三部激光雷达对兰州机场风场探测的效能统计分析及低空风切变分级预警的探讨.pdf
激光雷达在民航机场中的应用,早在2004年发布的民用航空气象设备配备标准中就有要求,但由于受设备制造等限制,直至2016年才有试验验证探测.近年随着航班量的增加、机场周边建筑物增多等因素,兰州机场客机报告风切变次数呈现爆发性增多趋势,为此,2016年5月开始国内第一家激光雷达在兰州机场进行风切变探测试验开始,先后有三部激光雷达投入试验之中.本文利用这次试验的2016年5月至2017年8月,三部激光激光雷达在兰州机场探测时的资料统计分析,得出四条结论:第一、法国激光雷达垂直发射探测到的高度顶层在800m-14000m之间,探测到的可分辨风的层数中,1层占74.2％;2层的22.6％;3层的占3.2％.能探测到连续下沉、连续上升的气流层的垂直分布.分析激光雷达探测的低层垂直气流的方向及强弱,有利于预判阵风出现的可能.以3°仰角PPI探测到的速度区域范围在1600m-14Km之间,探测距离在8000m以上的占91.7％;用6°仰角做PPI探测到的范围在3800m-14Km之间,以探测到8Km的次数最多,达总数的28.0％;探测距离在8000m以上的占81.9％;用45°仰角做PPI探测,实际探测达到的最大范围在800m-14.0Km之间;探测到5.0Km以上的达总数的54.5％.用75°仰角做PPI探测,实际探测的范围在1800m-5Km之间,探测到4-5Km(含)的占58.0％,探测到5000的次数最多,达总数的21.4％.法国激光雷达RHI探测到的最高风层顶部达12Km,可分辨出的风速层数在1层至6层之间;其中1层占10.1％,2层占49.5％,3层占26.7％;2层以上占89.1％,即从RHI扫描图分析,89.1％以上的可以判断风向风速转化的高度.统计表明4000m以下有风向切变的占93.3％,这也就是兰州机场所在盆地风场的垂直分布特点及风切变报告较多的原因.RHI探测的低层水平范围最大值,从3500m-14Km,10Km以上的占80％,在主导能见度较低时,探测范围较小,因此,可以有效监视机场区域空中能见度与低空能见度的差异及变化趋势.第二、中国民航大学第一部激光雷达以3°仰角做PPI探测,实际探测范围在1000-5000m之间,2000m(不含)以上占总数的97.1％.民航大学第二部激光雷达以7°仰角进行PPI探测,实际探测范围在1200-6000m之间;探测范围在4000m以上的占42.3％.民航大学第一部激光雷达的RHI探测到的顶高度在595m-5000m之间,探测高度3000m以上的占14.0％.可分辨出的风速层数在1层至5层之间,1层占23.7％,2层以上占76.3％.RHI探测的低层向南范围,在3000m以上的占72.1％.RHI探测的水平向南最大范围90.8％在2500m(含)以上,即可以非常高效的监测跑道南头能见度的变化,弥补新航站楼对位于航管楼顶观测平台的视野遮挡.民航大学第二部激光雷达的RHI探测的顶高度在400m-4200m之间,最多可以分辨出四层风的变化,探测范围1.0Km(含)以下的占在32.1％,在3.0Km以上的占总数的4.3％.第三、在低空风切变的预警方面,计算区域为将跑道长度区域设置为中间区域(长度3600m),跑道南北各3海里距离内设置三个区域,总计有7个区域;根据法国激光雷达风切变告警时,预报员截图资料统计,试验期间总计有137次预警.同时最多两个区域风切变告警,总计出现5次,其中中间区域至北1区,共4次,尺度约5400m;北1区、北2区域同时出现共1次,尺度约3700m,即兰州机场的低空风切变从预警范围分析,属于小尺度系统影响.1日预警次数最多为20次,最长持续时间为18min.多次提前预警出风切变,如2016年6月14日比客机报告风切变,提前12min预警出低空风切变存在.民航大学第一部激光雷达分轻度、中度、严重三个等级预警风切变,在当地风切变预警中同样起到好的作用,从2017年10月25日后,民航大学第二部激光雷达也实现了分区计算、定量预警风切变.经过对多次激光雷达预警风切变的效果分析,总结出无风切变、轻度风切变、中度风切变及严重风切变时的气象条件及应对措施,具体为无风切变时,激光雷达RHI探测的风场在起降区域风向一致,风速无明显变化;表明机场上空气流均匀,不影响飞行;轻度风切变时,激光雷达RHI探测的风场在降落区域出现风向或风速的不连续,表明客机在起降时,可能会遭遇低空风切变;需要引起飞行机组注意,做好可能中止进近的准备;中度风切变的气象条件为激光雷达RHI探测的风场在降落区域已出现风向或风速的较大变化,PPI探测的风场在某一区域出现三个以上色块差异的大值区,且向起降航道移动;7个预警区域,有至少1个发出风切变预警,且客机起降将经过告警区域,此时起降区域出现明显乱流或风切变,客机在起降时遭遇低空风切变的概率很大,将对航班运行有中度影响飞行,需要管制部门、飞行机组高度重视,采取主动避让措施,必要时返航或备降;严重风切变的气象条件为激光雷达风切变预警系统,持续发出风切变预警,7个预警区域中,有2个以上发出预警,预警风切变数值在1海里区域内,达20海里/小时以上.机场自动观测系统3个观测位置的风向风速变化较大,机场多普勒气象雷达出现低空急流、蜂窝型特征等;此时,不仅正在起降的客机会遭遇低空风切变影响,后续进离场航班也会遭遇低空风切变影响,对航班运行将有严重影响飞行,需要飞抵当地、或以当地为备降场的飞行机组立即采取措施;空管部门需要实施流量控制,驻场单位应启动大面积航班延误预案.第四、试验期间的兰州机场出现了日降水量41.8mm及27.2mm的两次西北级暴雨、最低气温达-19.7℃,最高气温33.7℃,大于30℃的日数为25日,并且出现能见度1200m的扬沙浮尘天气,这些条件下激光雷达均24小时运行正常,表明兰州机场的气候条件适宜激光雷达探测并预警风切变.
作者：孙伟中
作者单位：民航甘肃空管分局兰州中川机场气象台,兰州市,730087
母体文献：中国气象学会雷达气象学委员会新一代天气雷达发展20周年学术交流会论文集
会议名称：中国气象学会雷达气象学委员会新一代天气雷达发展20周年学术交流会
会议时间：2018年9月1日
会议地点：合肥
主办单位：中国气象学会,中国气象局
语种：chi
分类号：P42TN2
关键词：民航机场 激光雷达 低空风切变 分级预警 风场探测
在线出版日期：2022年5月27日
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