機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)選擇和安裝位置

1、機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)選擇和安裝位置0引言風(fēng)切變是影響航空器飛行的非常危險(xiǎn)的天氣。當(dāng)跑道附近存在風(fēng)切變時(shí)，飛機(jī)從小的順風(fēng)進(jìn)入大的順風(fēng)區(qū)域，或從大的逆風(fēng)進(jìn)入小的逆風(fēng)或順風(fēng)區(qū)域時(shí)，飛機(jī)速度就會(huì)減小，升力就會(huì)下降，飛機(jī)下沉，導(dǎo)致飛機(jī)無法正常起飛或飛機(jī)提早降落，危及飛行平安;當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入另外一種風(fēng)切變，即風(fēng)速垂直切變的強(qiáng)烈下沉氣流時(shí)，由于強(qiáng)度很大，甚至可能把飛機(jī)直接砸到地面，引發(fā)嚴(yán)重的飛行事故。對風(fēng)切變和空間風(fēng)場的有效探測既可以保證飛行平安，又可以節(jié)省經(jīng)營本錢進(jìn)步飛行效率。風(fēng)廓線雷達(dá)是利用大氣湍流對電磁波的散射作用探測大氣風(fēng)場的一種遙感設(shè)備，它可以在時(shí)間上不連續(xù)的獲取垂直空間的風(fēng)場分布，利用這些數(shù)據(jù)可以有效

2、的探測到風(fēng)切變。我國在本世紀(jì)中期就開始利用風(fēng)廓線雷達(dá)在民航機(jī)場進(jìn)展了試驗(yàn)研究，到目前為止中國已經(jīng)有20部左右風(fēng)廓線雷達(dá)進(jìn)展了業(yè)務(wù)應(yīng)用。風(fēng)廓線雷達(dá)正逐漸的成為探測機(jī)場風(fēng)切變和大風(fēng)的有效探測工具。本文根據(jù)民航機(jī)場的需求對如何選擇風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)和風(fēng)廓線雷達(dá)在機(jī)場安裝位置進(jìn)展系統(tǒng)的分析。1風(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度風(fēng)廓線雷達(dá)選擇不同的參數(shù)，有效探測高度是不同，根據(jù)不同的探測高度風(fēng)廓線雷達(dá)分為邊界層、對流層和平流層風(fēng)廓線雷達(dá)。2機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)選擇分析風(fēng)切變是機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)的主要探測對象，統(tǒng)計(jì)西北地區(qū)西安咸陽國際機(jī)場、蘭州中川機(jī)場、西寧曹家堡機(jī)場和銀川河?xùn)|機(jī)場2021年和2021年的64次影響航空器

3、飛行的風(fēng)切變發(fā)生高度和時(shí)間。發(fā)生風(fēng)切變的最大高度小于3000m，在高度小于100m時(shí)發(fā)生的比例為32.8%，在高度小于500m發(fā)生的比例為81.3%，在高度大于500m發(fā)生的比例才為18.7%。因此在機(jī)場及其周邊影響航空器飛行的風(fēng)切變主要集中在低空500m以下，并且在低于100m發(fā)生風(fēng)切變的次數(shù)更加頻繁，而風(fēng)切變發(fā)生的最大高度要小于3000m。4, 5, 6, 7和8月份(春夏季節(jié))發(fā)生風(fēng)切變頻率比較大，而在11, 12和1月份(冬季)發(fā)生的頻率比較低。因此民航機(jī)場對風(fēng)廓線雷達(dá)有效探測低空風(fēng)場的要求更高，在風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)選擇時(shí)更多考慮對低層風(fēng)的探測的有效性，而在最大探測高度只要大于或等于300

4、0m即可，因此選擇邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)最好。2.1天線口徑的選擇分析由于風(fēng)廓線雷達(dá)的最低有效探測高度由脈沖寬度和相控陣天線口徑?jīng)Q定，風(fēng)廓線雷達(dá)一般都采用全固態(tài)發(fā)射機(jī)，可以工作在比較窄的脈沖寬度，最小探測盲區(qū)可以降低到30m，因此天線口徑的選擇是機(jī)場選擇風(fēng)廓線雷達(dá)對低層風(fēng)探測效果的主要考慮因素。如今風(fēng)廓線雷達(dá)天線口徑主要設(shè)計(jì)在1.8m-6m，假定風(fēng)廓線雷達(dá)波長= 0.234m，那么相控陣?yán)走_(dá)天線波束形成的最低高度圖?？梢缘玫斤L(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際的探測高度、大氣折射率常數(shù)和溫度、濕度的變化趨勢根本一致，在冬季1月、2月和12月溫度和濕度的值都比較小，大氣折射率常數(shù)在10的量級，風(fēng)廓線雷達(dá)的實(shí)際探測高度小于2

5、500m;到了春季3月、4月和5月溫度和濕度都逐漸增大，大氣折射率常數(shù)在10量級，風(fēng)廓線雷達(dá)的實(shí)際探測高度大于2500m而小于3000m;到了夏季和初秋季節(jié)(6月、7月、8月、9月)溫度和濕度都到達(dá)非常大的值，大氣折射率常數(shù)也變得很大，特別在9月份濕度到達(dá)最大值，大氣折射率常數(shù)到達(dá)最大值在10ms的量級，風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際探測高度超過了4000m;到了10月和11月溫度和濕度又開始下降，大氣折射率常數(shù)又逐漸降到10的量級，風(fēng)廓線雷達(dá)的實(shí)際探測高度又降到了3000m以下。是在濕度為55%-58%時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際探測的有效高度隨溫度的變化曲線，是在溫度為20 0C-23 0C時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際探測的

6、有效高度隨濕度的變化曲線?？梢缘玫斤L(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度隨溫度和濕度的增大而增大，當(dāng)溫度小于50C時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)有效探測高度變化比較小，并且都在2000m左右，當(dāng)溫度大于250C時(shí)有效的探測高度到達(dá)了3000m左右;當(dāng)濕度小于45%時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)的探測高度在2000m左右，而當(dāng)濕度到達(dá)80%以上時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)的探測高度大于4000m。風(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度隨濕度的變化范圍2000m-5000m要大于隨溫度的變化范圍2000m-3000m，并且變化梯度更大。通過上面分析可以得到，由于大氣折射率常數(shù)隨溫度和濕度的變化，風(fēng)廓線雷達(dá)的實(shí)際探測高度差距特別大，并且與溫度和濕度程正相關(guān)。當(dāng)溫度和濕度的

7、值比較小時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際探測高度就比較小，當(dāng)溫度和濕度的值比較大時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)的實(shí)際探測高度就比較大;并且風(fēng)廓線雷達(dá)隨濕度變化的梯度比較大，而隨溫度變化的梯度較小。在一天中由于溫度和濕度的差異風(fēng)廓線雷達(dá)有效最大探測高度也是不同的。2.2發(fā)射功率的選擇發(fā)射功率是影響風(fēng)廓線雷達(dá)有效探測高度的重要參數(shù)之一，可以得到發(fā)射功率和有效探測高度成正比。根據(jù)不同的機(jī)場氣候特點(diǎn)選擇不同的發(fā)射功率可以有效的改善由于大氣折射率常數(shù)不穩(wěn)定對探測高度造成的起伏。當(dāng)機(jī)場的溫度和濕度全年都比較穩(wěn)定并且值比較大時(shí)，可以選擇偏小的發(fā)射功率，這樣不但可以保證風(fēng)廓線雷達(dá)有效探測高度又可以減小了對設(shè)備的硬件的要求;當(dāng)機(jī)場的溫度和濕

8、度隨季節(jié)變化起伏比較大(特別是在某個(gè)季節(jié)濕度太小)或者機(jī)場的溫度和濕度全年溫濕度都比較小時(shí)，要選擇偏大的發(fā)射功率以確保風(fēng)廓線雷達(dá)滿足機(jī)場的探高要求。3風(fēng)廓線雷達(dá)在民航機(jī)場安裝位置的分析風(fēng)廓線雷達(dá)在機(jī)場安裝位置的選擇是民航氣象預(yù)報(bào)員利用雷達(dá)探測數(shù)據(jù)向外提供良好天氣效勞的根底。安裝位置的選擇主要考慮:凈空、地理位置和風(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度。 安裝位置對凈空的要求必須滿足在探空區(qū)間沒有遮擋物、周圍有沒有強(qiáng)電磁波和高大建筑物的影響。根據(jù)?民用航空氣象探測環(huán)境管理方法?規(guī)定:風(fēng)廓線雷達(dá)四周的障礙物對探測系統(tǒng)天線形成的遮蔽仰角應(yīng)小于30.安裝位置對地形位置的要求盡量遠(yuǎn)離高大建筑物、大樹、山坡等遮蔽物，盡

9、可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電場、磁場物體。風(fēng)廓線雷達(dá)的安裝位置一定要考慮風(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度:當(dāng)航空器(起飛或者降落時(shí))路經(jīng)風(fēng)廓線雷達(dá)的探測區(qū)域時(shí)，航空器到天線平面的垂直高度應(yīng)該大于風(fēng)廓線雷達(dá)的最小有效探測高度。例如當(dāng)風(fēng)廓線雷達(dá)的天線直徑為2.4m、脈沖寬度為0.4,us、波長為0.234m時(shí)，風(fēng)廓線雷達(dá)應(yīng)該安裝位置應(yīng)該滿足航空器途徑它的探空區(qū)域時(shí)到天線平面的垂直間隔 大于50m.4完畢語本文系統(tǒng)的分析了根據(jù)機(jī)場的需求如何選擇風(fēng)廓線雷達(dá)參數(shù)和風(fēng)廓線雷達(dá)在機(jī)場安裝時(shí)主要考慮的因素。1.根據(jù)民航氣象對低空風(fēng)切變的探測需求，風(fēng)廓線雷達(dá)天線的直徑選擇2.4m最好，既保證了探測低空風(fēng)數(shù)據(jù)的有效性又使天線增益也比較大。2.由于大氣折射率常數(shù)與溫度和濕度具有正相關(guān)性，在選擇風(fēng)廓線雷達(dá)發(fā)射功率一定要考慮當(dāng)?shù)貦C(jī)場的溫度和濕度的變化特點(diǎn)，以保證風(fēng)廓線雷達(dá)實(shí)際的探測高度滿足機(jī)場對風(fēng)切變的最高探空需求。3.在機(jī)場選擇風(fēng)廓線雷達(dá)安裝位置時(shí)也要考慮風(fēng)廓線雷達(dá)的有效探測高度:當(dāng)航空器 (起飛或者降落時(shí))路經(jīng)風(fēng)廓線雷達(dá)的探測區(qū)域時(shí)，航空器到天線平面的垂直高度應(yīng)該大于風(fēng)廓線雷達(dá)的最小有效探測高度。雖然民航氣象對風(fēng)廓線雷達(dá)