机场测风技术和设备
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• 大范围降水的定量估测，对台风、暴雨等大范围降 水天气的监测距离可远达400km，对龙卷气旋等小 尺度强天气也能做有效探测；
• 可实现机场区域实时的气象监测，极大提高机场对 灾害性天气预测预警能力，必备的气象探测设备。
2.1 机场天气雷达缺点
晴空环境下监测能力受限：波长为cm量级； 不能满足因地形引起的小局部风场监测要求：
1.2 机场风切变危害
美国1980-2003年 湍流导致飞机事故
日本1990-2007年 飞机事故统计
晴空风切变已经成为飞机安全最大隐患
1.3 机场水平风垂直切变
单位距离内的风速变化值表示风切变强度；
空气层垂直厚度通常30m，风资料2分钟左右均值；
国际民航认为0.1(1/s)以上的垂直切变会对飞机带来威胁；
风廓线仪
天气雷达 自动气象站
天气雷达
风廓线
晴空风场
人眼安全
激光雷达 激光风廓线 自动气象站
易于建设
2.4 测风激光雷达原理
雷达望远镜转动可实 现2维和3维立体扫描
气溶胶反射信号带有 多普勒频移
散射回波，vx
多普勒测风速
vd
vr
v
2ur
发射脉冲，v
扫描头既发射 又接受回波
θx=θy
近似圆柱形 光束出射
机场测风技术和设备
目录
1 机场风切变 2 机场风探测设备
2.1 机场天气雷达 2.2 微波风廓线雷达 2.3 自动气象站 2.4 测风激光雷达 2.5 激光风廓线雷达
3 系统集成、数据融合和预警发布
1.1 机场风切变类型
微暴风切变
阵风切变
海风切变
低空气流和其他垂直切变
大气湍流
地形引起的切变和湍流
接收脉冲，vr
相干多普勒测 风激光雷达
脉冲宽度决定 的回波宽度
距离门测距
c
R
treturn t0
2
2.4 测风激光雷达原理
雨滴
微波雷达
尘粒
波长 5cm
气溶胶
激光雷达 波长 1.6μm=1.6×10-4cm
2.4 测风激光雷达特点
测量范围
50
45
40 激光雷达在晴
35
朗天气下突出
30
C波段 天气雷达
微波雷达在雨 雾天气下更佳
25
20
X/C波段天气雷达+激光雷达
15
激光雷达
10
5
可以提供全天时、全天候 测风能力
0
dBZ
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
相当的水平风水平切变值 2.6(米/秒)/30米， 可 作为能对飞行构成危害的强度标准。
1.5 机场垂直风切变
垂直风的切变标准：尚无强度标准。
下降气流
下冲气流
（下击爆流）
91米高度上的下降速度 <3.6米/秒 >3.6米/秒
800米直径内的辐散值 <144/时
>144/时
1.6 机场需求
阵风
2.2 微波风廓线雷达缺点
• 盲区大，200米以下风场数据不稳定、不可靠； • 仅能获得风廓线数据，无法知道风场资料； • 强天气条件下数据质量较差.
2.2 微波风廓线雷达建设
机场的进近区和进离港航路等重要的局部空域，如存在 典型而特别的风场特征，应进行固定点上空风场剖析性探测。
地面气象参数
天气雷达 风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
机场需要通过测风设备进 行风场监测和风危害预警
侧风
1.6 机场需求
为管理人员判断是否允 许飞机起飞和降落，提 供充分的信息。
2 机场风场监测设备
自动气象站 气象浮标 风廓线雷达
TDWR 激光雷达
遥感测量设备
天气雷达 风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
天气雷达
强对流风场
大范围
风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
风廓线
3波束指向：≤3分钟 5波束指向：≤5分钟
≤0.2m/s ≤1.5m/s (RMS) ≤10°(RMS)
2.2 微波风廓线雷达优点
• 自动化程度高，时空分辨率高； • 提供地面3km或更高的垂直和水平风廓线； • 无线电回声探测装置，还可提供大气虚温廓线，
提供高分辨率的、持续的、实时的大气风和温度；
强度等级
水平风垂直切变强度标准
轻度 中度 强烈 严重
m/s/30m 0-2 2.1-4 4.1-6 >6
1/s 0-0.07 0.08-0.13 0.14-0.2 >0.2
1.4 机场水平风水平切变
美国 机场低空风切变报警系统的报警标准：
机场平面有中央站和五个分站，各分站距中央站平 均约为3公里左右。系统规定任意分站与中央站的风向 风速向量差达到7.7米/秒以上时即发出报警信号。
短程补充
2.3 自动气象站
沿跑道而设的风速表
海上浮标气象站
2.3 自动气象站
地面的风速、风向、温度、 湿度、气压等；
风传感器，直接探测； 点探测，测量范围小；
要素 风速 风向
测量范围 0-75 0-360
分辨率 0.01 0.01
准确度 ±0.1 ±2
单位 m/s 度
浮标气象站 跑道气象站
应用广泛
2.1 机场天气雷达
用于机场，通常C波段、X波段
2.1 机场天气雷达特点
技术指标 波段
风速测量范围 距离探测精度
速度范围 Baidu Nhomakorabea度精度 谱宽范围 谱宽精度
C波段 5300-5700MHz
≥150km 150m ±64m/s 1m/s 0-16m/s 1m/s
X波段 9300-9700MHz
≥120km 120m ±32m/s 1m/s 0-16m/s 1m/s
2.1 机场天气雷达特点
在观测模式上： 能够快速对机场低空进行面扫描； 低仰角面对跑道扇体扫，少于2分钟； 跑道方向RHI扫描。
2.1 机场天气雷达建设
• 波束与跑道夹角越小越好； • 雷达对跑道的视角良好；
2.1 机场天气雷达优点
• 准确和及时的监测灾害性天气，对强天气伴随的典 型风场进行识别；
2.2 微波风廓线雷达特点
技术指标 波段
探测范围 最低探测高度
距离精度 测量范围
风廓线 1290MHz 3km/8km
200m 60m 水平风速：0～60m/s； 垂直风速：±20m/s； 风 向：0～360°
2.2 微波风廓线雷达特点
技术指标
时间分辨率 径向速度分辨率 风速测量精度 风向测量精度
距离、角分辨力较低； 不能满足短暂和偶发性的风切变监测：扫描取
样体制的制约、地物杂波干扰。
天气雷达
风廓线
晴空风场 激光雷垂达直激廓光线风廓线 自动气象站
2.2 微波风廓线雷达
晴空下监测风廓线，补充高空风 数据，预警垂直切变；
可提供比风塔、探空气球更快的 探测；
2.2 微波风廓线雷达特点
提供较高时空分辨率的垂直风廓线分布
• 可实现机场区域实时的气象监测，极大提高机场对 灾害性天气预测预警能力，必备的气象探测设备。
2.1 机场天气雷达缺点
晴空环境下监测能力受限：波长为cm量级； 不能满足因地形引起的小局部风场监测要求：
1.2 机场风切变危害
美国1980-2003年 湍流导致飞机事故
日本1990-2007年 飞机事故统计
晴空风切变已经成为飞机安全最大隐患
1.3 机场水平风垂直切变
单位距离内的风速变化值表示风切变强度；
空气层垂直厚度通常30m，风资料2分钟左右均值；
国际民航认为0.1(1/s)以上的垂直切变会对飞机带来威胁；
风廓线仪
天气雷达 自动气象站
天气雷达
风廓线
晴空风场
人眼安全
激光雷达 激光风廓线 自动气象站
易于建设
2.4 测风激光雷达原理
雷达望远镜转动可实 现2维和3维立体扫描
气溶胶反射信号带有 多普勒频移
散射回波，vx
多普勒测风速
vd
vr
v
2ur
发射脉冲，v
扫描头既发射 又接受回波
θx=θy
近似圆柱形 光束出射
机场测风技术和设备
目录
1 机场风切变 2 机场风探测设备
2.1 机场天气雷达 2.2 微波风廓线雷达 2.3 自动气象站 2.4 测风激光雷达 2.5 激光风廓线雷达
3 系统集成、数据融合和预警发布
1.1 机场风切变类型
微暴风切变
阵风切变
海风切变
低空气流和其他垂直切变
大气湍流
地形引起的切变和湍流
接收脉冲，vr
相干多普勒测 风激光雷达
脉冲宽度决定 的回波宽度
距离门测距
c
R
treturn t0
2
2.4 测风激光雷达原理
雨滴
微波雷达
尘粒
波长 5cm
气溶胶
激光雷达 波长 1.6μm=1.6×10-4cm
2.4 测风激光雷达特点
测量范围
50
45
40 激光雷达在晴
35
朗天气下突出
30
C波段 天气雷达
微波雷达在雨 雾天气下更佳
25
20
X/C波段天气雷达+激光雷达
15
激光雷达
10
5
可以提供全天时、全天候 测风能力
0
dBZ
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
相当的水平风水平切变值 2.6(米/秒)/30米， 可 作为能对飞行构成危害的强度标准。
1.5 机场垂直风切变
垂直风的切变标准：尚无强度标准。
下降气流
下冲气流
（下击爆流）
91米高度上的下降速度 <3.6米/秒 >3.6米/秒
800米直径内的辐散值 <144/时
>144/时
1.6 机场需求
阵风
2.2 微波风廓线雷达缺点
• 盲区大，200米以下风场数据不稳定、不可靠； • 仅能获得风廓线数据，无法知道风场资料； • 强天气条件下数据质量较差.
2.2 微波风廓线雷达建设
机场的进近区和进离港航路等重要的局部空域，如存在 典型而特别的风场特征，应进行固定点上空风场剖析性探测。
地面气象参数
天气雷达 风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
机场需要通过测风设备进 行风场监测和风危害预警
侧风
1.6 机场需求
为管理人员判断是否允 许飞机起飞和降落，提 供充分的信息。
2 机场风场监测设备
自动气象站 气象浮标 风廓线雷达
TDWR 激光雷达
遥感测量设备
天气雷达 风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
天气雷达
强对流风场
大范围
风廓线 激光雷达 激光风廓线 自动气象站
风廓线
3波束指向：≤3分钟 5波束指向：≤5分钟
≤0.2m/s ≤1.5m/s (RMS) ≤10°(RMS)
2.2 微波风廓线雷达优点
• 自动化程度高，时空分辨率高； • 提供地面3km或更高的垂直和水平风廓线； • 无线电回声探测装置，还可提供大气虚温廓线，
提供高分辨率的、持续的、实时的大气风和温度；
强度等级
水平风垂直切变强度标准
轻度 中度 强烈 严重
m/s/30m 0-2 2.1-4 4.1-6 >6
1/s 0-0.07 0.08-0.13 0.14-0.2 >0.2
1.4 机场水平风水平切变
美国 机场低空风切变报警系统的报警标准：
机场平面有中央站和五个分站，各分站距中央站平 均约为3公里左右。系统规定任意分站与中央站的风向 风速向量差达到7.7米/秒以上时即发出报警信号。
短程补充
2.3 自动气象站
沿跑道而设的风速表
海上浮标气象站
2.3 自动气象站
地面的风速、风向、温度、 湿度、气压等；
风传感器，直接探测； 点探测，测量范围小；
要素 风速 风向
测量范围 0-75 0-360
分辨率 0.01 0.01
准确度 ±0.1 ±2
单位 m/s 度
浮标气象站 跑道气象站
应用广泛
2.1 机场天气雷达
用于机场，通常C波段、X波段
2.1 机场天气雷达特点
技术指标 波段
风速测量范围 距离探测精度
速度范围 Baidu Nhomakorabea度精度 谱宽范围 谱宽精度
C波段 5300-5700MHz
≥150km 150m ±64m/s 1m/s 0-16m/s 1m/s
X波段 9300-9700MHz
≥120km 120m ±32m/s 1m/s 0-16m/s 1m/s
2.1 机场天气雷达特点
在观测模式上： 能够快速对机场低空进行面扫描； 低仰角面对跑道扇体扫，少于2分钟； 跑道方向RHI扫描。
2.1 机场天气雷达建设
• 波束与跑道夹角越小越好； • 雷达对跑道的视角良好；
2.1 机场天气雷达优点
• 准确和及时的监测灾害性天气，对强天气伴随的典 型风场进行识别；
2.2 微波风廓线雷达特点
技术指标 波段
探测范围 最低探测高度
距离精度 测量范围
风廓线 1290MHz 3km/8km
200m 60m 水平风速：0～60m/s； 垂直风速：±20m/s； 风 向：0～360°
2.2 微波风廓线雷达特点
技术指标
时间分辨率 径向速度分辨率 风速测量精度 风向测量精度
距离、角分辨力较低； 不能满足短暂和偶发性的风切变监测：扫描取
样体制的制约、地物杂波干扰。
天气雷达
风廓线
晴空风场 激光雷垂达直激廓光线风廓线 自动气象站
2.2 微波风廓线雷达
晴空下监测风廓线，补充高空风 数据，预警垂直切变；
可提供比风塔、探空气球更快的 探测；
2.2 微波风廓线雷达特点
提供较高时空分辨率的垂直风廓线分布