风廓线仪在低空风切变探测中的应用初探-纪鹏飞讲解
风廓线雷达在我国民用航空气象领域中的研究与应用
风廓线雷达在我国民用航空气象领域中的研究与应用作者：钱一嘉来源：《科学与财富》2016年第18期摘要：本文从理论上分析了风廓线雷达的工作方式和特点，阐述了风廓线雷达在我国民用航空气象领域中实际的应用情况和未来发展趋势。
低空风切变是一种小尺度性质的天气系统现象，最至关紧要的一点是不容易被观测，这就对飞机运行状态产生了重要影响，是飞机事故的一种安全隐患，所以国内外对这种气象类型给予了高度重视。
在多数机场中都有风廓线雷达的装置，探测气象要素的变化情况，保证飞机在飞行和着陆中的安全状态。
关键词：风廓线雷达；民用航空；航空气象前言：风切变是民用航空气象界的一个热门话题，对飞机运行产生了一定威胁，当正在运行中的飞机遇到这种气象条件，会不受控制，从而导致安全事故的发生，是引起空中事故不容忽视的隐形杀手。
因此为了安全保障，要从根本上对风切变增加认识了解，加强对其现象的研究，降低造成的危害。
风廓线雷达是一种新型气象雷达，能够对风切变等气象要素以垂直探测模式进行监控。
低空风切变的产生与大气本身运动情况等因素有着重要关系，风廓线雷达的应用能够探测到其存在，能够获取到相关数据信息，为规避这种气象条件的不良影响创造了有利条件，大大保证了飞机运行的安全性。
本文以风廓线雷达与低空风切变为研究对象，对风廓线雷达探测低空风切变的应用展开了论述。
一、民用航空气象风廓线雷达与低空风切变概述（一）风廓线雷达风廓线是对风速的一种描述，是对风速与高度关系的描述，也就是分析当高度变化时风速如何随着变化，为风速在大气边界层内的规律奠定了研究基础。
其调查方法是在小于1.5千米的地面高度基础上测试出风速、风向，通过测试观察风速、风向与高度的关系，并根据大气稳定度进行分类，得出数学表达式[1]。
而风廓线雷达是描述风廓线，用来研究风速的一种遥感设备，还可以用来对天气的监测。
从不同方向高空发射电磁波束，电磁波受到大气折射率的影响发生散射现象，雷达对电磁波束信息进行接收处理，形成大气风场，收集有关大气风场的信息，对高空风场做出进一步的探测，探测过程体现出自动化程度高与不受时间与空间限制的高.分辨率。
风廓线雷达资料的处理和应用
风廓线雷达资料的处理和应用发表时间：2017-09-29T09:53:03.140Z 来源：《基层建设》2017年第15期作者：潘亮东1 邓孟珂2 陈尚云1 朱鹏3 喻丽1[导读] 摘要：雷达水平风廓线资料可以很直观地显示随时间变化风场的垂直结构。
为了利用风廓线雷达进行降水研究，分析了2010年7月南京风廓线雷达探测降水的个例。
通过风廓线雷达提供的大气折射率结构常数、水平速度、垂直速度等多种资料,可从多种角度了解降水过程，清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度，得出了强降水预报的着眼点和定性指标。
1盐城大丰区气象局江苏盐城 224100；2泰州市气象局江苏泰州 225300；3淮安市气象局江苏淮安 223001摘要：雷达水平风廓线资料可以很直观地显示随时间变化风场的垂直结构。
为了利用风廓线雷达进行降水研究，分析了2010年7月南京风廓线雷达探测降水的个例。
通过风廓线雷达提供的大气折射率结构常数、水平速度、垂直速度等多种资料,可从多种角度了解降水过程，清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度，得出了强降水预报的着眼点和定性指标。
关键词：风廓线雷达水平风场垂直速度大气折射率结构常数C2n1 风廓线雷达简介风廓线雷达是利用大气湍流对电磁波的散射原理对大气三维风场进行连续性探测的设备。
作为一种新型无球高空气象探测设备，风廓线雷达已成为当前常规气象探测体质的重要补充。
，可不间断地提供大气风场、垂直气流、大气温度、大气折射率结构常数等气象要素随高度分布，具有时空分辨率高、连续性和实时性好的特点。
2 风廓线雷达在降水中的应用风廓线雷达在测量降水过程中对降水的预报，降水过程的分析有一定的作用。
我们对南京一次强降水过程进行探讨来分析风廓线雷达探测资料在降水中的应用。
2.1 天气背景分析2010年7月12日南京地区发生剧烈降水，当时正值梅雨天气。
从12日3时开始产生降水持续到13日3点，以12日12时雨强最大，降水持续时间较长，后降水逐渐减弱，13日03时停止。
《风廓线雷达原理》课件
03
特点
接收系统的性能直接影响雷达的灵敏度和抗干扰能力， 因此需要具备高灵敏度和低噪声水平。
天线系统
功能
定向发射和接收电磁波信号。
组成
包括天线阵列和伺服系统等部件，用于控制天线 的方向和扫描范围。
特点
天线系统的性能直接影响雷达的扫描速度和覆盖 范围，因此需要具备高精度和快速响应能力。
信号处理系统
谢谢聆听
将雷达部署至不同地点，实地测量并与标准气 象观测数据进行比较，评估雷达性能。
实验室测试
在特定条件下，模拟雷达工作环境，进行 性能检测。
B
C
长期监测
长时间连续运行雷达，观察其性能变化，评 估其稳定性和可靠性。
与其他雷达比较
将新型雷达与现有雷达进行比较，评估其在 性能、精度和效率上的优势。
D
雷达性能评估方法
风廓线雷达技术发展趋势
探测精度提升
随着技术的不断进步，风廓线雷 达的探测精度将得到显著提高， 能够更准确地测量风速、风向等 气象参数。
多普勒频移技术应
用
多普勒频移技术在风廓线雷达中 的应用将进一步拓展，能够提供 更丰富的气象信息，如湍流、风 切变等。
智能化和自动化
风廓线雷达将朝着智能化和自动 化的方向发展，能够自动识别和 跟踪目标，减轻人工操作的负担 。
风向反演算法
根据雷达回波信号的相位差等信息，反演出 风向信息。
数据后处理
数据融合
将多个雷达站的数据进行融合，提高数据的准确性和 可靠性。
数据可视化
将处理后的数据以图表、图像等形式进行可视化展示 。
数据分析
对处理后的数据进行统计分析，提取有用的气象信息 。
04 风廓线雷达性能评估
激光雷达在机场低空风切变探测中的应用
激光雷达在机场低空风切变探测中的应用王青梅;郭利乐【摘要】The low altitude wind shear and the limitation of traditional detection techniques are reviewed. Taking the latest developments of wind shear alerting services at Hong Kong international airport as an example, the principle of wind field detection, automatic detection and alerting of wind shear are overviewed. It seems that the high performance, eye-safe wind lidar and the exploration of its data are the key points for wind shear detection in the future.%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.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)012【总页数】5页(P1324-1328)【关键词】激光雷达;低空风切变;危险因子;风切变识别算法;香港国际机场【作者】王青梅;郭利乐【作者单位】北京航空气象研究所,北京100085;南京信息工程大学,江苏南京210044;北京航空气象研究所,北京100085;南京信息工程大学,江苏南京210044;94895部队82分队,福建龙岩366305【正文语种】中文【中图分类】TN958.981 引言低空风切变是国际航空和气象界公认的飞机起飞和着陆阶段的“无形杀手”。
风廓线雷达
频谱非相参累积后频谱(左)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
风廓线雷达信息提取
相参累积：风廓线雷达所处理的信号一般为 弱信号 ，需要进行回波信号积累，一般即如 何从噪声之中获取所需的信息 。对单个脉冲 进行适当相参积累之后,提取风廓线信息就成 为一种可能。信号相参积累可以较好的提高 其SNR ,直观的看,只要进行足够数量的相参 积累就可以获得比较理想的SNR ,继而就可以 比较容易的获得所需信息。
探测湍流、边界层高度、空气污染，进行大 气环境研究。洪钟祥等用低层大气廓线仪 LAP3000等设备获取的遥感资料研究了湍流 热通量的垂直分布、地面热通量以及边界层 高度等。 ZHONG Shiyuan 等用布于 California 中部山谷的22 部风廓线系统，对 该区域盛行夏季风环流变化特征作了观测分 析，研究了该山谷三维风温结构的日变化特 征。
湿度廓线的推算：风廓线仪能够探测三维风 速场,无线电探声系统(RASS) 又能够获得有 效温度廓线。通过RASS 雷达获得的温度廓 线可以连续地估算出湿度廓线,从而能够对对 流层中水汽在大气运动中的作用进行更深入 的研究。
选址和维护
地理环境的选择：风廓线雷达的理想站点是 周围没有树木、高压输电线和建筑物的浅谷 或者开阔的平坦区域,且远离地面和空中交通, 并将电磁干扰降到最小。 电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
浅谈风廓线雷达的原理及其应用
浅谈风廓线雷达的原理及其应用作者：牟杰来源：《科学与技术》 2019年第1期摘要：风廓线雷达是一种新型的高空大气探测系统，需要在晴空天气下进行探测，可以实时监测大气三维风场信息。
本文结合风廓线雷达原理，探讨了风廓线雷达的应用，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：风廓线雷达；原理；应用引言风廓线雷达的应用实现了无人值守，可以对各种气象要素数据进行监测，同时具有高时空分辨特征。
因风廓线雷达探测优势和自身资料特点的综合作用，促进了数值预报模式工作的顺利开展，提升了天气预报的精细化水平。
风廓线雷达的使用弥补了传统探空资料时空密度不足的缺陷，同时还摆脱了时间方面的限制，在研究天气系统结构和演变中发挥着重要作用。
1.风廓线雷达的原理1.1风廓线雷达的定义将不同方向的电磁波束朝着高空发射，对因大气垂直不均匀而返回的电磁波束信息进行接收并处理的高空风场探测遥感设备称之为风廓线雷达。
结合风廓线雷达中的多普勒效应可实现区域上空随高度变化的风向、风速等气象要素数据的探测，其优点是探测时空分辨率高、自动化程度强等。
将声发射装置与风廓线雷达进行结合构成了具有无线电结构的声探测系统，可遥感探测到大气中温度的垂直廓线。
1.2风廓线雷达分类根据不同的天线制式，可以将风廓线雷达划分为相控阵风廓线雷达和抛物面风廓线雷达。
相控阵风廓线雷达体制可在各种类型的高空探测中使用，也是当前使用最为广泛的技术体制。
因风廓线雷达在测量气流速度的同时，还要定位空间气流信息，应具备发射脉冲电磁波和多普勒测速的功能，可以将风廓线雷达划分到脉冲多普勒雷达中。
晴空天气是风廓线雷达的主要探测对象，因此风廓线雷达往往被人们称之为晴空雷达。
根据不同的探测高度，可以将风廓线雷达划分为三种：边界层、对流层和中间层-平流层-对流层风廓线雷达。
其中边界层风廓线雷达的探测高度在3km左右，对流层风廓线雷达探测高度在12~16km之间；中间层-平流层-对流层风廓线雷达的探测高度在两者之间，其中探测高度不足8km的则称之为低流程风廓线雷达。
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究一、引言风廓线雷达是一种用于探测大气中风场特征的高分辨、全天候雷达系统。
它利用探测得到的散射信号和多普勒频移信息，可以获取大气中不同高度上的风速和风向数据。
这些数据对于气象、航空、气候等领域的研究和应用具有重要意义。
风廓线雷达数据的处理和分析是利用这一技术的关键环节，本文将对风廓线雷达数据的处理方法和应用进行研究和探讨。
二、风廓线雷达数据处理方法1. 数据获取风廓线雷达通过发射微波信号，利用散射回波量测来自大气中不同高度上的信号强度。
这些回波信号被接收到雷达天线，并通过模拟/数字转换等方式将其转化为数字信号保存。
获取的原始数据包括频率、强度和多普勒频移信息。
2. 数据预处理原始数据存在一定的噪声和杂波，需要进行滤波和去噪处理。
滤波可以选择不同的算法，如中值滤波、卡尔曼滤波等。
去噪处理可以采用傅立叶变换、小波变换等频域方法，也可以利用滑动窗口平均、差分算法等时域方法。
3. 数据分析数据分析主要包括信号处理、多普勒频移解算和风分析。
信号处理包括雷达图像生成和分析，可以利用滤波、插值等算法对散射回波信号进行处理和可视化展示。
多普勒频移解算是指通过多普勒频移信息计算出风速和风向，可以利用傅立叶变换、互相关等方法进行解算。
风分析是利用解算得到的风速和风向数据，对大气运动、风场结构等进行分析和研究。
三、风廓线雷达数据应用研究1. 气象学应用风廓线雷达可以提供大气中不同高度上的风场特征，对于气象学研究有着重要意义。
可以通过分析风廓线数据，探测大气中的气旋、锋面等天气系统；研究大气运动对降水、气温等气象要素的影响；监测大气层结、对流发展等气象过程；识别大气中的边界层和湍流等。
2. 航空航天应用风廓线雷达可以提供精确的风速和风向数据，在航空和航天领域有着广泛的应用。
利用风廓线雷达可以监测低空风场，为飞机起降、航迹规划等提供重要参考信息；可以预测复杂气象条件下的空气动力学影响，提高航空器的飞行安全性；可以研究风切变等对飞行的影响，改善飞行操纵性能。
风廓线资料在灾害天气短时预报中的应
风廓线资料在灾害天气短时预报中的应用灾害性天气短时和临近预报，主要是研究雷达、卫星、风廓线仪、自动气象站、闪电定位仪等非常规资料的利用技术，局域资料融合技术等；研究汛期灾害性天气(台风、雷电、局地大风、暴雨、雾等)发生发展规律和特殊性。
风和它的变化与各种天气及其变化是紧密相关的，实时的风廓线资料能够反映探测高度上气流的结构和变化，从而可以分析天气系统，制作短时天气预报。
本文重点介绍风廓线资料在天气分析和短时预报中的应用。
上海地区的LAP-3000大气边界层风廓线仪（高、低模式测风）及组合使用的无线电声探测系统RASS，架设在上海市区上游方向的青浦区，可以得到0-3km的水平风垂直廓线和0-2km高度的温度廓线，其中风速测量精度小于1m/s,风向测量精度小于100，温度测量精度为1℃。
风廓线仪探测的时间密度和空间分辨率都比较高，最密时可达到每6min探测一条大气垂直风廓线，高度分辨率也可以精确到60m的间隔。
RASS系统与风廓线仪配合使用时，还能够同时获得温度的垂直分布廓线。
目前风廓线仪代表大气探测领域的世界先进水平，由于风廓线仪的探测高度和在各个高度上资料的可获取程度除了依赖于风廓线仪本身的性能以外，还强烈地依赖于天气状况等气象条件。
如水汽的含量，强烈发展的涡旋、湍流运动以及明显的温度、湿度梯度等，都为风廓线仪提供了更多的大气反射目标，风廓线仪可以实时地探测到大气风场的变化，基本能够反映出云、雾、降水等天气现象的发生机理。
一、用风廓线资料判断本地上空槽脊的结构和变化从风羽随高度、时间变化图上风向气旋式和反气旋式切变，可以定出槽脊的位置，从而分析影响本地上空的槽、脊结构和过境时间。
根据不同高度上的槽、脊过境时间，可以看出槽是前倾还是后倾。
槽的结构不同，产生的天气也不同。
前倾槽影响本地，有利于不稳定天气发展。
后倾槽，由于槽前有利于系统性垂直运动发展，往往容易产生大范围的云雨天气。
统计表明，上海地区冬半年及过度季节的后倾槽过境时都有降水。
边界层风廓线产品在一次短时强对流天气中的应用
边界层风廓线产品在一次短时强对流天气中的应用
孙钦宏;刘海峰
【期刊名称】《吉林气象》
【年(卷),期】2009(000)003
【摘要】风廓线仪拥有高时、空分辨率探测能力,可做为多普勒雷达的重要辅助手段,为短时临近天气预报预警提供重要的监测信息.本文利用位于长春市气象站的CFL-03边界层风廓线仪并结合其它探测手段,对2008年9月17日发生在吉林省境内的区域性强雷暴天气过程进行了分析,初步探讨了风廓线产品对冰雹预警的指示性作用,揭示了风廓线产品在强对流天气监测预警过程中的重要作用.
【总页数】4页(P2-4,15)
【作者】孙钦宏;刘海峰
【作者单位】吉林省气象台,长春,130062;吉林省气象台,长春,130062
【正文语种】中文
【相关文献】
1.风廓线雷达在一次弱降水的强对流天气中的特征分析 [J], 王一文;张硕;柴晓玲;于增华;蒋超;胡鹏宇;黄海亮
2.上海LAP-3000边界层风廓线雷达在强对流天气预报中的应用初探 [J], 杨引明;陶祖钰
3.一次短时暴雨WP-3000边界层风廓线雷达回波分析 [J], 郑石;黄兴友;李艳芳
4.一次短时强对流天气的雷达产品特征分析 [J], 於慧玲;杨宇
5.一次短时强对流天气的雷达产品特征分析 [J], 於慧玲;杨宇;
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九黄机场风廓线仪应用初探
九黄机场风廓线仪应用初探牟艳彬[(民航西南空管局，成都双流，610202)摘 要乱流、风切变的预报是航空气象和高原机场的一大难题，本文利用风廓线资料对九黄机场的乱流、风切变、降雪天气进行分析，发现风廓线资料能很好地反映乱流、风切变的起始时间和出现高度，为乱流、风切变的预警提供客观的依据，也对监测天气系统过境，实现天气预报的客观定量有很好的作用。
风廓线仪的应用对我们来说是一个全新的领域，还有许多问题有待进一步的研究。
关键词：风廓线资料 乱流 风切变 系统过境引言九黄机场地处青藏高原的东部，海拨3447.6米，机场西北部是岷江发源地之一的湿地，跑道东靠高山，南、西、北三面为深沟峡谷，地势险要，地形复杂，天气多变，既有高原气候特征，又有明显的山地气候特点，中小尺度天气系统十分活跃，天气变化可用“短、频、快”来概括。
因而九黄机场气象标准高、预报难度大，风难测、雨难报、雷电突然到、雹雪跟着跑、低云大雾互相倒。
九黄机场是我国天气最为复杂的高原机场，天气变幻莫测，受大风、风切变影响特别严重，低空风切变、乱流颠簸较多，多次造成航班的返航和延误，也严重影响航空安全。
因此风的识别和预报就成为九黄机场的一个主要内容。
1 九黄机场有关风的预报经验开航近4年来，九黄气象人员积极探索，总结了丰富的风的预报的经验：1.1 顺风预报（1）当有较强冷空气或切变线影响机场，WAFS系统700hpa预报6小时以上吹东北风，说明有较强的顺风天气，应预报较长时间的顺风；WAFS系统700hpa预报6小时以内吹东北风，则预报短时顺风。
（2）500hpa高空图和WAFS风场预报图没有明显冷空气和切变线，但WAFS系统08时700hpa 风场预报有东北风，则应报短时顺风天气。
（3）局地雷暴引起的顺风天气，比较难把握，应根据具体情况分析，通常持续时间比较短，1一2小时以内，风速较大，在4-9米/秒之间，由于来得突然，容易造成航班返航或延误。
（4）当机场跑道两头同时吹顺风，且风速在5一9米/秒之间，除对流性天气造成的顺风外，一般持续时间比较长，在2小时以上，如果北头顺风，南头风向混乱，风速在3一5米/秒之间，侧北头顺风维持时间不长，一般在1小时以内。
风廓线雷达探测模式组合应用分析
风廓线雷达探测模式组合应用分析毛文茜;肖霞;张文煜;冒立鑫;王开强;王琦【期刊名称】《干旱气象》【年(卷),期】2022(40)6【摘要】为了更好地发挥风廓线雷达在高空探测中的优势,本文利用2014—2017年中国科学院大气物理研究所淮南气候环境综合观测试验站(Huainan Climate and Environment Observatory,HCEO)的ST风廓线雷达探测资料,评估在不同探测模式组合下雷达的探测性能,探讨探测气象环境对其影响,研判实际应用中探测模式组合的适用性。
结果表明:ST风廓线雷达选用高、低模式与转换高度进行模式组合,可实现不同探测目的,但不同组合的探测性能存在差异,主要呈现两种变化规律:一种是模式转换前探测性能逐渐降低,而转换后迅速升高,进入高模式后随高度逐渐降低;另一种是转换过程中探测性能未发生明显改变,到高模式某一高度后逐渐降低。
另外,秋冬季临近转换高度探测性能的降低程度逐渐加大;降水使对流层中低层探测性能降低。
因此,可以依据雷达对大气边界层、对流层以及平流层的探测性能,选择合适的探测模式组合。
【总页数】7页(P1092-1098)【作者】毛文茜;肖霞;张文煜;冒立鑫;王开强;王琦【作者单位】甘肃农业大学资源与环境学院;兰州大学大气科学学院;中国科学院大气物理研究所;郑州大学地球科学与技术学院;甘肃省民乐县气象局;中国人民解放军91103部队【正文语种】中文【中图分类】P412.25;TN956【相关文献】1.风廓线雷达与天气雷达风廓线数据的融合及应用2.风廓线雷达与多普勒天气雷达风廓线产品适用性分析3.风廓线雷达在机场低空风切变探测中的应用探讨4.风廓线雷达测风资料对比分析及问题探讨——以翔安风廓线雷达为例5.风廓线雷达探测模式分析与设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风廓线雷达应用
改进数值预报初值场
（a）6月09日00时925百帕实测风，流线和位势高度客观分析 图，
6月09日00时925百帕的风场形势 （a) 控制实验，（b）风廓线试验，
风廓线雷达应用
1 风廓线多普勒相控阵雷达探测原理 2 风廓线的基本分析方法 3 应用实例
风廓线应用实例（锋面）
1990年8月7日风廓线图（0～3km） b、1990年8月7日11时、12时30分温度平流廓线图（0～3km）
低涡暖切变暴雨
1989年7月21日风廓线 图
1989年7月23日风廓线
强对流暴雨
上海风廓线雷达测得的水平风场：a 、b分别为99年9月6日用风矢量表示的水 平风随时间-高度分布图，横坐标表示时间，纵坐标为高度，风矢量上的颜 色等级表示垂直速度大小（向上为正）。
是水平 风， 不是垂 直环流 ！！
时间： 从右 向左
锋面和切变线的监测
• 1989年8月9日～10日风廓线图（0～10km）
锋面和高空槽过境
• 1990年8月1日～3日风廓线图（0～10km）
低空急流和行星边界层风场
• 1989年8月9日～10日风廓线图（0～3km）
天气系统 短时变化 （中尺度雨
风廓线雷达应用
1 风廓线多普勒相控阵雷达探测原理 2 风廓线的基本分析方法 3 应用实例
Height(m) 1800
600
150 15:00
ห้องสมุดไป่ตู้
14:00 13:00
Height(km)
6 5.5
5 4.5
4 3.5
3 2.5
2 1.5
风廓线雷达的原理及其应用
3、风的短时间和长时间间隔计算结果的比较 目前新研制的高空探测系统，可以达到每秒录取一次数据要求，用707雷 达的秒数据计算的风向风速随时间的变化如图6。
图6
用传统方法计算的风随高度的变化如图7。此种方法每分钟只能利用两次数 据，其余58次没有利用。
图7
图6所示的以秒数据计算的风向风速引入了定位装置误差 的影响，是很不真实，并且是不能用的。图7所示的风是 可以实际应用的。 目前《高空气象探测规范》规定风向风速算法是基于定 位装置误差的考虑。短时间间隔的空中风向风速是不能 用于业务的。 传统的气球定位测风方法，由于定位装置的误差，不可 能得到空中短时间风的湍流运动数据。 4、风速本身的波动 用GPS探空雷达测得的一秒间隔的风速连续变化可以 消除距离误差的影响，看到风速本身的波动，从风的两 个矢量变化可以看出，风本身的波动也是很大的，图8是 国产GPS探空雷达用多普勒测风方法得多的风的矢量变 化。
工作方式
为了获取风廓线雷达上空的三维风速信 息，至少需要三个不共面的波束。为了提高 探测精度，相控阵风廓线雷达一般采用五个 固定指向波束扫描，按预顺序轮流向如下所 述的五个方向发射射频脉冲（仰角一般在70º75º，以75º为例）。
回波信号的特点
风廓线雷达的回波是微弱的具有明显起伏涨 落、谱宽较宽的并伴有多种杂波的随机信号。微 弱、涨落和伴有杂波是风廓线雷达回波信号的突出 特点。并且回波信号随高度的增加反射率迅速减 小。因为回波信号非常微弱，所以极强检测微弱信 号的能力是对风廓线雷达的基本要求。有用信号大 多淹没在杂波之中是风廓线雷达回波信号的另一特 点。因此，如何将有用的气象信息从多种杂波中分 离、识别出来，是风廓线雷达的又一技术难题。
风廓线雷达原理ppt课件
其中Pr为雷达接收到的回拨功率，Pt为雷达发射的脉冲功率。 h为雷达的
取样长度，τ为雷达发射脉冲宽度，L是雷达天馈雄的损耗，R是回波所在距离。
9
基本工作原理
为了获取风廓线雷达上空的三维风速信息，至少需要三个不共面的波束 为此，一些风廓线雷达，特别是抛物面天线风廓线雷达 一般采用三个固定 指向波束。三个波束一般是：一个垂直波束，两个倾斜束。倾斜波束的天 顶角一般在十五度左右。但是为了提高高空探测精度相控阵风廓线雷达一 般会采用5个固定指向波束。
风廓线雷达可采用不同的模式工作，有发射脉冲宽度确定分层高度。边界层，对 流层和平流层风廓线雷达有不同的分层高度。
根据探测高度的不同，可以将风廓线雷达分为边界层风廓线雷达，对流层风廓线 雷达，以及中间层-平流层-对流层风廓线雷达（MST）.边界层风廓线雷达的探测高 度一般在3千米左右，对流层风廓线雷达的探测高度在12~16千米。MST雷达的探测 高度可以达到中间层高度。
根据探测高度的不同，风廓线雷达又分为边界层风廓线雷达，对流层风廓 线雷达和中间层-平流层-对流层风廓线雷达（MST）。边界层风廓线雷达 的探测高度一般在3千米左右，对流层风廓线雷达的探测高度一般在12-16 千米，其中探测高度在8千米以下的低对流层风廓线雷达。MST雷达的探 测高度可达到中间层高度。
WINDAS用于预报台风、 梅雨和中纬度低压引 起的强降水。
5
国内情形
中国气象局所属部门陆续 在北京、上海、唐山、张北、 青岛、深圳、大理、电白等 地布设了数十部风廓线雷达。
6
• 随着我国国民经济的发展。当前对气象保障工作的要求越来越高，各级气象 部门对风廓线雷达愈来愈迫切。在中国气象局完成多普勒天气雷达网的建设 后，预计风廓线雷达将是下一个重要的布网装备。
探测由低空风切变引起的大气湍流的专用设备
探测由低空风切变引起的大气湍流的专用设备
H.P.Adamson;蒋胜
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】1991(000)0S1
【摘要】该设备是用来探测由低空风切变引起的大气湍流的专用设备。
该设备有一光学系统,将红外辐射准直到一个不停转动的滤光轮上。
该滤光轮上有多个红外滤光片,可以感受距离的差异。
随后一个红外探测器产生一个模拟输出信号。
这个输出信号经一个同步解调器解调后再通过一个门积分器被传送到一个选择性的多通道电路。
该多通道选择电路是由同滤光轮相连的电子探头控制的。
多通道选择电路的输出也是多路的,每一个输出各接一个低通滤波器。
信号经滤波后再接到一个信号处理器上。
这样该信号处理器就能定时地接受最新信息,并显示出有关低空风切变时的大气湍流的情况。
【总页数】7页(P90-96)
【作者】H.P.Adamson;蒋胜
【作者单位】美
【正文语种】中文
【中图分类】TN201
【相关文献】
1.TAWS低空风切变探测与告警 [J], 于超鹏;黄翔;钱君;高瑞苹
2.激光雷达在机场低空风切变探测中的应用 [J], 王青梅;郭利乐
3.大气湍流引起激光外差探测空间相干性退化研究 [J], 徐静;毛红敏;甄胜来;李成;俞本立
4.风廓线仪在低空风切变探测中的应用 [J], 纪鹏飞;丁艳丽
5.风廓线雷达在机场低空风切变探测中的应用探讨 [J], 李芸茜;南角卓玛
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风廓线雷达与及激光测风雷达
VAD扫描反演方法
国外发展现状
• 1999年，日本三菱电机株式会社开发出了1.55µm人眼安全 相干式光测风雷达系统；
• 2001年，法国ONERA和LEOSPHERE两家公司公共开发出了 1.54µm人眼安全的全光纤测风激光雷达系统；
• 2004年，美国汉普顿的美国宇航局研究中心研发了一套波 长为2µm的车载激光雷达系统。
风廓线雷达-原理探究
• 实际仪器设计为三波束或五波束 轮流发送
• 通过依次测量1个天顶垂直波束 指向和东、南、西、北4个倾斜 波束指向上各个距离库的多普勒 速度, 在大气水平均匀的条件下, 用同一高度上的5个波束指向的 多普勒速 度测量值联合求解出 大气3维风场。
02 激光测风雷达
激光测风雷达-概念探测
K/LLX802 （四创） Boundary Layer Wind profiler
Airda 3000 （爱尔达） Boundary Layer Windprofiler
TWP8 （敏视达） Troposphere Windprofiler
风速计算-原理探究
• 由径向风速求水平风速 • 将风速分解为u，v，w三个分量，
ห้องสมุดไป่ตู้
矢量风速反演方法
• 矢量风速V (u, v, w) 是少需要三个独立的径向速度估计 • 理想情况下：矢量风速应该在空间某一点同时测量出它的三个方向的
速度值，即至少需要三部激光雷达系统 • 实际情况下：确定风场的水平方向，利用激光雷达的扫描技术确定风
速的矢量。常用以下两种扫描技术： 速度方位显示扫描技术(Velocity-azimuth-display, VAD)，即激光 雷达光束以固定倾角进行圆锥形扫描 多普勒光束定向摆动扫描技术(Doppler-Beam-Swinging，DBS)，即 点激光雷达光束垂直指向并向东倾斜和向北倾斜
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风廓线仪在低空风切变探测中的应用初探
纪鹏飞丁艳丽石步鸠
民航华北空管局气象中心北京市 100621
摘要：低空风切变是航空器起飞、着陆阶段威胁飞行安全的危险因素。
本文根据首都机场风廓线探测资料，按照雷雨型、锋面型、逆温型、低空急流型和其他型，对产生的低空风切变过程进行了分类和统计；并利用风廓线探测资料，个例分析了几种产生低空风切变的风场特点。
关键词：风廓线低空风切变探测
1引言
低空风切变属于微尺度天气现象，存在时间一般仅在几分钟到几小时，范围也仅是几米到几公里，同时，危及飞行安全的低空风切变还具有强度大的特点，这随之带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难，是一个不易解决的航空气象难题。
2低空风切变的探测设施
目前，国内外研究低空风切变多是利用气象铁塔的观测资料进行的，近些年来，随着风廓线仪和多普勒天气雷达等技术设备的日趋成熟，应用这些设备的输出数据进行低空风切变研究也逐渐兴起。
对于机场来说，其进近区域内不可能建设过高的设施和建筑，因此安装风廓线仪和多普勒天气雷达更符合机场探测低空风切变的要求。
本文就首都机场新近安装的风廓线仪在低空风切变探测中的作用进行了探讨。
北京首都机场于2007年5月安装了芬兰维萨拉公司生产的LAP-3000型号风廓线仪系统，安装于两条旧跑道的中间，用于探测地面以上3公里或更高高度的地球大气数据。
该风廓线仪技术是由美国海洋大气管理署，即NOAA开发并授权维萨拉公司和Sonoma科技有限公司将其商业化。
通过维萨拉公司和NOAA的进一步合作开发和精益求精，使风廓线仪成为产品。
LAP-3000型号风廓线仪可以提供连续的边界层大气数据，并生成风场的廓线图，具有较高的时间和空间分辨率：全新数据的时间分辨率最短可以是4.5分钟，空间分辨率是低模式60米，高模式100米，能够探测的最低高度依赖于设备的设置，通常设置为130米左右。
这样的大气数据能够清晰地反映出边界层大气的结构特点，以及变化规律，对进行天气预报，以及进行理论研究来说都是不可多得的宝贵资料。
纪鹏飞，1977年5月，男，工程师，航空气象。
3低空风切变的定义
风切变是风速和风向的变化率，它对飞行的影响可以从很小到极端危险，按空间结构可以分为：垂直风切变，水平风切变，上升气流、下沉气流或垂直阵风切变。
在国际上，普遍认为高度在2000英尺（约609米）以下的风切变对飞行来说是最危险的，称之为低空风切变。
按照Binbin Zhou[1]对低空风切变和强低空风切变的定义标准，低空风切变为地面和2000英尺（约609米）高度间的风矢量差异。
强低空风切变为低空风切变大于20节/2000英尺（约10.3米/秒/609米），或2000英尺高度意下任意厚度为200英尺的气层中，如果存在低空风切变大于20节/200英尺（约10.3米/秒/61米）。
在本文中我们将上述标准进行了扩大：在609米高度以下任意高度间的风矢量差异>10.3米/秒，就认为达到了强低空风切变的标准；并认为10.3米/秒>风矢量差异>7米/秒为较强低空风切变的标准。
4使用风廓线仪探测到的首都机场低空风切变统计
我们对2007年5月风廓线仪雷达投入运营开始，到12月间的探测数据进行了计算，对达到强低空风切变标准或较强低空风切变标准的低空风切变过程进行了统计。
按类型统计的结果如下，其它类型是指低层出现较强的西北风时伴随的低空风切变，如下表：
表1 首都机场2007年使用风廓线仪探测的低空风切变类型统计
表1表明：在首都国际机场，由超低空急流引起的低空风切变数量最多，基本上占到总数的一半；其它类型的低空风切变次之，占到了总数的21.1%；雷暴型、锋面型的低空风切变数量较少，但是强度相对更强；逆温型最少，强度相对较弱。
因为收集到的风廓线仪资料的时间为5月下旬到12月底，因此无法统计其季节规律，大致上以夏季最多。
按时段统计，日变化规律见下表：
表2 首都机场2007年使用风廓线仪探测的低空风切变，按时段统计
从表2中可以看到，在一天当中，风切变出现最多的时段分布在05—11时之间，即凌
晨到上午的时段内；傍晚前后较少。
5风廓线仪在低空风切变探测中的作用
能够对飞机起飞和着陆产生较大影响的低空风切变的天气系统是雷暴、锋面和低空急流。
此外，低空逆温也可以产生较强的风切变。
因而根据低空风切变出现的不同天气背景可以分为雷暴、锋面、逆温和低空急流型。
下面就风廓线仪在四种不同风切变类型中的表现探讨其在低空风切变中的作用。
使用的资料为风廓线仪低模式数据。
5.1雷暴型
图1 雷暴中的强风切变示意图
主要指雷暴前沿的冷性外流及雷暴云中的垂直气流所形成的强风切变，如图1所示。
冷性外流也即雷暴来临前最初的阵风，阵风的前缘称之为阵风锋，据统计表明大多数风切变事故都发生在阵风锋到其后的150英尺范围内。
雷暴云中的垂直气流也即下击暴流，是由雷暴产生的极端强烈的局地下沉气流，很多时候其强度足以超过飞机的爬升能力。
2007年6月27日，首都机场出现了一次雷雨天气过程，伴有雷暴、大风等强对流天气现象，雷雨存在的时间段为14:12—15:05（北京时，下同），在这一过程中风廓线仪探测的垂直风场如图2所示，起止时间分别是11:40和16:40。
图2 2007年6月27日首都机场雷雨过程前后风廓线仪探测的垂直风场从图2中我们可以清楚地发现，在首都机场出现雷雨的1个小时前，其冷性外流就已开始影响机场跑道和进近、起飞区域，在冷性外流最初的1个小时内存在明显的低空风切变。
表3 2007年6月27日低空各层风廓线仪数据
空风切变的标准。
表4 2007年6月27日13:33—15:04低空各层风廓线仪的垂直速度数据
在图4所示的时段内，下击暴流的垂直风速均在6米/秒以上，飞机突然进入这种低空区域时，根据计算升力至少会减少80%，高度会降的非常迅速，处于非常危险的情形当中。
5.2锋面型
指伴随着锋面天气系统出现的低空风切变，其中对飞行危害较大的是冷锋型低空风切变[2]。
图3是2007年12月28日一次首都机场冷锋过境时风廓线仪探测的垂直风场。
从中我们可以看到冷空气主要集中在2500米以下，冷锋前倾，地面锋线过境时间大约在07:15—07:30间，锋面过境后，低层存在明显的水平风切变和垂直风切变。
图3 2007年12月28日首都机场冷锋过境时风廓线仪探测的垂直风场
表5 2007年12月28日首都机场7:30:21、8:00:21两个时刻的
低层风廓线仪探测的风速数据
在表5中，锋面过境以后，风速存在一个迅速由小转大的过程，在三维风场中应该表现为明显的水平风切变，从250米到612米高度上，水平风切变的数值都在8米/秒以上； 130米高度与551米和612米高度上的风速差分别为14.4米/秒和15.5米/秒，远大于10.3米/秒，存在强低空风切变。
5.3低空急流型
指伴随着低空急流出现的低空风切变。
低空急流的形成原因有多种：可以由天气形势引起，可以由逆温引起（即逆温型风切变），也可以由地形引起。
图4是首都机场一次由天气形势引起的低空急流和超低空急流的风廓线仪探测风场。
从
图中可以明显地看到：800米以下至200米附近存在着超低空急流。
这一天首都机场从08:36到第二天的凌晨04:42总降水量达29.4mm，达到了大雨的等级。
图4 2007年5月22日首都机场探测的低空急流和超低空急流的风场
表6 首都机场2007年5月22日15:45风廓线仪探测的低层风数据。
从表6中我们可以看到超低空急流的急流中心在491米到551米高度上，中心风速超过13米/秒，与最低层风的切变风矢的速度为12.25米/秒，也达到了强风切变的标准，同时还伴有较强的下沉气流，下沉速度达到了5米/秒左右，两方面共同作用，对飞行中的飞机的影响更强。
6小结
低空风切变是因为其尺度小、存在时间短等特点，不可能在常规天气图上捕捉到，因此如何探测低空风切变并做好临近预警工作是现在可行的途径。
从以上分析中我们可以看到，风廓线仪可以很好地探测到低空风切变的存在，并可以根据其实时输出的数据计算低空风切变的强度，并在一定程度上弥补了机场探空数据的不足。
但是，风廓线仪也有局限的方面：因为风廓线仪是无线电遥测设备，容易受到其它无线电信号的干扰；因为风廓线仪探测的是单点上空垂直的风场，只能近似反应机场周围的风场结构，不能细致地刻画，如果想要较为完整的风场形势，可以将风廓线仪布网或与其它数据联合使用。
由于时间原因，本文章只对2007年的风廓线仪探测数据进行了分析，后续我们将对各年的数据进行整理和统计分析，总结使用经验，做好风切变的监测和预警工作。
参考文献：
[1] Binbin Zhou，NOAA/NWS/NCEP/EMC，October 21, 2004，Verification of SREF Low-Level Wind Shear (LLWS)
[2]赵树海.航空气象学. 北京：气象出版社，1994.。