航空气象课程

航空气象课程
气象雷达
天气雷达（又称测雨雷达）主要用于探测降水的发生、发展和移动，并以此来跟踪降水系统。

天气雷达的工作波长为3～5cm，它能探测200～400 km范围内的降水和积雨云等目标，测定其垂直和水平分布、强度、移动方向、速度和发展演变趋势，发现和跟踪天气图上不易反映出来的中小尺度系统。

因此，天气雷达是短时短期天气预报和航空气象保障工作的一种有力工具。

通过本实习课程，使学生能够了解不同类型降水回波的雷达平面显示和高度显示特征，特别是识别强对流天气回波特征。

通过对不同天气实况的雷达回波特征分析，为以后在工作能熟练识别和分析雷达图象，保障飞行安全有重要意义。

二、实习设备
本课程实习设备包括气象雷达接收显示系统。

三、实习内容和步骤
1.层（波）状云降水回波特征：
在平显（PPI）上，层（波）状云降水回波的范围较大，显绿色，呈比较均匀的片状，边缘发毛，破碎模糊。

若在大范围的弱降水中含有强雨中心时，则形成片絮状回波，中间有黄色或红色。

图1 层状云降水回波的平面显示在高显（RHI）上，层状云降水回波高度不高，顶高一般约5～6
千米，随地区和季节有所不同。

回波顶比较平坦，没有明显的对流单体
图2 层状云降水回波的高度显示
当对层状云连续性降水进行铅直扫描探测时，在RHI•上会出现零
度层亮带。

图3 零度层亮带
2. 对流云降水回波特征：
在平显上，对流云降水回波呈块状、尺度较小，从几千米到几十千米，内部结构密实，边缘清晰，黄色和红色的区域呈块状或点状分散在蓝色和绿色的区域中。

图4 对流云降水回波的平面显示
在高显上，对流云降水回波呈柱状，底部及地，顶部较高，在彩色图上，中心是黄色和红色。

一些强烈发展的单体，回波顶常呈现为砧状或花菜状。

还有一些强烈发展的对流云在发展成熟阶段降水还未落到地面前，常呈纺锤状，中间为明亮的红色。

图 5 对流云降水回波的高度显示
3.混合性降水──絮状回波
混合性降水的回波常表现为层状云降水回波和积状云降水回波的
混合。

在平显上，它的回波表现为范围较大，回波边缘呈现支离破碎，没有明显的边界，回波中夹有一个结实的团块，为黄色和红色。

图6 平面显示器上的絮状回波
4. 雹云回波特征
由于雹云的云体庞大高耸，云内含水量较大，因此在雷达平面显示器上表现为强度很大，边缘格外分明的块状回波。

图7 平面显示器上的冰雹云降水回波
在高显上，通常雹云回波柱粗大、高耸、陡直、顶部呈花椰菜状或砧状。

在雹云内部上升气流的部位，呈现弱回波穹窿。

图8 冰雹云降水回波的高度显示
雹云回波的特殊形状
在平显上，雹云回波远离雷达一侧（或上升气流流入一侧），有时出现呈“•U”形的无回波缺口；强对流回波的一侧，有时伸出强度较大、
边缘轮廓分明、但尺度较小的指状回波或钩状回波，它通常位于云体回波移动方向的的右侧或右后侧。

图9 雹云回波的特殊形状
5.利用雷达进行气象回避：
(1)应回避一切在屏幕上显现为红色和紫色的区域。

尽量使飞机与这些区域的距离保持在20海里以上，因为一些不夹带较多的雨粒的湍流区域会存在于较大降雨区以外的地方。

(2)飞机不可进入雷暴云回波范围之内的无回波区。

(3)如果在两块雷暴云之间穿越时，两块雷暴云回波之间的距离不应小于40海里。

(4)应避免因选用较短显示距离而使飞机进入所谓的盲谷区域
(5)5.雷达是用来帮助飞行员避开危险气象区域的，而不是用来帮助穿过这些区域。

雷暴、湍流、冰雹区域会给飞机带来极大危害，即使有机载气象雷达，也不能飞进去。

{ATR-72气象雷达的故障分析与排除}
一、气象雷达的基本原理简述
气象雷达通过不断扫掠的天线向飞机前方及其两侧扇区辐射功率强大的雷达脉冲信号，同时接收由降雨区等含水气象目标所产生的雷达回波。

回波信号在雷达接收机和显示器中经过复杂的处理，最终以目标图象的形式在显示器显示出来。

在通常情况下，不论飞机是平飞还是有一定的俯仰角或倾斜角，气象雷达显示器所提供的总是飞行高度上与水平面相平行的平面中的目标位置分布图形。

气象雷达系统一般由收发机、天线、控制盒、显示器等组成。

气象雷达收发机内有以下几个功能电路：发射电路、接收处理电路、收发转换电路、电源电路、监控电路、天线稳定放大电路。

气象雷达天线从结构上可以分成两部分：用于辐射和接收雷达信号的天线部分和控制天线运动的天线底座部分。

一、 ATR-72气象雷达系统的组成及连接
ATR-72气象雷达系统由收发机、天线、控制盒、波导管等组成，与系统相关的组件有1号SGU和2号SGU及1号AHRU。

X波段电磁波信号从收发机通过波导管被送到天线上辐射出去，在天线上接收到的回波信号也从波导管传到收发机内。

收发机内部接收电路将回波信号处理后产生2路气象信息信号，这两路信号分别被送到1号SGU和2号SGU。

收发机与1号AHRU相连接，接收来自1号AHRU的姿态信号。

收发机还将天线角度及扫描控制信号送到天线底座。

控制盒输出数字式的各种控制信号到收发机。

一、常见故障的分析与排除
1、天线的俯仰角有偏差，俯仰调节旋钮在零度位时探测不到前方水平面内的气象目标；或当飞机姿态变化时，不能正常工作。

而此时在正驾驶的EADI上俯仰、倾斜姿态指示正确。

产生这种现象的原因有以下几种可能性：
1）收发机内部的天线稳定放大电路工作不正常，输出错误的控制信号到天线底座，造成天线的俯仰角有偏差。

2）天线底座上的马达及驱动机构工作不正常，不能将天线调节到稳定平面上。

3）第一部AHRU给雷达收发机提供的飞机姿态信号不正确。

4）控制盒上调节旋钮给出的角度调节信号不正确。

根据以上分析我们可按下面步骤排除此类故障：
1）详细目视检查各插头、插座、波导连接处有无不正常情况及天线的安装情况。

2）在地面严格按工艺对气象雷达进行操作测试。

可根据具体的现象判断哪个部件是故障件，更换故障件后再次测试。

直到故障排除。

如果地面测试正常，更换收发机。

3）如故障不变，更换天线组件。

继续观察故障。

4）如故障不变，更换第一部AHRU。

继续观察故障。

5）如故障不变，更换控制盒。

继续观察故障。

6）如故障还存在，这说明前面更换上的组件中有故障件存在或是线路有问题。

在检查线路没有问题之后，根据具体情况，再次更换认为有问题的组件，直到故障被排除。

2、图像显示不正确，例如：图像呈黄色或红色；或红色条纹等。

产生这种现象的原因是：
1）收发机内部的发射电路或接收处理电路工作不正常。

2）显示器工作不正常。

3）天线盘或波导管内有灰尘或水气等杂物。

根据以上分析我们可按下面步骤排除此类故障：
1）确信显示器工作正常。

2）详细目视检查各插头、插座、波导连接处有无不正常情况及天线的安装情况。

3）清洁收发机、通风管、波导管及天线盘。

4）在地面严格按工艺对气象雷达进行操作测试。

如果地面测试不正常，可根据具体的现象判断哪个部件是故障件，更换故障件后再次测试。

直到故障排除。

5）如果地面测试正常，更换收发机。

观察故障。

6）如故障不变，更换天线组件。

3、气象雷达不工作，不扫描或不显示。

产生这种现象的原因有以下几种可能性：
1）供电系统
2）收发机内部电路工作不正常。

3）天线底座上的马达及驱动机构工作不正常。

根据以上分析我们可按下面步骤排除此类故障：
1）确信跳开关是闭合的。

2）确信控制盒工作正常。

3）打开雷达罩，进行操作测试，确信天线底座上的马达及驱动机构工作正常。

（注意：扫描开关在“ON”位）。

如工作不正常，更换天线底座。

4）如天线底座上的马达及驱动机构工作正常，更换收发机，进行操作测试。

二、注意事项
1、天线底座上的扫描开关正常情况下应该在“ON”位。

2、通电测试时，为了防止回波烧坏气象雷达系统，飞机前方30米以内不能有任何障碍物（飞机，梯子，车辆等）；天线有辐射，为防止雷达波对人造成伤害，飞机前方270°范围，2米以内不能有人。

3、拆装波导管接头时，注意检查封圈是否损坏或丢失。

波导管内不能有任何异物落入。