流的一種形式，即飛行器在經過后引發的空氣運動，這種運動是不規則的，會導致飛機出現下沉、抖動等問題，甚至導致發動機停車或者飛行狀態發生改變，嚴重影響著飛機的飛行安全。為了避免尾流對飛機的飛行產生不利安全，民航空中交通管理局對安全尾流間隔標準進行了明確的規定，但是在民航事業的發展下，尾流安全問題愈加嚴重，這一問題也受到了學界的廣泛關注。早在90年代末期，美國FAA與NASA就制定了綜合性的研究計劃，對間隔標準與尾流特征進行了深入的研究，利用風場信息、濕度、溫度等氣象數據來制定尾流特征模型，以便更好的監測尾流的變化。利用氣象雷達可以對尾流進行良好的監測，目前，Wind Tracer已經開始在法國、德國等機場中得到了應用，取得了良好的探測效果。

6 小結

我國為了保障飛機低空飛行的安全，推出低空空域開放政策，提出飛機不誤碰大地、不撞山坡及建筑障礙物、不與空中飛行物碰撞、不誤入惡劣氣象空域等措施。科技在不斷地進步，氣象雷達技術也將以空天地一體化的聯網、將建筑障礙物、鳥擊危害、風切變、湍流等民航安全威脅要素一體化作為終極目標，進行不斷的探索。

［1］ 陳唯實，寧煥生，李敬，毛峽.基于兩種掃描方式的雷達探鳥系統［J］. 北京航空航天大學學報. 2009（03）

［2］ 陳唯實，寧煥生，劉文明，李敬，王寶發，毛峽. 基于雷達圖像的飛鳥目標檢測與信息提取［J］.系統工程與電子技術. 2008（09）

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