陳燕珠

摘 要：云是影響航空飛行的重要?dú)庀笠刂?，不同的云?duì)飛行的影響是不同的，低于機(jī)場(chǎng)起降標(biāo)準(zhǔn)的低云對(duì)飛機(jī)的起飛和著陸有重要的影響。一些特殊的云，比如濃積云、積雨云等云中存在極強(qiáng)的對(duì)流，并伴有雷擊、冰雹和強(qiáng)烈的風(fēng)切變，造成飛機(jī)積冰和強(qiáng)烈的顛簸會(huì)引起飛行障礙，甚至?xí)＜帮w機(jī)的安全。激光云高儀的出現(xiàn)給航空飛行安全提供了重要的可靠的安全保障。

關(guān)鍵詞：云；飛行；激光云高儀

一、福州長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)云的概況

（1）云量

福州機(jī)場(chǎng)地處福建沿海，水汽充沛，常年云量較多，累計(jì)平均總云量為5.3個(gè)量，累年平均低云量為4.1個(gè)量。全年出現(xiàn)BKN、OVC兩個(gè)量級(jí)低云的頻率分別為21%和28%，OVC量級(jí)較為常見，兩者低云的頻率和達(dá)到49%，說(shuō)明每年將有一半的時(shí)間會(huì)出現(xiàn)5個(gè)量以上的低云，因此對(duì)飛行有一定的影響。

（2）云狀

福州機(jī)場(chǎng)一年四季都有強(qiáng)對(duì)流云出現(xiàn)，年均出現(xiàn)頻率為3%，出現(xiàn)頻率年變化率大.影響飛行的其他低云主要包括雨層云（碎雨云）、層云（碎層云）淡積云，其主要特點(diǎn)是云底高度低，移速快，可在短時(shí)間內(nèi)覆蓋機(jī)場(chǎng)，對(duì)飛機(jī)起降影響很大。

（3）云高

云高是影響飛行活動(dòng)的重要因素之一。由于福州機(jī)場(chǎng)地處海邊特殊的地理位置，低而多變的低云已成為影響正常飛行的關(guān)鍵因素。

由于福州長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)云的如此多變性，所以云高儀顯得更加重要。目前福州機(jī)場(chǎng)共配有兩套CL31云高儀系統(tǒng)，分別位于03跑道頭和21號(hào)跑道頭。

二、激光云高儀CL31的測(cè)量原理

（1）測(cè)量原理

Vaisala 云高儀 CL31 運(yùn)用脈沖二極管激光 LIDAR 技術(shù)（LIDAR = 激光探測(cè)和測(cè)距），功率強(qiáng)大的短脈沖沿垂直或近乎垂直方向發(fā)出。在激光脈沖穿過(guò)天空時(shí)測(cè)量光的反射，由霾、霧、輕霧、雨幡、降水和云層引起的后向散射。CL31存儲(chǔ)和處理產(chǎn)生的后向散射廓線（即信號(hào)強(qiáng)度與高度比），并同時(shí)探測(cè)云底。根據(jù)激光脈沖發(fā)出和接收到后向散射信號(hào)之間的時(shí)間差即可計(jì)算出云底高度，常規(guī)表達(dá)公式為 h = ct/2 其中 c 是光速。云高儀 CL31 能夠同時(shí)探測(cè)三個(gè)云層。如果由于降水或接近于地面的霧而導(dǎo)致云底模糊不清，CL31 則會(huì)報(bào)告垂直能見度。實(shí)際測(cè)量信號(hào)通常，處于任何高度的粒子都會(huì)散射光，因此實(shí)際返回信號(hào)可能與下方的圖 1 中所示類似。

返回信號(hào)的瞬時(shí)量級(jí)提供有關(guān)大氣在特定高度的后向散射屬性的信息?？蓮姆祷匦盘?hào)推算出有關(guān)霧、降水以及云層的信息。霧和降水會(huì)衰減來(lái)自云的返回信號(hào)。不過(guò)，霧氣和降水的后向散射信號(hào)也提供可用于估計(jì)此衰減和計(jì)算必要補(bǔ)償（最高可達(dá)上限）的數(shù)據(jù)。在其正常的全量程操作范圍內(nèi)，云高儀每33或67ms 對(duì)返回信號(hào)以0 到50μs 間隔進(jìn)行數(shù)字采樣，提供從地 面到 7700 米的高空 5 或 10 米的空間分辨率。

（2）硬件模塊

1=內(nèi)部加熱器CLH311

2=CLO321光學(xué)裝置

3=云高儀接收器CLR321

4=接收器環(huán)

5=發(fā)射器環(huán)

6=云高儀發(fā)射器CLT321

7=主斷路器F1

吹窗器和內(nèi)部加熱器斷路器F2

8=云高儀引擎板CLE321

9=同軸電纜226296

10=激光監(jiān)控器板CLM311

11=電池盒（用于不間斷電池）

12=交流電源CLP311

13=電池開關(guān)

14=窗口CLW311

15=測(cè)量單元外殼

窗口風(fēng)機(jī)通過(guò)J1 接線端子固定到外罩，線電源輸入連接到J2接線端子上。外部接頭J3、J4分別為數(shù)據(jù)線和維護(hù)線。數(shù)據(jù)線適用于測(cè)量數(shù)據(jù)通信并可通過(guò)調(diào)制解調(diào)器或串行線（RS-232或RS-485）操作。維護(hù)線適用于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)訪問，且只用作RS-232串行線。從功能上講，兩種線的操作是相同的，即在兩個(gè)線中可運(yùn)行同樣的命令、操作和信息。出廠默認(rèn)設(shè)置是8個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶性、1 個(gè)停止位以及 9600 bps（對(duì)于維護(hù)線）和 19200 bps（對(duì)于數(shù)據(jù)線）。

三、CL31常見故障及分析檢修

（1）窗口污染警告。在終端表現(xiàn)連續(xù)出現(xiàn)，數(shù)據(jù)時(shí)有時(shí)無(wú)或是數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，故障原因通常是降水落在窗口上、鳥糞、樹葉、灰塵等污染了窗口。處理方法：清潔窗口。首先用清水清潔窗口，除去粗糙的顆粒，記住關(guān)閉機(jī)箱門。再用一塊柔軟的，防靜電無(wú)塵手套，玻璃清潔工具2-丙醇擦拭窗口。注意在清潔窗口期間，要檢查窗口風(fēng)扇的操作，除非吹窗器已在運(yùn)行，否則它應(yīng)在您用清潔布擋住激光束5秒內(nèi)啟動(dòng)，這將確認(rèn)吹窗器運(yùn)行正常。福州長(zhǎng)樂處沿海地區(qū)一般每周擦試一次，如遇室外天氣條件惡劣，應(yīng)隨時(shí)擦拭。

（2）電池電壓低警告?？赡苁窃撗b置使用備用電池供電的時(shí)間太長(zhǎng)。此時(shí)應(yīng)連接線電壓或更換電池。若電池充電失敗。檢查電池是否損壞，損壞請(qǐng)更換。若電池狀態(tài)良好，請(qǐng)檢查云高儀引擎板 CLE321 的運(yùn)行情況。

（3）吹窗器故障警告。故障原因：a 吹窗器電纜未連接。檢查吹窗器電纜是否已連接。b 吹窗器斷路器未打開。檢查吹窗器斷路器是否打開。c 線電壓電平不正確。檢查線電壓是否存在并正確。d 吹窗器卡住。檢查是否可見障礙物造成吹窗器運(yùn)行 故障。e 吹窗器受損。更換吹窗器。

（4）發(fā)射器故障警報(bào)。原因通常為激光老化或受損。則需更換激光發(fā)射器 CLT321。若激光沒有獲得電源。則從狀態(tài)信息中檢查線電壓是否標(biāo)記為 OK（正常）。

（5）接收器故障警報(bào)。故障原因有：a 接收器 CLR321 受損，則 更換 CLR321；b 電纜連接松動(dòng)，請(qǐng)確認(rèn)接收器 CLR321 和云高儀光學(xué)元件 CLO321 的電纜未受損并且連接正確；c接收器測(cè)試無(wú)法運(yùn)行，去確認(rèn)光學(xué)元件 CLO321 沒有放錯(cuò)位置或受損。

四、福州本場(chǎng)出現(xiàn)的復(fù)雜故障

2016年10月12日號(hào)云高儀出現(xiàn)無(wú)數(shù)據(jù)現(xiàn)象，設(shè)備室檢測(cè)通信服務(wù)器工作正常，赴現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)正常采集及傳送，兩端數(shù)據(jù)傳輸模塊工作正常。通過(guò)監(jiān)控終端檢測(cè)線路，顯示為Carrier ON and bad signal quality，接收到的數(shù)據(jù)變碼無(wú)法處理造成無(wú)數(shù)據(jù)顯示，可判斷為線路性能差造成。經(jīng)多次調(diào)換通信電纜，性能均無(wú)法滿足數(shù)據(jù)傳輸需求（環(huán)阻均在1000歐左右，空載對(duì)地電阻在30兆歐—100兆歐之間）。目前本場(chǎng)光纖傳輸也未調(diào)通，故只能利用降低傳輸速率的方式來(lái)降低通訊信號(hào)變碼，最終解決了因信號(hào)變碼服務(wù)器無(wú)法處理的情況。現(xiàn)線路監(jiān)控軟件顯示該線路傳輸質(zhì)量正好達(dá)到正常傳輸門檻值，可進(jìn)行有效傳輸。

五、總結(jié)

利用云高儀來(lái)輔助目測(cè)項(xiàng)目中云的觀測(cè)，不僅使觀測(cè)結(jié)果更接近于實(shí)際值，提高觀測(cè)人員的工作質(zhì)量，而且能盡量避免在復(fù)雜天氣條件下飛機(jī)的返航和備降的發(fā)生減少資源浪費(fèi)，為旅客節(jié)省時(shí)間，為航空公司創(chuàng)收，多方得利。

參考文獻(xiàn)

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