基于1.55μm激光雷达的晴空风切变结构研究北大核心CSCD

晴空风切变是公认的航空危险天气。为了研究155μm激光测风雷达对晴空风切变的探测效果,利用激光测风雷达数据,结合自观系统实时风场数据,对2022年2月13日影响银川机场的晴空风切变过程进行详细分析。激光雷达探测结果表明风切变发生前高空偏北风有下沉特征,动量下传导致地面北风增强;此次风切变由东北风与西南风交汇形成,东北大风呈楔形从近地层嵌入,形成水平风切变,随后向西南传播影响机场跑道。预报员利用激光测风雷达可以提前15min对此次风切变进行预警。     

基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法

介绍了低空风切变识别的研究情况,提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法,针对性设计了重点监测区域和告警方式;并于2016年春季和2018年春夏季,在气候、地形复杂度不同的多个机场进行低空风切变监测试验,通过分别与国外某型激光测风雷达以及同时段航空器报告结果做对比,评估本文算法的切变识别能力。试验结果表明,本文算法可以有效监测到激光测风雷达探测范围内的低空风切变,命中率可达88%以上。     

激光测风雷达分析典型高原机场风场特征

为了对激光测风雷达在民用机场的运行环境适应性及综合保障能力进行评估,采用国产自研激光测风雷达在典型高原机场为期3个月的风场联合监测试验数据,结合同址相关气象资料,分晴、多云、阴、雾及降水等不同气象条件,对激光测风雷达的风场数据进行了分析,以揭示典型高原机场的风场特征,检验国产激光测风雷达的综合保障能力。结果表明,在不同天气类型下,激光雷达的测风性能存在明显的差异,其在晴、多云、阴天整体表现较优,水平最大探测距离最远可达6623m,垂直最高可达2895m;同时,激光测风雷达能精准捕捉到高原机场的风场在时间尺度和空间尺度上的典型变化特征。该研究为雷达在民航的应用提供了参考。     

基于短距相干测风激光雷达的机场低空风切变观测

介绍了低空风切变及其预警的研究工作、相干多普勒测风激光雷达反演风场算法以及计算下滑道逆风廓线算法.进一步分析了2015年冬季和2016年春季北京首都机场低空风切变观测实验中所观测到的风切变案例,利用多种测量模式开展案例中风切变的监测,并对风切变观测结果进行了验证.实验结果表明,短距相干多普勒测风激光雷达多种测量模式均可能有效探测低空风切变.     

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究

基于机场上空小尺度风场结构特点以及单多普勒激光雷达测风原理,本文在现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出一种基于三维风场在分析体积内均匀分布假设的几何反演算法。此方法对单多普勒激光雷达测得的径向速度进行处理,实现对机场上空实际风速大小及其角度的反演,进而对风切变等灾害性天气完成探测。通过反演数据与原始数据进行比较,分析反演误差,结果表明几何方法能够较好的反映小尺度风场变化趋势。     

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。     

3维激光测风雷达技术研究

为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。     

西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究

低空风切变是航空安全的重大威胁,为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律,针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料,结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析.结果表明,两类风切变成因和演变特征有所差异,顺风切变线呈"锥形",由机场西侧向东"嵌入"跑道,而逆风辐合线则...     

基于相干多普勒激光雷达的北京机场春季低空风切变观测研究

低空风切变极易对起降过程中的飞行器、风力发电机的结构产生破坏性影响。简要介绍了低空风切变及风切变的危害,详细介绍了相干多普勒激光雷达的工作原理和低空风廓线反演算法,以及利用风廓线、风矢量图、风速梯度图等观测数据提取风切变的方法。分析了2015年春季北京首都机场低空风切变个例发生的气象条件和风切变强度。实验结果表明相干多普勒测风激光雷达能有效探测分析低空风切变。     

激光测风雷达研究微下击暴流引发的低空风切变

较强的低空风切变会引发超低空复飞,对飞机安全威胁较大。为了提高飞行安全保障能力,利用激光测风雷达和风廓线雷达提供的资料,对2018-04-26西宁机场突发的一次风切变进行了细致结构分析和形成机理研究。结果表明, 微下击暴流是造成此次低空风切变的主要原因,雷暴高压向外辐散气流和环境风同向叠加是低空风切变形成的直接原因; 干冷空气在2.0km高度处加速下沉,到达近地面形成雷暴高压,随后外流形成水平尺度约3.0km的辐散气流,而触发低空风切变; 此次低空风切变影响时间约8min,对飞行安全威胁最大是下击暴流产生初期; 0.4km~2.0km高度处上升气流迅速转为下沉气流的时刻,较低空风切变发生有约4min的提前量。该研究对如何利用测风雷达进一步提高飞行安全保障能力是有意义的。     

Advances in weather technology for the aviation system

It is affirmed that there is a critical need for the development of aviation weather warning and forecast system products that give attention to storm-scale weather. This specifically addresses weather events that occur on the 0-2 h time and 0.5 mile space scales, which are significantly smaller than the scales used in current weather systems. Through a series of weather sensor modernization systems, including Doppler weather radar vertical wind profiling radars, automated surface weather-sensing stations, and advanced weather satellites, the capability to obtain high-resolution advanced weather products will be enhanced. Examples both of deficiencies in the current aviation weather system and of expected advanced products in a modernized weather system are given. For example, a precise 30-60 min thunderstorm point forecast should become available during the next decade. In addition, a series of fully automatic weather hazard warning products, including those for low-altitude wind shear, tornadoes, and turbulence, will become available for air traffic controllers and flight crews. It is noted that, once validated advanced weather products are routinely made available, it is incumbent upon the operational users of the aviation system to develop more definitive means of making operational decisions that improve the safety and efficiency of the system     

气象雷达在民航安全中的应用研究

 本文研究了气象雷达在民航安全中的应用概况,主要包括风切变、湍流和鸟击危害探测.分析了微波和激光雷达两种风切变探测技术,探讨了对大气湍流和飞机尾流的探测方法,介绍了以美国鸟击危害咨询系统(AHAS)为代表的气象雷达探鸟系统,结合我国民航运输发展现状、物联网建设和新一代气象雷达网组建,展望了气象雷达在民航安全应用中的发展趋势.     

利用函数拟合的低空风切变三维建模与雷达回波仿真

高保真的低空风切变数据是进行低空风切变检测和飞行性能分析的必要基础。为解决低空风切变危险性高、发生突然且持续时间短等带来的真实数据不易获取的难题,本文提出了一种利用函数拟合的低空风切变三维建模方法。该方法依据风切变的流体力学特征,通过函数拟合的方式建立风场类型及特征可变的三维密度场和速度场,并按照现有机载气象雷达在风切变探测模式下的天线扫描与工作方式,实现低空风切变雷达回波仿真。仿真结果表明:该方法可灵活快速地实现低空风切变三维风场建模,雷达回波的速度估计结果较好地反映了低空风切变径向速度沿距离方向呈现反“S”型特征的分布特点。      

机载气象雷达风切变信号仿真

风切变是引起空难事故的重要原因之一。具有风切变探测能力的机载前视气象雷达对于保障航空安全非常重要。由于风切变现象具有危害大、持续时间短且不易探测的特点,使实际数据较难获取。因此,风切变回波信号仿真对风切变检测技术的研究和验证具有重要意义。文中对风切变雷达回波信号的仿真提出了一个新思路:首先,通过使用风场仿真软件生成一个较为真实的风切变风场,然后,根据雷达参数高保真地对风切变雷达回波信号进行仿真。通过仿真结果与风切变结构特征的对比,表明仿真过程合理,仿真数据有效。     

Sensors and systems to enhance aviation safety against weatherhazards

The authors describe the physics of adverse weather, the basics of Doppler engineering, and a host of advanced sensing systems-some with the ability to autonomously identify and track storm conditions-for all stages of airplane travel. Three major new Doppler radar systems are discussed: the next generation weather radar, the terminal Doppler weather radar, and the airport surveillance radar with a dedicated weather channel. Other relatively simple new instruments for aviation weather support include the low level wind shear alert system, the Doppler wind profilers, the automated weather observation system, and the automated surface observation system. These systems are designed to perform higher level functions such as detection, characterization, and hazard potential estimation of aviation-significant weather phenomena, as well as their communication and display automatically     

Radar remote sensing of the clear atmosphere—Review and applications

This is a review of clear-air radar with special emphasis on applications. The history of radio scattering from turbulence-induced refractive-index fluctuations is discussed along with current research programs using clear-air radars. Applications involving wind measurement are presently being implemented and the first operational use of clear-air radar will be to improve weather prediction. Eventually, the same clear-air radar system used to observe the weather will be used for optimum routing of aircraft for fuel economy and to estimate transport of pollutants in acid rain studies. Clear-air radar also can potentially be used as an airport hazard monitor for wind shear and wingtip vortices. A new application for clear-air radar is monitoring the presence and height of refractive layers aloft to predict anomalous propagation and estimate unusual radar coverage. Because insects are often detected by clear-air radars, we have included insects as clear-air targets and discuss the use of radar to study insects and birds.     

天气雷达的现状及发展趋势

天气雷达是监测、预警突发灾害性天气最有效的手段。首先介绍了国内外天气雷达的发展现状,以及我国天气雷达总体技术水平和应用能力与发达国家的差距,然后分析制约天气雷达技术发展的一些因素,最后根据新一代天气雷达技术特点以及国际天气雷达领域的前沿应用提出了我国天气雷达的发展趋势。