馬宇琪

摘 要 多普勒天氣雷達(dá)具有較高的時(shí)空分辨率，夏季強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)警主要依靠多普勒天氣雷達(dá)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)中作用巨大。洛陽機(jī)場(chǎng)不僅負(fù)責(zé)洛陽地區(qū)航班運(yùn)輸任務(wù)，還有大量的飛行訓(xùn)練，訓(xùn)練飛機(jī)機(jī)型較小，對(duì)天氣較為敏感，利用多普勒雷達(dá)進(jìn)行短時(shí)臨近預(yù)報(bào)在保障飛行安全工作中具有重要意義，尤其在夏季雷雨多發(fā)季節(jié)。所以本文簡(jiǎn)單探討多普勒天氣雷達(dá)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 多普勒雷達(dá);短時(shí)臨近預(yù)報(bào);飛行訓(xùn)練

引言

隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，航班架次逐年增加，為人們的出行帶來極大方便。在重視航空業(yè)發(fā)展的同時(shí)，航班延誤這一問題越來越被人們所重視，在眾多航班延誤原因中，氣象原因?qū)桨嗟挠绊戄^大，同時(shí)，洛陽機(jī)場(chǎng)飛行訓(xùn)練任務(wù)較多，飛行訓(xùn)練飛機(jī)較小，對(duì)天氣較為敏感，所以利用多普勒雷達(dá)進(jìn)行短期臨近預(yù)報(bào)，對(duì)降低航班延誤率，保障飛行安全具有重要意義。

多普勒雷達(dá)具有很高的時(shí)空分辨率，不僅能夠測(cè)量降水的強(qiáng)度分布，還能推算出雨帶的運(yùn)動(dòng)速度。夏季強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，多普勒雷達(dá)能夠及時(shí)檢測(cè)到中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和演變，同時(shí)，多普勒雷達(dá)的高掃功能，能夠探測(cè)出目標(biāo)云體的高度及強(qiáng)度中心，對(duì)判斷強(qiáng)天氣種類及人工影響天氣作業(yè)具有重要意義。

1多普勒雷達(dá)技術(shù)概述

多普勒雷達(dá)的工作原理可表述如下：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱為多普勒頻率[1]。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和強(qiáng)度;根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測(cè)出目標(biāo)的距離。從而確定物體所在位置、移動(dòng)方向、強(qiáng)度等信息。隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，多普勒雷達(dá)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的作用越來越大。

2多普勒雷達(dá)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.1 根據(jù)回波特征分析

多普勒雷達(dá)根據(jù)接收到的回波特征分析：層狀云水平范圍廣，降水具有均勻連續(xù)的特點(diǎn)，可持續(xù)數(shù)日，降水量大，在雷達(dá)上呈現(xiàn)片狀或塊狀，回波頂高度較低，多伴隨穩(wěn)定型天氣。積狀云云頂高度較高，發(fā)展旺盛的積雨云頂可達(dá)萬米高空，云中上升下降氣流交換強(qiáng)烈，在雷達(dá)上呈現(xiàn)團(tuán)狀，此類云對(duì)飛行安全威脅較大，飛機(jī)誤入積雨云中，可引起飛機(jī)強(qiáng)烈的顛簸，影響飛機(jī)操作性，損壞飛機(jī)儀器設(shè)備。所以在夏季強(qiáng)對(duì)流高發(fā)時(shí)期，我們根據(jù)多普勒雷達(dá)回波的形狀來判斷云的種類，確定其危險(xiǎn)性。夏季強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，積雨云來去迅猛，危害較大，在周邊發(fā)生對(duì)流天氣時(shí)，我們對(duì)對(duì)流云體進(jìn)行高度掃描，可以看到回波的強(qiáng)度中心、回波高度等信息，利用經(jīng)驗(yàn)判斷，當(dāng)回波高度在八千米之上時(shí)，發(fā)生雷暴天氣的概率較大，提醒飛機(jī)注意雷擊，提前避讓。當(dāng)回波高度在一萬兩千米之上時(shí)，發(fā)生冰雹概率較大，冰雹可損壞飛機(jī)，使飛機(jī)風(fēng)擋、機(jī)頭雷達(dá)罩等設(shè)備損壞，直接影響飛行安全。此外，我們可以根據(jù)回波移動(dòng)方向、強(qiáng)度變化等，運(yùn)用外推法，判斷回波中心到達(dá)機(jī)場(chǎng)的時(shí)間和強(qiáng)度等，提醒航班注意避讓，合理安排，提高飛行效率，保障飛行安全。

2.2 利用外沿氣流判斷地面陣風(fēng)鋒

夏季發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)，大量的降水引起的拖拽氣流沖擊地面后四散開，形成陣風(fēng)鋒，短時(shí)間內(nèi)使風(fēng)速超過20米每秒，洛陽機(jī)場(chǎng)訓(xùn)練飛機(jī)較小，抗風(fēng)能力差，強(qiáng)烈的陣風(fēng)鋒引起巨大的風(fēng)速變化，影響起飛或者降落中飛機(jī)的飛行姿態(tài)，造成飛機(jī)滑出跑道或者提前接地等嚴(yán)重后果，所以提前預(yù)防陣風(fēng)鋒在飛行訓(xùn)練中意義重大。強(qiáng)烈的陣風(fēng)鋒在雷達(dá)平掃回波上，呈現(xiàn)出均勻離開回波中心的波紋狀，好像一塊石頭投進(jìn)水中引起的波紋。

如圖1，2019年7月14日18時(shí)18分雷達(dá)回波圖，仰角高度1.5度，洛陽機(jī)場(chǎng)東北部發(fā)生對(duì)流天氣，對(duì)流天氣產(chǎn)生的拖拽氣流引起一次典型的陣風(fēng)鋒現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)兩次陣風(fēng)鋒過境，機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)速由西北風(fēng)忽然轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)速最大達(dá)到18米每秒，預(yù)報(bào)員根據(jù)多普勒雷達(dá)回波特征，運(yùn)用外推法，判斷陣風(fēng)鋒移動(dòng)速度，準(zhǔn)確確定陣風(fēng)鋒到達(dá)本場(chǎng)時(shí)間，完美保障訓(xùn)練和航班運(yùn)輸避過陣風(fēng)鋒的影響，給飛機(jī)飛行保駕護(hù)航。

2.3 根據(jù)速度圖特征分析

多普勒雷達(dá)探空得到基本速度圖，根據(jù)速度圖上的零速度線彎曲方向，可以判斷高空冷暖平流高度，判斷鋒面位置，確定鋒面是否過境等信息。如圖2，以雷達(dá)站為中心，零速度線先隨高度順轉(zhuǎn)，之后再隨高度逆轉(zhuǎn)，可以分析出以速度轉(zhuǎn)折點(diǎn)為分界，下方有暖平流，上方有冷平流。有時(shí)冷暖平流交界很低，下方存在的較低的暖平流形成保護(hù)蓋，而冷平流強(qiáng)度較弱不足以打破冷暖交界，所以阻止了上下氣流的交換，使空氣污染物持續(xù)存在于下方，影響能見度，所以我們可以根據(jù)多普勒速度圖中零速度線彎曲方向大致判斷冷暖平流交界高度，根據(jù)彎曲曲率減小的速度來判斷冷暖平流交界的消失時(shí)間，暖蓋消散后，底層污染物開始沖破暖蓋高度，向空中擴(kuò)散，地面能見度開始轉(zhuǎn)好。同理，如果底層冷平流或者存在逆溫層，高層暖平流，穩(wěn)定的冷暖交界一樣能阻止上下氣流的交換，影響能見度的擴(kuò)散和高空風(fēng)的動(dòng)量下傳。

如圖3，根據(jù)鋒面前后高空風(fēng)場(chǎng)的特征，結(jié)合多普勒雷達(dá)速度圖像分析，零速度線后方為西北風(fēng)，前方以多普勒零速度線為分界，分別為入流和出流的兩種特征，此時(shí)根據(jù)零速度線的位置判斷鋒面正在過境，結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)分析，從而可以用來判斷地面天氣和地面風(fēng)等相關(guān)要素。

2.4 多普勒雷達(dá)的不足之處

多普勒雷達(dá)是根據(jù)多普勒原理而工作的：波源和物體相互接近時(shí)，接收到的頻率升高;兩者相互離開時(shí)，則降低。多普勒雷達(dá)就是利用這種多普勒效應(yīng)制造而成的一種脈沖雷達(dá)[2]。故多普勒雷達(dá)只能測(cè)量物體相對(duì)雷達(dá)的法向速度而無法測(cè)量物體的切向速度，雷達(dá)分析出的速度圖像不能完全反應(yīng)物體的真實(shí)移動(dòng)方向，存在無法改變的缺陷。

此外，雷達(dá)進(jìn)行掃描時(shí)，頂部區(qū)域無法掃描到，所以造成頂部資料缺失。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)層狀云降水緩慢移動(dòng)至雷達(dá)上空時(shí)，回波減弱甚至消失，此刻預(yù)報(bào)員會(huì)誤以為降水消失，但實(shí)際情況可能是由于云體移動(dòng)到雷達(dá)正上空無法掃描到而引起的預(yù)報(bào)員誤報(bào)現(xiàn)象。所以根據(jù)此原理，當(dāng)云體移經(jīng)雷達(dá)站上空時(shí)，應(yīng)注意云體的強(qiáng)度變化，不可因?yàn)轫敳抠Y料缺失而錯(cuò)誤判斷降水強(qiáng)度，造成嚴(yán)重后果。

冬季降雪時(shí)，因?yàn)樵茍F(tuán)中冰晶粒子較多，小水滴對(duì)電磁波的反射較為均勻，而冰晶對(duì)電磁波的反射方向雜亂，雷達(dá)接收到的回波就無法真實(shí)反映云體的強(qiáng)度和含水量等信息，往往會(huì)出現(xiàn)看似回波強(qiáng)度很弱，但是卻造成強(qiáng)烈的降雪天氣，引起航班延誤、機(jī)場(chǎng)關(guān)閉等后果，造成巨大損失。故冬季針對(duì)降雪回波，應(yīng)考慮此種現(xiàn)象，合理預(yù)報(bào)降雪強(qiáng)度。

3結(jié)束語

短期臨近預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)中的一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)，來去迅猛的一些天氣現(xiàn)象極大影響了飛行安全，所以提升短期臨近預(yù)報(bào)的質(zhì)量一直是工作中的要點(diǎn)。多普勒雷達(dá)產(chǎn)品眾多，使用方法多變，這還需要廣大預(yù)報(bào)員在以后的工作中多加總結(jié)，將多普勒雷達(dá)運(yùn)用到短期臨近預(yù)報(bào)中，把預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)和雷達(dá)產(chǎn)品相結(jié)合，從而準(zhǔn)確判斷天氣種類、強(qiáng)度及影響時(shí)間等，對(duì)提升預(yù)報(bào)質(zhì)量、保障飛行安全具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 何洪寧，仝大偉.35G高性能窄波平板雷達(dá)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)[J].中國新通信，2017，（2）：162-163.

[2] 譚毅.多普勒效應(yīng)的仿真研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，（4）：93-95.