风廓线雷达探测风切变条件的应用研究

摘要

风切变是近年来航空气象界研究的热门,在飞机起飞和着陆阶段,风切变极具威胁,是众多空难事故的主要原因.本文通过对风切变的两大成因气象因素和地形因素进行了描述,揭示了形成风切变的有利条件和环境因素.气象因素可分为强对流天气、锋面天气和辐射逆温的低空急流天气,在这些天气背景下,易于引起风切变的发生.文章介绍了几种基本的探测风切变的探测系统:低空风切变预警系统、终端多普勒天气雷达、激光雷达风切变预警系统、风廓线雷达以及多种设备联合探测风切变的综合系统.并对这些系统的工作原理、主要发展历程和优缺点进行了比较研究,突出了风廓线雷达在独立探测和联合使用中多种优势和不可替代的作用.并列举了几个现代有成功探测风切变条件经验的大型国际机场的综合系统的设备构成和工作模式,包括朱诺国际机场、香港国际机场和迪拜世界国际机场.风廓线雷达在探测风切变条件的应用主要可以归纳为三个方面:一是通过雷达的基础数据进行上层风减去下层风的运算,得到水平风的垂直切变和垂直风切变;二是在一定的天气背景条件下通过垂直三维风场和风切变的大小分布判别典型的风切变条件,如低空急流、高空急流、锋面和微下击暴流等;三是根据大气折射率结构常数、垂直速度和谱宽等资料反演计算边界层厚度、湍流耗散率这些和风切变条件关系密切的物理量.文章介绍了湍流和风切变的关系、湍流计算的基本方法以及通过谱宽计算湍流耗散率的主要步骤;介绍了边界层厚度和风切变的关系、边界层厚度计算的进展以及用模糊逻辑算法计算边界层厚度的基本原理.根据目前风廓线雷达的发展形势,展望了未来风廓线雷达在风切变探测中将要发挥的作用和三个主要发展方向:一是利用密集的风廓线数据产生典型风切变天气的自动算法,如自动微下击暴流算法等;二是联合无线电声探测系统和微波辐射计探讨有球测风的取代方案;三是在多种设备联合探测风切变条件中怎样发挥风廓线雷达资料的优势.