雙流機場風廓線雷達數據補盲方案設計與實現

雷亞會

(民航西南空管局氣象中心，成都 610202)

0 引言

目前成都雙流機場采用雙跑道運行模式，在東跑道02R端安裝有Airda-3000型固定式邊界層風廓線雷達，采用全相參脈沖多普勒體制和相控陣天線技術，利用大氣湍流對電磁波的散射作用遙感探測大氣風場等物理量，獲取近地面至5 km空中不同高度層的風速、風向和垂直氣流等風場數據。采用平板式相控陣天線，向雷達站所在位置上空的多個方向(1個鉛垂方向，4個方位相互正交、天頂角為15°)發射脈沖信號，最快2 min完成1個周期測量掃描并生成包含水平風速、水平風向的廓線數據，在900 m以下時探測分辨力為50 m，即該風廓線雷達的最低探測高度為50 m。Airda-3000型邊界層風廓線雷達數據處理軟件出廠時已經提供了1個接口，該接口可以接收固定格式的地面風觀測數據，達到補盲的效果，并能利用地面風對風廓線雷達數據進行質量控制[1]。同時，雙流機場東跑道02R端安裝有6要素自動氣象站(以下簡稱遙測站)，其可探測距地面10 m高的風向、風速數據，每分鐘產生1組風向、風速數據[2]?；谝陨蠗l件，文章通過軟件和硬件設計實現地面風數據引入風廓線雷達，以彌補風廓線雷達盲區高度內無風向風速數據的不足。

1 系統設計思路和結構方案

目前，雙流機場Airda-3000型固定式邊界層風廓線雷達架設于東跑道南端以南360 m，距跑道中心線(西側)130 m處；雙流機場東跑道02R端遙測站安裝位置距東跑道南端向北380 m，距跑道中心線(東側)110 m，二者直線距離775 m。考慮到低空風切變發生時地面風速一般在2 m/s以上，風廓線雷達采用5 min的平均值生成1組垂直廓線數據，文章認為二者直線距離在1 km范圍內均符合研究要求[3]。首先考慮到直接通過硬件線路將遙測站數據引入風廓線雷達，但此方案需要重新在兩個設備間挖溝施工，鋪設電纜，這對于全天運行的雙流機場來說實施難度較大[4]。而且遙測站為在用設備，需實時傳輸數據到航管小區供航空氣象用戶使用，直接從遙測站設備端并接讀取數據有可能影響原來在用線路的數據穩定性。綜合考慮，文章未采用直接引接數據的方案，而采用中轉引接方案。

文章采用方案如圖1所示，首先遙測站數據經過原有硬件線路將數據傳送至航管小區機房數據存儲服務器數據庫中，然后在風廓線雷達數據處理服務器上自主開發軟件，將原始數據轉換成風廓線雷達數據處理軟件可以接收的格式，再將處理后的數據傳送到風廓線數據處理服務器上，與風廓線雷達數據進行融合顯示，實現風廓線雷達地面風數據補盲。

圖1 遙測站數據引入風廓線雷達方案

2 系統實現及結果分析

2.1 系統實現

Airda-3000型固定式邊界層風廓線雷達未引入地面風數據時，風廓線雷達顯示界面只能提供給用戶最低50 m高度的風羽圖，在地面層高度沒有風向風速顯示，故用戶僅依靠風廓線雷達無法得到地面至50 m高空處的風向風速資料。

對風廓線雷達實施地面風數據補盲方案后，地面風的補盲數據引入了風廓線雷達，可以看到風廓線雷達風羽圖顯示界面上，在地面層高度同樣有風向風速顯示，使得整個空間的風數據信息融合顯示，有利于用戶對風切變天氣的整體分析。

2.2 效果分析

通過長時間的數據積累和對比，文章選取部分時間段的數據進行分析。當地面風速大于2 m/s時，地面風數據和風廓線雷達數據融合顯示后風數據信息較一致，變化均勻，用戶可以進行有效的整體分析。

當地面風數據小于2 m/s時，地面風數據和風廓線雷達數據融合顯示后風數據信息變化較大，甚至方向完全相反，此類地面風數據不僅不能起到好的分析效果，反而會對用戶的分析判斷造成不良影響。這是由于二者安裝位置相距775 m，當風速小于2 m/s時，在5 min內風的傳輸距離小于二者的直線距離，所以不可以將二者近似認為是同一安裝地點，即二者數據進行融合顯示沒有意義。但對于機場來說對風數據只關注風切變和風速較大時的側風，而風速較小時并不會對飛機的起降產生影響，因此可以不做考慮。

3 結束語

文章依據雙流機場設備安裝的特點以及現有硬件設備，結合自主開發軟件實現了雙流機場邊界層風廓線雷達的地面風補盲工作；進而根據對大量數據的積累和觀察，總結出有效補盲的方法，并證明了方案的可行性。未來將考慮使地面自動氣象站(或用便攜式氣象儀代替)與風廓線雷達建立在同一位置，對地面風速較小時的情況做進一步研究，以驗證在同一地點安裝時是否可以達到與風廓線雷達進行融合顯示的效果。