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。

基于天气雷达的风切变识别研究

风切变是影响航空飞行和着陆安全的重要因素,为提升风切变的识别效果,首先利用“K-邻域频数”法对天气雷达数据进行质量控制,并针对不同的距离库讨论窗口尺寸对数据结果的影响。结果表明,采用多种窗口的质量控制能有效剔除噪声数据,并充分填补缺测点和缺测区域。其次对最小二乘法的识别区域进行改进,在雷达覆盖范围内各区域均有良好表现。使用直接差值滤波法和改进最小二乘法对阜阳地区的一次龙卷过程实例进行风切变的识别研究,对比两种方法的识别结果发现,在距雷达中心10 km内的区域,最小二乘法有较低的误识别率;在距雷达较远区域,该方法亦能精准识别风切变现象发生。

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。

激光雷达在机场低空风切变探测中的应用

简述了低空风切变及传统探测手段的局限,结合我国香港国际机场的最新研究进展,对多普勒激光雷达的测风原理、低空风切变探测中的自动识别算法及预警系统进行了综述,最后介绍了风切变探测目前存在的问题及最新发展:高性能、人眼安全激光等激光雷达新技术以及数据产品的开发利用是未来研究的重点。

基于相干多普勒测风激光雷达的不同成因类型的低空风切变观测

为实现不同成因类型的低空风切变观测,利用两台相干多普勒测风激光雷达在北京首都国际机场展开试验观测。针对干性雷暴和地形引起的两类风切变,分别采用多普勒波束摆动(Doppler Beam Swing,简称DBS)和下滑道两种扫描模式进行风切变的探测与识别。结果表明,DBS模式风切变识别方法可有效识别干性雷暴引起的水平低空风切变,下滑道模式可有效识别地形诱导的下滑道顺风和逆风风切变。干性雷暴造成的风速骤增、风向突变和上升下降气流的强烈对流是引发低空风切变的主要原因。地形诱导风切变主要由高速气流和复杂下垫面相互作用产生,具有偶发性和瞬变性的特点。