低空切变线与低空急流共同影响下浙江梅汛期暴雨落区分型

基于国家和区域自动气象站实况雨量资料、ERA5再分析资料、MICAPS常规观测资料,筛选出2015—2021年浙江地区12次梅汛期暴雨天气过程,对其暴雨落区进行分型,并对每一型暴雨影响系统的配置与变动情况进行分析总结。结果表明:浙江梅汛期暴雨落区与西太平洋副热带高压的变动、低空切变线的类型与强度、低空急流的强度和变动、高低空系统之间的相互配置密切相关,可以分为3类,即低空急流附近型、低空切变线附近型、低空急流与低空切变线之间型。

卷积神经网络STAP低空风切变风速估计

由于机载气象雷达前视阵下存在非均匀性地杂波,导致难以获得足够的独立同分布样本,影响杂波协方差矩阵准确估计,进而影响风速估计。对此,该文提出一种基于卷积神经网络STAP的低空风切变风速估计方法,通过少量样本就能够实现高分辨杂波空时谱估计。首先,基于卷积神经网络模型训练好高分辨杂波空时谱卷积神经网络,接着计算杂波协方差矩阵,进而计算卷积神经网络STAP最优权矢量进行杂波抑制,达到对低空风切变风速精确估计。该文在小样本情况下,将稀疏恢复问题通过卷积神经网络实现,完成对高分辨杂波空时谱有效估计,仿真实验结果表明该方法可以有效估计空时谱,并完成风速估计。

基于D3AR的半球共形阵低空风切变风速估计方法

针对半球共形阵体制下进行低空风切变检测时会受到强地杂波信号的干扰,导致风切变信号难以检测的问题,提出了一种基于空时自回归的直接数据域算法(Space-Time Autoregressive Direct Data Domain,D3AR)的低空风切变风速估计方法。该方法首先将待检测距离单元的数据从空域、时域以及空时域进行信号对消处理;然后将处理后的数据矩阵描述为空时自回归(Autoregression,AR)模型并估计模型参数;再通过构造与杂波子空间正交的空间来实现对杂波的抑制,最后通过提取待检测单元的最大多普勒频率来估计风场速度。根据仿真结果显示,该方法有效地实现了地杂波抑制,并且能够精确估计风速。

基于矩阵信息几何样本筛选下局域联合处理的低空风切变风速估计方法

针对非均匀杂波环境下,机载气象雷达低空风切变风速估计不准确的问题,本文提出了一种基于矩阵信息几何样本筛选下局域联合处理(Joint Domain Localized,JDL)的低空风切变风速估计方法。该方法首先提取雷达回波信号的特征信息建模为矩阵流形,然后通过选取几何度量方式估计几何均值矩阵,利用广义内积法(Generalized Inner Product,GIP)计算几何均值矩阵与各样本间相似度,并从训练样本中筛选样本相似度较高的训练样本估计待检测单元的杂波协方差矩阵,最后利用JDL方法构造降维变换矩阵,对杂波协方差矩阵进行降维处理,并构造降维处理器对非均匀杂波进行抑制,从而实现低空风切变风速估计。

基于激光雷达低空风切变监测的逐点滑动分析

针对激光测风雷达低空风切变识别率不高的现状,文章利用陕西榆林机场激光测风雷达的数据产品,开展数据质量控制,引入风切变强度因子构建滑动分析方法,使得低空风切变被有效识别。利用沙尘天气、持续大风天气和日变化天气下的风切变过程,结合航空器风切变报告、机场自动观测站气象报文,对下滑道上顶风和侧风廓线的风速进行逐点滑动判别与风切变强度识别,验证滑动分析方法的可用性与有效性。3个不同天气背景下的举例验证结果表明:通过逐点滑动分析,可判断下滑道上风切变强度因子最大值对应的高度位置与机组报告的风切变发生高度相吻合;风切变发生时,下滑道上侧风的时空变化明显大于顶风;在同一高度上,风速在短时间内存在较强的波动是造成风切变的原因之一。

激光雷达识别低空风切变的方法和效果

为了提升对低空风切变的识别和预警能力,基于国产FC-Ⅲ型测风激光雷达下滑道模式资料,结合航空器空中报告,对下滑道区域低空风切变识别的单斜坡法、双斜坡法和区域散度法进行了效果分析和评估,并利用雷达识别结果,统计分析得到了乌鲁木齐机场冬春两季低空风切变的时空分布特征。结果表明,雷达采用区域散度法对该机场低空风切变的识别效果最好,识别成功率可达86.7%;由时空分布特征分析可知,14:00—16:00时是该机场低空风切变发生的高峰,冬春两季的高发时段分别为14:00—18:00时和12:00—20:00时;春季风切变的频次35.7%和风切变强度0.0042/s均高于冬季的17.6%和0.004/s;跑道和两端下滑道空间位置的风切变雷达探测频率存在差异,说明该雷达能较准确捕获风切变发生的具体位置。该研究为激光测风雷达在低空风切变识别的应用提供了参考。

地形和建筑触发珠海机场低空风切变数值模拟

为了分析复杂地形和建筑物对珠海机场风场的影响及是否会诱发低空风切变,利用流体力学(CFD)软件FLUENT对珠海机场周围地形和建筑物进行风环境数值模拟,分析北、西北偏北和东北风背景下机场上空低空风切变的易发区。结果表明:(1)3个风向下地形和建筑物在机场跑道引起的风速波动均出现在500 m高度以下,且均主要出现在沿着跑道的方向;(2)吹北风和西北偏北风时,风切变均发生在100~500 m高度,主要由地形引起;(3)吹北风时,在跑道南端以外(距端口0.0~1.4 km区间)发生低空风切变的概率最大,其次在跑道南端附近(跑道内距端口0.2~1.5 km区间),吹西北偏北风时,在跑道南端附近(向外距端口0.5 km至向内距端口1.1 km区间)发生低空风切变的概率最大,其次在跑道中点附近(0.3 km区间);(4)吹东北风时,机场跑道风切变发生概率低。研究结果可为珠海机场低空风切变的探测和预警提供基础,为风切变的防范提供依据,对今后的机场选址及航空安全气象风险评估有参考价值。

西北干旱区机场低空风切变基本特征分析

为提升对西北干旱区低空风切变特征的认识,对该区域民航飞行安全提供可靠的气象服务保障,以新疆为例,利用机场语音方式航空器报告、机场例行观测实况报文、维萨拉(Vaisala)气象自动观测系统数据、飞机机载探测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5)对新疆区域17个机场接收的低空风切变报告进行统计,并对喀什机场一次典型低空风切变事件进行分析。结果表明:新疆地区低空风切变四季均有出现,夏季出现频率最高,低空风切变在90~300 m高度范围内频发,主要集中发生在中午至傍晚时段,中等强度的低空风切变出现频次最多,小机型飞机更易遭遇低空风切变。低空风切变发生时机场常受500 hPa西风气流型、低涡型、低槽型天气系统影响,且多伴有低空急流、地面大风及对流云等情况,特殊的地形环境也是影响新疆部分机场低空风切变频发的原因之一。对喀什机场一次典型低空风切变个例分析后发现,在低槽型天气系统影响下,飞机进近和复飞过程中遭遇了强风切变,包括强水平风向、风速的切变和强垂直风切变,在中小尺度系统影响下飞机在下降过程中极有可能遭遇下击暴流,从而引发强低空风切变。

拉萨贡嘎机场一次低空风切变天气过程分析

本文利用VAISALA自动观测站、多普勒气象雷达、EC数值预报产品等气象资料对拉萨贡嘎机场2023年6月的一次典型低空风切变过程进行了分析,以求提高高高原机场对风切变天气的监测与预警能力。结果表明,EC数值预报产品能较好地预报出高空风动量下传及本场出现的西南-偏南大风;多普勒气象雷达的0.5°仰角径向速度产品能提前4 min探测到本场西侧附近可能出现低空风切变的区域,该研究对今后类似天气预报有一定指导意义。

乌鲁木齐机场一次由对流天气引起的低空风切变特征分析

利用NCAR/NCEP FNL 1˚ × 1˚再分析资料和机场自动观测系统(AWOS)风数据对2019年7月18日发生在乌鲁木齐机场的一次对流型低空风切变进行分析。结果发现,此次对流型低空风切变是在弱天气尺度强迫下由短波槽和切变线触发不稳定能量所致。对流单体移动过程中产生的阵风是造成此次低空风切变的主要原因,因此低空风切变的变化与阵风的变化有很好的对应。低空风切变具有明显的阵性特征,持续时间波动较大,最短1分钟,最长13分钟;当跑道两端风向差足够大时,即使风速差小于2 m/s也能达到告警标准。

延吉朝阳川国际机场低空风切变成因分析

通过分析延吉朝阳川国际机场2019—2023年低空风切变日的天气环流形势及机场地面风与850 hPa之间的风矢差异,得出结论:83%的风切变出现在500 hPa冷涡底部槽线附近,17%的风切变出现在500 hPa高空槽线附近,总体在“南高北低”的气压场形势下产生;地面图上83%的风切变在高低压之间大气压梯度区内,17%的风切变出现地面均压场;不同的地面形势场造成地面风向或风速与850 hPa层风向或风速有较大差值时,航班在下降高度或上升高度容易遭遇低空风切变。

数据缺失情况下基于M⁃SPICE的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达回波数据缺失的情况下,低空风切变风速估计失准这一问题,本文提出了一种基于缺失数据稀疏迭代协方差估计(Missing Sparse Iterative Covariance-based Estimation,M-SPICE)的低空风切变风速估计方法。该方法首先构造数据缺失模型,然后根据协方差拟合准则计算估计算子,并不断迭代更新得到最终所需的估计算子,进而恢复得到缺失的风切变数据,最后将恢复得到的数据重构得到完整的风切变数据,实现对风场速度的准确估计。仿真结果表明,该方法能够有效实现缺失数据的重建并精确地估计风速。

地形对香港国际机场起降航道低空风切变的影响

为识别复杂地形影响下香港国际机场(HKIA,Hong Kong International Airport)低空风切变的易发空域,采用大涡模拟方法(LES,large eddy simulation)对机场及其周边地形进行了风场精细化数值模拟。结合风速云图比较东、东南、南、西南风背景下3条跑道起降航道上的风速变化,分析得出了地形与风场分布间的因果关系。通过与无地形情况下的对照试验结果对比,采用F因子(识别逆风)和7节标准(识别侧风)识别机场跑道低空风切变易发区间。结果表明,东风易造成飞机进离场的逆风风速发生时空变化;西南风影响跑道东侧着陆路径上的逆风风速,但几乎不影响跑道西侧离场路径的风速;在东南风和南风背景下,3条跑道起降航道低空段的侧风均受地形影响显著。根据3条跑道进离场航道上的低空风切变易发空域,得到了地形因素对香港国际机场低空风切变的影响范围,研究结果可为机场风切变风险防控提供主动规避措施和建议。

基于激光雷达和航空器报告识别低空风切变及其演变过程研究

低空风切变是影响航空安全和高效运行的重要因素。中川机场作为山地型内陆机场,受复杂地形和天气系统影响,风切变发生频率高且多发于夏季。本文根据航空器报告统计分析2009-2018年中川机场低空风切变事件的时空分布特征,采用基于测风激光雷达(Windcube 400s-at)资料的风切变识别方法对比了固定窗口法和自适应窗口法的识别效果,并探究了该地区风切变三维结构的连续演变和空间分布特征。研究表明,近十年中川机场低空风切变事件发生频次的增长率大于航班量的增长率;受天气影响,低空风切变事件峰值出现于4-7月和8-10月;67.2%低空风切变事件伴随对流天气,多发生于午后200 m高度以下,危险性高、风切变强度受对流天气强度影响。相比于固定窗口法,自适应窗口法识别范围更大,更适用于风切变三维结构连续演变的研究。该区域风切变垂直空间分布低,水平尺度多为1000~1500 m和2000~2600 m,过程持续时间多在20 min内,移动方向主要受背景风影响。本文研究结果有助于进一步了解该区域风切变的特征,为低空风切变识别、演变机理和预报预警等提供参考。

乌鲁木齐机场一次冷锋型低空风切变过程的LiDAR分析

为了研究低空风切变风场结构,针对乌鲁木齐机场2021-11-26发生的风切变不安全事件,采用FC-Ⅲ型激光测风雷达产品数据,配合美国国家环境预报中心再分析资料和常规气象观测资料进行分析和验证,取得了风切变演变过程的数据。结果表明,该次风切变过程发生在特定的地形风作用下,冷锋前小尺度冷空气造成显著的风向风速变化,东南风急流底部与西北风风带形成倾斜向上的垂直切变区,并引发冷锋型低空风切变;风切变发生前1 h,乌鲁木齐机场周边出现了风场转换;平面位置显示模式比航空器报告提前10 min监测到风切变,为东南大风风速骤减区,且风切变区随冷空气渗透西移;冷空气渗透过程东南大风层变薄西撤;07^(#)跑道附近,正侧风迅速减小且进近过程中伴有风向的大角度转变;冷空气由25^(#)跑道向07^(#)跑道楔形渗透,渗透过程发生在08:30~10:25期间;激光雷达捕捉到该次低空小尺度冷空气活动,分析出冷空气由东北侧进入呈后倾状态的演变过程和结构,并触发了中度风切变预警。这一结果对提高气象服务保障能力是有帮助的。

贵阳机场低空风切变成因初步分析

利用ECMWF ERA5再分析资料、贵阳机场航空器语音报告、贵阳机场自动观测资料等,通过合成分析及个例分析相结合的方法,分析了贵阳机场冷锋型、昆明准静止锋型、低空急流型和局地对流型风切变发生时的环流形势、天气系统的配合以及风切变发生时的风场情况。结果表明:1)冷锋型风切变需关注偏北风在700 hPa和850 hPa上的东伸情况以及900 hPa上的南压程度,机场跑道北端风向由南转北是风切变开始的信号;2)当准静止锋位于贵州省中西部时,贵阳机场上空逆温层内的偏南急流及近地面的弱北风往往导致飞机遭遇垂直风切变,当准静止锋在机场附近来回摆动时容易造成机场跑道南北两端出现对头风,从而导致风切变;3)低空急流型风切变出现时,低空急流与地面热低压相互配合,近地面风场受地形影响导致机场跑道两端风速不连续而产生风切变;4)局地对流型风切变可结合天气雷达、机场自动观测数据来有效监测。

低空风切变对民航飞行安全的影响与预防对策

低空风切变对航空安全具有严重危害,主要对飞机起降阶段影响较大,是航空界公认的“隐形杀手”。随着我国现代科技的飞速发展,飞机的使用频率越来越高,受到低空风切变影响的概率也不断上升。低空风切变具有变化快、时间短、范围小、强度大等特点,因此不易观察和预报。低空风切变现象是压倒性的,减少受此影响的最好办法就是避开它。准确合理地确定是否出现低空风切变,从而保证航空器安全飞行是航空人的主要责任。基于此,本文主要分析了低空风切变对民航飞行安全的影响与预防对策,仅供同行参考。

低空风切变对飞机起飞及着陆的影响分析

低空风切变是一种在航空领域具有较强影响的一种特殊气候,具有影响程度深、突发性强等特点。该气候对于飞机的飞行及着陆均有较大影响,甚至还会导致很多安全事故的发生。为深层次探究低空风切变的具体特点及应对策略,航空公司应深入分析低空风切变形成的天气状况以及环境特点,在明确低空风切变对航空活动影响的基础上,提出一系列降低低空风切变对飞机起飞及着陆影响的应对策略。这些应对策略能帮助飞行员准确分析低空风切变的发生原因、相关类型以及具体强度,更好的保障机场气象服务工作。

一次干雷暴引发低空风切变的特征分析

利用NCEP再分析资料、民航气象自动观测资料、风廓线雷达资料和激光测风雷达资料分析银川机场2021年9月20日干性雷暴引发低空风切变天气的特征,结果发现: 在不产生降水的雷暴云中也存在着较强的下沉气流,尤其是伴随中层有干冷空气的入侵时,干雷暴过程同样可以引起低空风切变的发生;在环境风场稳定且较强时,微小尺度的风场切变,会在一定程度上受到环境风场的影响;利用激光测风雷达的综合扫描模式可以立体、精准的探测到雷暴云下沉气流引起的空间风场的变化,能实时监测雷暴下沉气流引起的低空风切变出现的位置、强度、移速和移向。

陇南机场一次对流型低空风切变作用机理分析

利用FNL再分析资料、常规气象资料、多普勒天气雷达资料、机场自动观测系统数据、QAR数据,对2022年6月27日陇南机场一次低空风切变过程进行分析。结果表明:低空风切变是在多单体雷暴天气发生的条件下触发的,属典型的对流型低空风切变;对流云底下沉气流外流导致机场跑道右侧风速激增,垂直风的切变使处于进近着陆阶段航空器的飞行高度、速度和姿态发生剧烈变化,从而触发机载设备风切变告警;利用环境风矢量分解方法及风切变值计算方法分析QAR数据对于研究低空风切变形成机制与作用机理有较大帮助。