气象雷达在民航安全中的运用

龙源期刊网气象雷达在民航安全中的运用作者：傅帅周文杰来源：《科学与财富》2016年第12期摘要：本文浅谈气象雷达对于气象环境预测、分析的功能，在民航事业中的应用，具体阐述气象雷达如何预测对于影响民航安全的气象因素，通过对这些隐患因素的分析，对民航安全起到规避风险；以及开辟最佳飞行路线，从而节省航行费用等作用。关键词：气象雷达；风切变；雷雨；鸟击危害；民航安全中国民航事业在从新中国成立的半个多世纪，得到了蓬勃的发展，尤其在改革开放后，更是开辟了更多的航线，运量也是呈几何倍的增长。如今的民用航空运输业，几乎都可以用“安全第一，经济至上”来概括行业的运营宗旨。因为航空运输都是在空中运行，任何的飞行活动都需要在满足一定的气象条件下进行，所以天气对航空飞行以及民航安全，有着十分重要的影响，而可以探测和分析天气因素的气象雷达，对航空安全的作用，更是不言而喻。一、气象雷达简介气象雷达作为重要的大气探测工具，其发展至今经历了模拟、数字到以美国NEXRAD为代表的新一代气象雷达的三个发展阶段，目前已经广泛应用于天气预报以及农业、水文、林业、交通、能源、海洋、航空、航天、国防、建筑及旅游等领域。随着气象雷达探索技术的改进与发展，气象雷达在航空领域的作用也越来越重要，现代气象雷达不仅可以探测雷雨、强风、云雾等灾害天气，还可以对风切变、湍流和鸟击危害等严重影响航行安全的因素进行有效探测和预警。为降低这些危险因素为民航安全带来的隐患做出了巨大贡献，是民用航空运输事业能够安全、经济、舒适、快捷的强有力保障。二、气象雷达在民航安全中的应用随着航空工业的发展，航空器的性能有了长足的进步，飞行的高度、距离、抵御恶劣环境的能力都有了显著的提升，但是即使如此，也不能保障飞机穿越所有的天气区，安全顺利的完成飞行任务，自然界中仍然存在很多严重影响飞行安全的天气因素，主要有以下几类：低能见度天气（包括雨雪雾霾天气、低云天气等）、大气环境风场（包括风切变、湍流等）、鸟击危害等。而气象雷达在对上述恶劣环境的探测和数据分析，发挥着巨大的作用。1、低能见度天气1.1、低能见度天气对民航安全的影响飞行跑道附近天气的好坏，关系到飞机安全起落，而跑道上能见度情况的恶劣与否，对飞行也尤为重要。低能见度对飞机的起飞、着陆都有相当的影响。雨、云、雾、沙尘暴、浮尘、龙源期刊网烟幕和霾等都能使能见度降低，影响航空安全。地面能见度不佳，易产生偏航和迷航，降落时影响安全着陆，处理不好，还会危及飞行安全。当航线上能见度低时，会影响地标航行，对目视地标飞行，空投、照相、视察等活动有严重的影响。2013年1月6日，成都双流国际机场遭受了较为严重的一次大雾天气袭击，机场内最小有效能见度在50m左右，此次机场的强浓雾是近几年来影响面最广、延误航班最多、波及范围最大、滞留旅客人数最多的一场大雾。受此影响，机场不得不处于关闭状态，因此造成了100多个进出港航班延误，同时致使上万名出港旅客受困于机场，对此，机场发布了大面积航班延误预警信号和大雾预警信号等防护措施。恶劣天气下的能见度更是对民航机场、人们生活等方面带来很多的负面作用，其损失也是无法估量的。1.2、气象雷达对低能见度天气的探测和分析在气象雷达中，常用到的就是测雨雷达，又称天气雷达，是利用大气中的水滴、冰晶等质粒对电磁波的散射作用，发现积雨云、雷雨等降水系统，测定其水平和垂直分布、移动方向和速度、强度及降水量，判定其性质和发展演变趋势。能探测台风、暴雨、冰雹和局部地区强风暴。测雨雷达多为脉冲雷达，常用工作波长为3cm、5cm和10cm，探测高度为20km，探测距离200-400Km。探测过程中采用对信号进行衰减的方式，观察被探测区域的回波图像变化，测定其强度，确定其最强中心。而对于低云等天气状况，还会用到测云雷达进行探测，测云雷达与侧雨雷达近似，主要用来探测云滴直径较小，尚未形成降雨的低云，测量其高度及内部物理特征。测云雷达常用工作波长为1.25cm和0.86cm。在民航活动遭遇到低能见度天气时，就需要应用气象雷达对气象情况进行具体探测与分析，参照数据来调整或更改飞行计划，以确保航行安全。2、大气环境风场2.1、大气环境风场对民航安全的影响在大气风场环境中，需要气象雷达探测分析的风场环境主要有风切变、湍流等。在国际航空界公认风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素。风切变是指空间两点之间风的矢量差，即在同一高度或不同高度短距离内风向和（或）风速的变化。低空风切变常指高度600m以下风向风速突然变化的现象。大气湍流由大气快速不规则运动引起，属于气象学概念，通常表现为气流运动急速多变，方向变化不定。而无论是风切变还是大气湍流，都是表现为气流运动速度和方向的突然变化，后者更是无规律可循，在这种环境中飞行，相应的就要发生突然性的空速变化，空速变化引起了升力变化，升力变化又引起了飞机高度的变化。如果遇到的是空速突然减小，而飞行员又未能立即采取措施，飞机就要掉高度，以至发生事故。龙源期刊网、气象雷达对大气环境风场的探测和分析在民航发展初期，普通的气象测风雷达对于风切变和湍流的探测可谓是无能为力，但随着技术的不断进步，多普勒气象雷达技术的应用，也为民航预防和规避大气环境风场中的危险因素带来了强援。多普勒气象雷达大多应用于机场上空伴有雷雨的风切变，这种技术主要根据雷达回波以及反演的风场对风切变进行判别。对于大气湍流的探测，仍然是依据多普勒原理，当雷达波束照射到湍流区域时，湍流目标形成雷达回波，由于湍流急速多变的运动特性，所形成的是一个偏离雷达发射频率的且频谱宽度较宽的多普勒频移，与一般降雨区回波存在明显差别，从而根据这一特性来探测并且直接显示出湍流区域，从而保证飞行安全。3、鸟击危害3.1、鸟击危害对民航安全的影响鸟击是指航空器起降或飞行过程中与鸟类、蝙蝠等飞行物相撞的事件。自航空器问世以来，鸟击事件就对飞行安全存在严重的威胁。3.2、气象雷达对鸟击危害的探测和分析利用雷达识别鸟类目标，建立鸟击预测模型，有针对性的驱散和避开鸟群，是降低鸟击危害的有效途径。由于鸟类的直径在几厘米至几十厘米，为获得鸟类目标较稳定的RCS量值，探鸟雷达的工作波段通常选择为鸟类尺寸相当的S-Ka波段，因此应用雷达进行鸟类活动探测有着一定的理论可行性。三、总结民航事业的快速发展使得人民对飞机飞行的安全需求日趋增高，对安全、经济、高效的要求也越来越严苛，这就对航空用气象雷达提出了更高标准的要求。未来的航空气象雷达，为了让飞行棋能够适应更复杂多变的航空气象；开辟出更加经济安全的飞行路线；以及更加及时准确的预测影响飞行安全的气象因素，一定进一步应用计算机技术，以提高信号处理能力，提高对数据、图像的实时处理能力和测量精度，以不断提高气象雷达的数据采集和处理能力，来为民航安全保驾护航。参考文献：[1]梁爱民，陈露.低空风切变与飞行安全[J].中国民用航空.2009（09）[2]陈唯实，宁焕生，李敬，毛峡.基于两种扫描方式的雷达探鸟系统[J].北京航空航天大学学报.2009（03）龙源期刊网