基于QAR飞参数据飞行员风切变处置能力评价模型

为提高飞行员处置风切变的能力,本文基于快速存取记录器(QAR,quick access recorder)飞参数据建立了飞行员风切变处置能力评价模型。首先,将飞行员风切变处置能力分为处置决策及时性、程序合规性以及航迹管理能力3个维度;其次,基于层次分析法(AHP,analytic hierarchy process)建立飞行员风切变处置能力评价体系,并融合专家经验构建风切变处置能力定量评价模型;最后,基于QAR采集的飞参数据验证该模型的实用性和可行性。实验结果表明,本文所构建的定量评价模型可以较好地判别飞行员风切变处置能力的优劣,定位出其处置不当的指标,并给出操纵建议。该评价模型可为改进飞行训练提供参考,具有一定的实用价值。

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。

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。

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。

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。

风切变下评价方法对高速列车振动舒适性评价结果的影响

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题,既有平稳性指标在风切变下的评价结果,与司乘人员实际感受差异巨大,表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首先,对既有不同振动舒适性评价方法Sperling指标、ISO-2631、EN-12999、UIC-513、以及GB-5599等进行了系统梳理和评估差异的理论分析;其次,结合不同评价方法要求,通过多体动力学方法和人体动力学参数模型,建立了可一体描述车体与人体动力学影响的六自由度列车—座椅—人体耦合模型;在此基础上,进一步将风切变下实测列车气动载荷作为输入激励,分析了真实气动载荷作用下现有舒适性指标评估流程、频率加权曲线等对评价结果的影响,揭示了评价结果产生差异的原因;最后,基于既有振动舒适性评价方法,对风切变下高速列车振动舒适性的评价从指标参数、测点位置以及评价过程3个方面进行了建议和补充。研究结果表明:由于频率加权曲线和对各个方向振动的考虑形式不同,导致不同评价方法对人体敏感频率的侧重和振动形式的权重存在差异;建议风切变下振动舒适的评价方法将侧滚角速度和角加速度纳入并增加相应测点位置,同时旋转振动幅值可对转动舒适性进行评价,能在一定程度上反映出风切变下转动振动对振动舒适性的影响。

大气稳定度对边界层垂直风切变的影响

大气边界层垂直风切变是高层建筑、航空和风能利用等领域影响安全的重要因素,对大气垂直分布的研究具有重要实际价值。选用位于河北张家口地区的激光雷达测试场地的140 m测风塔数据,通过测风塔和激光雷达的同期外场测量,验证激光雷达与测风塔对垂直风切变的测量精度,研究大气稳定度对于垂直风切变的影响。结果表明:1)大气稳定度对风切变影响显著,风速切变、风向切变与大气稳定度的相关系数分别为0.48和0.54;2)风速切变随位温梯度的增加而增加,当位温梯度达到0.08 K·m^(-1)后,风速切变保持在0.35~0.40;3)位温梯度大于0时,风向随高度增加顺时偏转;位温梯度小于0时,风向随高度增加逆时针偏转;中性大气风向的垂直分布较为一致。通过测风塔和激光雷达的垂直观测建立了风速切变、风向切变与大气稳定度的关系模型,对风场垂直分布相关的研究与应用具有较好的参考价值。

基于风速概率分布与风切变指数的直流输电线路离子流场数值模拟方法

特高压直流(UHVDC)输电线路下方的离子流场是电磁环境的重要评估指标之一。风速作为常见也是影响较大的因素之一,有着明显的地域特点。为了避免资源浪费,在对地高度设计时,应考虑到不同地区的风速分布差异,而不是用过大裕度换取安全度。为此,该文提出一种基于风速概率分布与风切变指数的输电线路离子流场数值模拟方法。该方法通过待计算地区的风速数据构建Weibull风速概率分布函数模型,选择风速数据在95%以内的最大临界风速作为参考值,考虑风速传感器的安装高度,根据风切变指数计算场域不同高度处的风速分布,作为离子流场计算中不同高度节点的风速输入量。结果表明,引入风切变指数后的离子流密度与合成电场强度误差分别下降了16.2百分点和3.8百分点,明显优于传统固定风速模型。并以昆明地区某±800kV直流输电线路为例,采用该方法进行了计算。该方法能够有针对性地考虑输电线路所处区域的风速影响,特别是在高海拔高风速地区,可为输电线路在合成电场安全限值下的对地高度设计提供参考依据。

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。

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。

乌鲁木齐机场风切变特征分析及对新跑道建成后风切变告警系统的思考

本文利用机场AWOS资料、激光测风雷达资料及新疆区域航空器空中报告对2020~2023年新疆空域内航路危险天气事件进行统计,并对风切变进行着重分析,结果表明:1) 风切变是对航路影响最大的危险天气。2) 机场东南大风时风切变强度较强,持续时间长,出现风切变的频数较大。跑道两端风速差越大,风向差越大,水平风切变越强。3) 可利用三条跑道AWOS可实现对机场平面的风切变进行监测和告警,结合激光测风雷达产品,构建时间连续性强、时空分辨率高的机场低空三维风切变监视模型,提供有效的风切变告警产品,对保障机场低空飞行安全来说是有价值的。

重庆市山地地区近地层风切变研究

为分析重庆山地地区近地层风切变指数的特征,利用重庆市7座80~90m完整年测风塔实测数据,研究7座测风塔风切变指数时间和空间的变化特征。结果表明7座测风塔实测风切变指数差异较大,变化范围为0.04~0.34,相比1/7(约0.143)的参考值,实测风切变指数误差幅度最高达137%。该结论可用于重庆山地地区近地层风切变指数的模拟及风速推算,以提高该地区分散式风电项目开发选址和风能资源评估的科学性。

银川河东机场风切变预报指标探究

本文利用常规观测资料和多普勒雷达资料对河东机场气象用户关注的风向转换、季节性大风及雷暴大风三种常见的风切变类型选取典型个例进行分析,总结出:(1) 当预计未来10分钟内风速 ≥ 5 M/S,且风向变化 ≥ 90˚时,需发布风切变机场警报。(2) 对于大风天气,当预计风速 ≥ 8 M/S,且未来10分钟内风速增大或减小≥5 m/s时,发布风切变机场警报。(3) 雷暴天气背景下风切,当预计机场跑道正侧风 ≥ 10 m/s,700或850 hPa风速16 m/s时,发布风切变机场警报。

风切变指数对风电机组轮毂高度选取的影响分析

本文针对风切变指数与风电机组轮毂高度之间的关系进行了深入分析。通过对多个风场的历史气象数据进行挖掘分析,研究证明了风切变指数与风电机组性能和寿命有显著的相关性。具体来说,选择更适合特定风切变条件下的轮毂高度能够显著提高风电机组的能量输出和降低维护成本。通过模拟分析,当风切变指数为0.25时,选择90m的轮毂高度与当风切变指数为0.15时选择65m的轮毂高度相比,前者的能量产出提高了12%,维护成本降低了8%。这些发现为风电场设计和优化提供了有益的参考。

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。

相干测风雷达的风切变识别及预警研究

文章简述了激光测风雷达探测原理、扫描模式等;总结了激光测风雷达相关的风切变识别算法及中国香港国际机场预警系统的发展现状;分析了目前算法应用的不足,并对未来激光测风雷达的研究做出展望。以期为今后激光雷达在机场进一步的应用奠定基础。

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。

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应,但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异?以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例,利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料,开展了陆/海风电场对湍流强度(TI)和风切变指数(WSE)的影响差异初步分析研究。研究结果表明:陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响;其中,陆/海风电场对TI均为增强效应,建设后年均TI分别增加31%和37%,最大增幅分别发生在春季(47%)和冬季(49%);影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层,夜间大于白天,而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳;陆/海风电场对WSE影响差异显著,陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低,日变化明显减小,年均降低8%,最大降幅发生在秋季(12%);海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加,年均增加24%,最大增幅发生在春季(37%)。