氣象雷達在飛行安全中的應用

曾世杰

（中國國際航空股份有限公司 西南分公司飛行部，四川 成都 610202）

1 前言

飛機在空中飛行時會遇到雷雨等災害天氣，還會遇到風切變、湍流和鳥類等危險事件，嚴重影響了飛機的正常安全飛行。近年來隨著我國民航的快速發展，空中流量變得越來越大，當前民用航空運輸業用“安全第一，經濟至上”來總結運營宗旨[1]。對于空中出現的任何一點問題將會是致命的，因此做好空中安全飛行十分重要，雷達的應用變得越來越重要。雷達領域中的一個重要分支就是氣象雷達，作為重要的大氣探測工具，在醫療、能源、建筑、旅游、國防、航天、航空、海洋、林業、交通、農業等領域被廣泛采用。接下來將探討氣象雷達在飛行安全中的應用。

2 氣象雷達的工作原理

雷達是在電磁波條件下對目標物的距離和特征實施探測的一種無線電設備，可以實現對目標物自身的屬性測定（如圖1 所示氣象雷達的工作原理）。雷達工作時雷達設備發射電磁波信號，當指數不均勻的物質被電磁波信號照射到，雷達信號形成反射回波，并傳輸到雷達接收器里，雷達天線接收反射波后送到接收設備里面，并迅速分析處理，獲取該物體的某些信息，包含目標物體的距離大小、方位情況、速度等信息[2]。雷達領域中的一個重要分支就是氣象雷達，作為重要的大氣探測工具，在醫療、能源、建筑、旅游、國防、航天、航空、海洋、林業、交通、農業等領域被廣泛采用[3]。

圖1 氣象雷達的工作原理

3 氣象雷達在飛行安全中的應用

3.1 氣象雷達在空中鳥情的探測應用

飛機在從起發階段到空中飛行的整個過程中速度達到幾百公里每小時，如此快的速度遇到任何障礙物都可以撞擊的粉碎，如果不能有效規避這些飛行障礙物，將會使得飛機的飛行安全受到極大威脅（如圖3 所示飛機撞鳥示意圖）。控制的障礙物往往以鳥類、蝙蝠等飛行物為主，民航中常說的鳥擊就是指航空器起降或者飛行過程中與鳥類、蝙蝠等飛行物相撞的事件，是飛機飛行的最大威脅之一，鳥擊危害被定義成A 類航空危害[4]。利用雷達識別鳥類目標提升對鳥類活動情況的探測，構建起一種探鳥雷達。為了有針對性地驅散和避開鳥群建立鳥擊預測模型，有效地降低鳥擊危害的頻率。同時鳥的大小直徑通常是幾厘米到幾十厘米，為得到鳥類目標穩定的 RCS 量值，探鳥雷達的工作波段應是鳥類尺寸一樣的 S-Ka 波段[5]，這類特殊的雷達按照鳥類的各類體型反饋到飛行人員各種的波段模型，幫助飛機避開鳥群達到安全飛行。所以應用雷達實現鳥類活動探測有一定的理論可行性。

圖3 飛機撞鳥示意圖

3.2 氣象雷達實現大氣湍流的探測運用

大氣湍流在氣象學中被解釋成大氣做快速且不規則運動。不規則運動主要表現在氣流向四面大方運動而且速度非常快且變化莫測，湍流并不是伴隨大氣湍流與降雨量、無規律的回波形狀與快速升降的雨梯度出現（圖2 所示氣象雷達探測大氣湍流）。飛機進入大氣湍流會造成飛機的飛行困難[6]。普通的氣象雷達只能借助大氣湍流與降雨量、無規律的回波形狀與快速升降的雨梯度等來識別大氣湍流，導致測量的結果并不能快速有效。隨著多普勒技術的出現和發展，在氣象雷達的探測過程中采用多普勒技術把湍流運動使用回波模型表現出來，雷達將湍流解釋為微粒運動速度不規則、速度偏差大的氣象活動，雷達在實現探測過程中把這種速度偏差具體成某一頻譜，那么探測湍流的變化就成為頻譜變化，監控人員就能實現對頻譜寬度的實時監控，以此確保飛機飛行安全。

圖2 氣象雷達探測大氣湍流

3.3 氣象雷達實現風切變的探測運用

飛機在空中飛行時，速度較快，風向和風速對飛機有著很大的影響，而飛速改變迅速，無法有效捉摸，通常國際航空與氣象界是按照實例，把在600 米以下的風切變定性為飛機起飛著陸過程的“ 無形殺手”。風切變是小尺度風向或者風速瞬間改變的航空現象，飛機在空中飛行時稍有差池就會造成機體損壞，嚴重的還會導致飛機失事，嚴重降低了飛機的安全率。通過有效采用氣象雷達，建立低空風切變的預警系統或者風廓線儀、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，對不同天氣狀況的風切變進行觀測，提前避開風切變，提高飛行安全性。

3.4 氣象雷達實現飛機尾流的探測運用

飛機尾流是飛機在飛行過程中出現的一類不規則的飛行運動，是跟隨在飛機之后的兩個反向旋轉的圓錐式渦旋氣團，也可以說飛機尾流就是大氣湍流的一種形式。飛機尾流會造成飛機發生下沉、抖動等情況，嚴重的還會造成發動機停止或飛行狀態的發生改變。利用氣象雷達對飛機尾流進行有效檢測，獲得風場的具體探測數據，把探測到的數據進行收集，包括收集的大氣環境溫度、風場信息、濕度等氣象數據，再借助有關的計算機系統生成對應的飛機尾流變化模型，從模型的變化表現認識具體尾流現象，以此達到在飛機實際飛行過程中尾流變化的監測。