多普勒雷達在航空氣象服務中的應用

1、多普勒雷達在航空氣象服務中的應用 1多普勒雷達探測原理 1.1降水回波中的多普勒頻率信息 在航空氣象服務中最普遍的降水測量活動中，常規(guī)的數(shù)字化雷達只能借助雷達波的回波強度來對降雨區(qū)域的分布、強度和垂直結構進行判斷。而多普勒雷達則能夠根據(jù)降水回波頻率和發(fā)射頻率之間的變化信息對降水的強度、氣流速度等航空關鍵信息進行測量。根據(jù)多普勒定律當波源與觀測者作相對運行的時候，觀測者所觀測到的頻率與波源的實際頻率是不同的，這種頻率的差異與波源與觀測者之間的相對運動速度成正比。根據(jù)這一定理多普勒雷達就可以根據(jù)降水粒子的回波頻率和發(fā)射頻率的差異性，分辨出降水例子的運動速度、方向，并通過不間斷的監(jiān)測形成降水粒子的運

2、動軌跡。并在此基礎上形成對降水強度、分布和變化趨勢的客觀認識，同時也形成對該區(qū)域氣流強度、方向和變化趨勢的認識。 1.2多普勒雷達的體制 多普勒雷達與傳統(tǒng)雷達之間的主要區(qū)別，就在于它能夠區(qū)別出信號回波的微弱變化，而這種相對于發(fā)射頻率的微弱變化正是形成多普勒雷達特殊氣象監(jiān)測能力的關鍵。通常情況下為了實現(xiàn)多普勒雷達的這一功能，雷達內(nèi)部會采取工作頻率和初相位不變，或者鎖定工作頻率的方式。從整體上看當前應用于航空氣象服務的多普勒雷達主要有兩種，一種是全相干多普勒雷達，一種是自相干雷達。其中全相干多普勒雷達的主要特點是應用了晶體振蕩器發(fā)出的單頻脈沖波，這種脈沖波束的穩(wěn)定性極強，頻率穩(wěn)定性可以達到10-9

3、，基本上可以滿足鎖定工作頻率的要求，與回波對比能夠發(fā)現(xiàn)其中的細微差別。自相干雷達的主要特點是應用了鎖相位技術，雖然其自身發(fā)出的高頻率脈沖具有強烈的不穩(wěn)定性，但是鎖相位技術的應用讓發(fā)射波和系統(tǒng)回波能夠進行動態(tài)比較，進而提取形成氣象因素顯示的氣象信息。 2多普勒雷達在民航氣象服務中的應用分析 2.1零徑向速度的意義 在具體的多普勒雷達的民航氣象服務應用中，經(jīng)常會出現(xiàn)某一點的徑向速度為零的情況，這是多普勒雷達在氣象服務中應用的一個難點。通常情況下當出現(xiàn)徑向零點的現(xiàn)象時，其位置的真實情況可能是兩種。一種是該處的真實風向與雷達的徑向垂直，因而雷達無法分辨出這一位置的風向信息。另一種情況是該區(qū)域的風向確實

4、為零。從航空氣象服務的安全角度出發(fā)，出現(xiàn)徑向速度為零的情況時，首先應該作第一種情況的假設，即這一位置的風向與雷達徑向垂直。在這一假定的基礎上對該位置的風向分析可以依據(jù)區(qū)域的風向圖分析，如在該位置的00方位耨一處徑向速度也為零，那么該處就只能是東風或者西風。如果在該處的左側臨近點徑向速度為負、右側臨近點的徑向速度為正，則可以進一步判斷該處風向為正西風。 2.2鋒面附近多普勒速度圖像 氣象現(xiàn)象中的鋒面現(xiàn)象會導致天氣環(huán)境的突然變化，是航空氣象監(jiān)測中的主要檢測對象，通常情況下多普勒雷達對鋒面現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)主要是通過鋒面兩側的環(huán)境信息變化來實現(xiàn)的，當鋒面現(xiàn)象形成的時候，以鋒面為界限兩側的基本環(huán)境信息會有很大

5、差距，一旦監(jiān)測到一個狹長地帶的兩側環(huán)境信息差值達到一定程度，就可以判斷其是鋒面現(xiàn)象，并可以確定其環(huán)境因素變化最大的區(qū)域就是鋒面所在，而根據(jù)兩側環(huán)境因素的差值信息和鋒面的運行信息，就可以判斷其是冷鋒還是暖鋒，并判斷其基本運動方向。根據(jù)鋒面現(xiàn)象的基本信息結合氣象分析系統(tǒng)就可以判定其可能造成的天氣變化和天氣變化的位置。并對相應航班進行調(diào)整，使其規(guī)避危險天氣區(qū)域。 3結論 航空交通作為一種新興的交通方式，其本身的安全性是最為重要的影響因素，而現(xiàn)實的航空活動中對飛行器安全影響最大的就是天氣因素，所以對多普勒天氣雷達在航空氣象服務中應用的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義。本文從多普勒雷達的探測原理和多普勒雷達在航空氣象服務中的具體應用對這一問題進行了簡要分析，認為多普勒雷達與傳統(tǒng)雷達相比的主要優(yōu)勢在于能夠分辨系統(tǒng)發(fā)射波與回波之間