航空氣象服務中多普勒雷達的應用

盧娜

摘 要 通過在航空氣象中應用多普勒技術來對短期的天氣進行非常有效的預報，從而提前發現影響飛行的惡劣天氣，包括大風、冰雹以及暴雨等。本文通過對于多普勒雷達技術在航空氣象服務中的實際應用情況，從而系統地介紹了在復雜氣象條件下多普勒雷達的具體應用的問題。

關鍵詞 航空氣象；多普勒雷達；實際應用

中圖分類號 V32 文獻標識碼 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的條件下，各種不利氣象條件所引起的航空飛行事故占據總體事故的30%左右。面對如此高的風險就必須要時刻掌握飛機飛行的氣象狀況。機場為飛機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系統。機場指揮部門會根據氣象部門提供的天氣信息來決定是否進行飛機的起飛、關閉等命令。航空公司根據目的地的天氣情況來決定是否起飛以及起飛油料的多少。飛行員根據天氣信息來決定航線的選擇。本文通過對于航空氣象服務中多普勒雷達應用情況機械能全面的分析，進一步保證航空飛行的安全。

1 我國民航氣象服務現狀

我國的民航氣象服務機構的負責組織與實施氣象服務，采用的是分管范圍模式，可以根據民航氣象中心、地區氣象中心、空管分局、氣象臺、地方機場等級別來進行運行。民航氣象中心通常由7 500m以上的高空飛行氣象文件來進行，包括了高空風、高空溫度等。地區氣象中心由3 000m～7 500m之間的飛行氣象文件來構成，包括高空風、高空溫度預告圖、中層重要天氣預告等。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、高空溫度預告圖、低層重要天氣預告等機場氣象臺制作發布該機場的機場天氣報告、機場預報及天氣警報。

2 多普勒雷達探測技術

1）多普勒雷達對于降水回波的頻率信息。在航天氣象服務中最重要的也是最常見的數據就是降水。常規的數字化雷達只能夠通過雷達波的回波強度來針對將于區域中的降水分布、降水強度以及垂直結構進行粗略的判斷。但是多普勒雷達能夠針降水回波的頻率與發射頻率之間的變化信息進行更加深入詳細的判斷，包括降水強度、氣流速度等關鍵性的因素進行判斷與分析，進一步根據多普勒定律來進行判斷。由于觀測者與波源之間的實際運行頻率并不相同，所以造成頻率的差異與觀測者之間的相對運動城正比，由于多普勒雷達能夠根據水粒子的回波頻率以及發射頻率之間存在的明顯差異性，進一步分別出降水粒子的方向與速度，從而通過長時間的監測來形成一定的降水量走勢，進一步對于降水強度、降水分布以及降水變化形成一定的客觀認識。同時對于該區域的氣流強度、氣流方向以及變化趨勢來進行預測。

2）多普勒雷達的運行機制。與傳統的普通雷達相比，多普勒雷達能夠準確的區別信號回波的微弱變化，而這種相對于發射頻率微弱變化的細小差異正式多普勒雷達特殊氣象監測的重要功能。在一般的情況下，多普勒雷達為了能夠更加準確的判斷微弱的變化，雷達內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中的多普勒雷達主要包括兩種類型。第一種類型是全相干多普勒雷達，這種雷達采用了晶體振蕩器所發出的單頻脈沖波，而且這種脈沖波的波束這種波束具有極強的穩定性，所以頻率能夠一直穩定在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現其中的細微差別。另一種是自相干雷達。其主要的特點就是鎖相位技術。鎖相位技術本身發射的頻率具有強烈的不穩定性，但是鎖相位技術的使用能夠保證發射波與系統會波之間形成動態比較，進一步形成氣象影響因素。

3 航空氣象服務中多普勒雷達的實際應用

1）零徑向速度。在普通的多普勒雷達應用的過程中常常會出現徑向速度為零的情況，這樣的情況不僅無法準確的判斷氣象條件，而且還會對航空飛行造成嚴重的干擾。通常情況下，如果徑向速度為零時的情況有兩種情況，一種情況是當地的風向與雷達的徑向垂直，從而造成雷達無法分辨該位置的真實風向。另一種情況就是該位置的風向確實為零。所以，為了保證航空飛行的安全問題，當出現景象速度為零的情況，必須要按照第一中情況來進行處理，即這一位置的風向與雷達之間呈現出徑向垂直的情況，在這種情況下，對于該位置的風向走勢圖進行分析，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，如果這一位置的速度為負，那么就是正西風。

2）多普勒鋒面速度圖。在航空氣象服務中，鋒面現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行監測是非常有必要的。通常情況下多普勒雷達對于鋒面現象的環境信息來實現，如果鋒面現象形成的時候，鋒面的界限兩側的環境信息具有很大的差距，所以一旦出現狹長地帶的兩側環境信息差值達到了一定的高度時，就可以判定為鋒面現象，并且能夠按照環境因素的變化最大的區域就是鋒面的位置，這樣通過判斷冷鋒與暖鋒之間的判定風險來進行分析，同過這樣的方式來針對航班的風險進行及時的調整，從而避免受到危險天氣的影響。

3）強對流天氣。如果空氣中不穩定的氣層受到抬升的情況，就會形成強對流天氣，很多常見的災害性天氣都是強對流天氣引起的。比如雷暴、大風、積冰、龍卷風、冰雹等等。強對流天氣出現的情況通常表現為烏云密布、電閃雷鳴。在這種情況下，如果飛機誤入雷暴活動強烈的區域中，就會造成飛機出現故障，嚴重的還會導致機毀人亡的情況。多普勒雷達通過間歇性的向空中發射電磁波，從而在近于直線的路徑上以接近光速的速度進行傳播，如果一旦遇到目標障礙物就會發射回波信號，信號處理器根據信號回波的微弱頻率變化來進一步推斷出氣象目標物的空間位置、運動軌跡、移動速度以及運動方向等等一系列的情況。

4 結論

隨著我國社會經濟的高速發展，航空交通也已經逐漸成為一種常見的運輸方式。由于航空交通的不穩定性，所以自身的安全性能成為最重要的影響因素，而實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的條件下，各種不利氣象條件所引起的航空飛行事故占據總體事故的30%左右。面對如此高的風險就必須要時刻掌握飛機飛行的氣象狀況。本文通過針對我國民航氣象服務現狀、多普勒雷達探測技術以及航空氣象服務中多普勒雷達的實際應用進行全面的分析，進一步促進我國的航空氣象服務能夠更加良好的發展，從而保障航空運輸服務的安全與穩定運行。

參考文獻

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