劉柏兵

（湖南長(zhǎng)沙市明德中學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 430100）

氣象雷達(dá)在民航安全中的應(yīng)用淺析

劉柏兵

（湖南長(zhǎng)沙市明德中學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 430100）

氣象雷達(dá)屬于雷達(dá)技術(shù)的重要組成部分，已經(jīng)在醫(yī)療、旅游、建筑、國(guó)防、航天、航空、海洋、能源、交通、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)氣象雷達(dá)在民航安全中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

氣象雷達(dá)；民航安全；應(yīng)用

1 引言

雷達(dá)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支——?dú)庀罄走_(dá)，在漫長(zhǎng)的發(fā)展中經(jīng)歷了模擬、數(shù)字到以美國(guó)為代表的新一代氣象雷達(dá)三個(gè)發(fā)展階段，氣象雷達(dá)在我們的現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，并且還成為醫(yī)療、旅游、建筑、國(guó)防、航天、航空、海洋、能源、交通、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域不可缺少的?？萍荚诓粩嗟倪M(jìn)步，氣象雷達(dá)怎能停滯不前？氣象雷達(dá)在探測(cè)技術(shù)方面默默地改進(jìn)，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域更加的廣泛，氣象雷達(dá)現(xiàn)在已經(jīng)可以應(yīng)用于民航安全，這得到了學(xué)術(shù)界得高度重視，氣象雷達(dá)不僅可以監(jiān)測(cè)雷雨等災(zāi)害天氣，還對(duì)民航作出了巨大貢獻(xiàn)，如：阻止飛機(jī)在飛行中風(fēng)切變、湍流和鳥類等危險(xiǎn)目標(biāo)的靠近，從而降低了近機(jī)場(chǎng)區(qū)域低空風(fēng)切變、飛機(jī)尾流和鳥擊事件的出事率，提高了飛機(jī)飛行的舒適性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性。

2 氣象雷達(dá)在風(fēng)切變探測(cè)中的應(yīng)用

風(fēng)切變?cè)诤娇諝庀髮W(xué)中是指小尺度風(fēng)向或風(fēng)速突然改變的航空現(xiàn)象，飛機(jī)在空中的飛行不容有所閃失，稍有差池就會(huì)導(dǎo)致機(jī)體損壞甚至飛機(jī)失事。飛機(jī)在空中最大的問(wèn)題就是風(fēng)向和風(fēng)速，而飛速是瞬間改變的，讓人們難以捉摸，國(guó)際航空和氣象界根據(jù)實(shí)例已經(jīng)將600米以下的風(fēng)切變現(xiàn)象稱為飛機(jī)起飛著陸過(guò)程的“無(wú)形殺手”，所以低空風(fēng)切變嚴(yán)重降低了飛機(jī)的安全率，風(fēng)廓線儀、低空風(fēng)切變預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)終端多普勒雷達(dá)系統(tǒng)、測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和集成業(yè)務(wù)化風(fēng)切變警報(bào)系統(tǒng)是機(jī)場(chǎng)為了有效監(jiān)測(cè)和提前回避風(fēng)切變而安裝的探測(cè)儀器。

多普勒氣象雷達(dá)技術(shù)主要根據(jù)雷達(dá)回波以及反演的風(fēng)場(chǎng)來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)場(chǎng)上空伴有雷雨的風(fēng)切變，晴空風(fēng)切變相對(duì)雷雨風(fēng)切變來(lái)說(shuō)是非常難掌握的，因?yàn)槠胀ㄎ⒉ㄐ驮谇缈罩械姆直媛实汀⑻幚硇盘?hào)的方式也受到限制，并且對(duì)風(fēng)的檢測(cè)能力較弱，如果采用激光雷達(dá)便可以有效的解決這一問(wèn)題，所以激光雷達(dá)對(duì)民航事業(yè)的發(fā)展是非常有幫助的。

3 氣象雷達(dá)在湍流探測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)湍流在氣象雷達(dá)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(jī)的安全性，所以不可小覷湍流對(duì)飛機(jī)的威脅。

大氣湍流在氣象學(xué)中被解釋為大氣快速不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而不規(guī)則運(yùn)動(dòng)是指氣流向四面大方運(yùn)動(dòng)的同時(shí)速度還是非?？斓摹?/p>

普通的氣象雷達(dá)只能通過(guò)大氣湍流和降雨量、無(wú)規(guī)律的回波形狀和急劇升降的雨梯度等間接的判別方法來(lái)測(cè)量大氣湍流，并不能快速、有效的測(cè)量出結(jié)果，因?yàn)閷?shí)際中的湍流并不是伴隨上述特征而出現(xiàn)的，它是變化莫測(cè)的，所以直接測(cè)量是非常困難的。

氣象雷達(dá)在20世紀(jì)80年代主要依據(jù)多普勒技術(shù)，氣象雷達(dá)根據(jù)多普勒原理在頻率中獲取湍流目標(biāo)，從而設(shè)計(jì)出湍流檢測(cè)器，湍流檢測(cè)器是將雷達(dá)波發(fā)射到空中，若是遇到湍流目標(biāo)雷達(dá)波回返回發(fā)射點(diǎn)，湍流區(qū)的回波與一般降雨區(qū)的回波相比，偏離度大、頻率高、頻譜寬的就是湍流區(qū)域，這樣就提高了飛機(jī)飛行的安全性。

4 氣象雷達(dá)在鳥情探測(cè)中的應(yīng)用

飛機(jī)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(jī)墜毀，所以ICAO將鳥擊災(zāi)害定義為A類航空災(zāi)難，空中的飛行物也是我們無(wú)法預(yù)測(cè)的，飛機(jī)的安全性受到嚴(yán)重的威脅。

當(dāng)對(duì)鳥類束手無(wú)策的時(shí)候，人們對(duì)雷達(dá)進(jìn)行了改造，使雷達(dá)具有識(shí)別鳥類的功能，還為了有針對(duì)性地驅(qū)散和避開鳥群而建立了鳥擊預(yù)警模型，鳥擊預(yù)警模型能夠有效地降低鳥擊危害的頻率，探鳥雷達(dá)還根據(jù)鳥類不同的體型改造出與鳥類尺寸相當(dāng)?shù)牟ǘ?，氣象雷達(dá)可以根據(jù)鳥類的活動(dòng)來(lái)進(jìn)行探測(cè)。

5 氣象雷達(dá)在飛機(jī)尾流探測(cè)中的應(yīng)用

飛機(jī)尾流也屬于湍流的一種形式，即飛行器在經(jīng)過(guò)后引發(fā)的空氣運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則的，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)下沉、抖動(dòng)等問(wèn)題，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車或者飛行狀態(tài)發(fā)生改變，嚴(yán)重影響著飛機(jī)的飛行安全。為了避免尾流對(duì)飛機(jī)的飛行產(chǎn)生不利安全，民航空中交通管理局對(duì)安全尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確的規(guī)定，但是在民航事業(yè)的發(fā)展下，尾流安全問(wèn)題愈加嚴(yán)重，這一問(wèn)題也受到了學(xué)界的廣泛關(guān)注。早在90年代末期，美國(guó)FAA與NASA就制定了綜合性的研究計(jì)劃，對(duì)間隔標(biāo)準(zhǔn)與尾流特征進(jìn)行了深入的研究，利用風(fēng)場(chǎng)信息、濕度、溫度等氣象數(shù)據(jù)來(lái)制定尾流特征模型，以便更好的監(jiān)測(cè)尾流的變化。利用氣象雷達(dá)可以對(duì)尾流進(jìn)行良好的監(jiān)測(cè)，目前，Wind Tracer已經(jīng)開始在法國(guó)、德國(guó)等機(jī)場(chǎng)中得到了應(yīng)用，取得了良好的探測(cè)效果。

6 小結(jié)

我國(guó)為了保障飛機(jī)低空飛行的安全，推出低空空域開放政策，提出飛機(jī)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(jìn)步，氣象雷達(dá)技術(shù)也將以空天地一體化的聯(lián)網(wǎng)、將建筑障礙物、鳥擊危害、風(fēng)切變、湍流等民航安全威脅要素一體化作為終極目標(biāo)，進(jìn)行不斷的探索。

［1］ 陳唯實(shí)，寧煥生，李敬，毛峽.基于兩種掃描方式的雷達(dá)探鳥系統(tǒng)［J］. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2009（03）

［2］ 陳唯實(shí)，寧煥生，劉文明，李敬，王寶發(fā)，毛峽. 基于雷達(dá)圖像的飛鳥目標(biāo)檢測(cè)與信息提?。跩］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2008（09）

［3］ 寧煥生，劉文明，李敬，趙欣如. 航空鳥擊雷達(dá)鳥情探測(cè)研究［J］. 電子學(xué)報(bào). 2006（12）

［4］ 蔣磊，馮徑，王錦洲，沈曄. 面向氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髅襟w流量控制研究［J］. 南京師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2014（01）

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1003-5168（2015）11-145-01