多普勒雷达在航空气象服务中的应用

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1多普勒雷达探测原理

1.1降水回波中的多普勒频率信息

在航空气象服务中最普遍的降水测量活动中，常规的数字化雷达只能借助雷达波的回波强度来对降雨区域的分布、强度和垂直结构进行判断。而多普勒雷达则能够根据降水回波频率和发射频率之间的变化信息对降水的强度、气流速度等航空关键信息进行测量。根据多普勒定律当波源与观测者作相对运行的时候，观测者所观测到的频率与波源的实际频率是不同的，这种频率的差异与波源与观测者之间的相对运动速度成正比。根据这一定理多普勒雷达就可以根据降水粒子的回波频率和发射频率的差异性，分辨出降水例子的运动速度、方向，并通过不间断的监测形成降水粒子的运动轨迹。并在此基础上形成对降水强度、分布和变化趋势的客观认识，同时也形成对该区域气流强度、方向和变化趋势的认识。

1.2多普勒雷达的体制

多普勒雷达与传统雷达之间的主要区别，就在于它能够区别出信号回波的微弱变化，而这种相对于发射频率的微弱变化正是形成多普勒雷达特殊气象监测能力的关键。通常情况下为了实现多普勒雷达的这一功能，雷达内部会采取工作频率和初相位不变，或者锁定工作频率的方式。从整体上看当前应用于航空气象服务的多普勒雷达主要有两种，一种是全相干多普勒雷达，一种是自相干雷达。其中全相干多普勒雷达的主要特点是应用了晶体振荡器发出的单频脉冲波，这种脉冲波束的稳定性极强，频率稳定性可以达到10-9，基本上可以满足锁定工作频率的要求，与回波对比能够发现其中的细微差别。自相干雷达的主要特点是应用了锁相位技术，虽然其自身发出的高频率脉冲具有强烈的不稳定性，但是锁相位技术的应用让发射波和系统回波能够进行动态比较，进而提取形成气象因素显示的气象信息。

2多普勒雷达在民航气象服务中的应用分析

2.1零径向速度的意义

在具体的多普勒雷达的民航气象服务应用中，经常会出现某一点的径向速度为零的情况，这是多普勒雷达在气象服务中应用的一个难点。通常情况下当出现径向零点的现象时，其位置的真实情况可能是两种。一种是该处的真实风向与雷达的径向垂直，因而雷达无法分辨出这一位置的风向信息。另一种情况是该区域的风向确实为零。从航空气象服务的安全角度出发，出现径向速度为零的情况时，首先应该作第一种情况的假设，即这一位置的风向与雷达径向垂直。在这一假定的基础上对该位置的风向分析可以依据区域的风向图分析，如在该位置的00方位耨一处径向速度也为零，那么该处就只能是东风或者西风。如果在该处的左侧临近点径向速度为负、右侧临近点的径向速度为正，则可以进一步判断该处风向为正西风。

2.2锋面附近多普勒速度图像

气象现象中的锋面现象会导致天气环境的突然变化，是航空气象监测中的主要检测对象，通常情况下多普勒雷达对锋面现象的发现主要是通过锋面两侧的环境信息变化来实现的，当锋面现象形成的时候，以锋面为界限两侧的基本环境信息会有很大差距，一旦监测到一个狭长地带的两侧环境信息差值达到一定程度，就可以判断其是锋面现象，并可以确定其环境因素变化最大的区域就是锋面所在，而根据两侧环境因素的差值信息和锋面的运行信息，就可以判断其是冷锋还是暖锋，并判断其基本运动方向。根据锋面现象的基本信息结合气象分析系统就可以判定其可能造成的天气变化和天气变化的位置。并对相应航班进行调整，使其规避危险天气区域。

3结论

航空交通作为一种新兴的交通方式，其本身的安全性是最为重要的影响因素，而现实的航空活动中对飞行器安全影响最大的就是天气因素，所以对多普勒天气雷达在航空气象服务中应用的研究具有鲜明的现实意义。本文从多普勒雷达的探测原理和多普勒雷达在航空气象服务中的具体应用对这一问题进行了简要分析，认为多普勒雷达与传统雷达相比的主要优势在于能够分辨系统发射波与回波之间的细微差别，进而对气象环境的具体信息进行分析，并借助其他气象分析软件实现对航空气象的全面监测。

作者:刘雪佳 单位:民航贵州空中交通管理分局