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多普勒雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的應(yīng)用論文
1多普勒雷達(dá)探測(cè)原理
1.1降水回波中的多普勒頻率信息
在航空氣象服務(wù)中最普遍的降水測(cè)量活動(dòng)中，常規(guī)的數(shù)字化雷達(dá)只能借助雷達(dá)波的回波強(qiáng)度來(lái)對(duì)降雨區(qū)域的分布、強(qiáng)度和垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷。而多普勒雷達(dá)則能夠根據(jù)降水回波頻率和發(fā)射頻率之間的變化信息對(duì)降水的強(qiáng)度、氣流速度等航空關(guān)鍵信息進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)多普勒定律當(dāng)波源與觀測(cè)者作相對(duì)運(yùn)行的時(shí)候，觀測(cè)者所觀測(cè)到的頻率與波源的實(shí)際頻率是不同的，這種頻率的差異與波源與觀測(cè)者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。根據(jù)這一定理多普勒雷達(dá)就可以根據(jù)降水粒子的回波頻率和發(fā)射頻率的差異性，分辨出降水例子的運(yùn)動(dòng)速度、方向，并通過(guò)不間斷的監(jiān)測(cè)形成降水粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。并在此基礎(chǔ)上形成對(duì)降水強(qiáng)度、分布和變化趨勢(shì)的客觀認(rèn)識(shí)，同時(shí)也形成對(duì)該區(qū)域氣流強(qiáng)度、方向和變化趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)。
1.2多普勒雷達(dá)的體制
多普勒雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)之間的主要區(qū)別，就在于它能夠區(qū)別出信號(hào)回波的微弱變化，而這種相對(duì)于發(fā)射頻率的微弱變化正是形成多普勒雷達(dá)特殊氣象監(jiān)測(cè)能力的關(guān)鍵。通常情況下為了實(shí)現(xiàn)多普勒雷達(dá)的這一功能，雷達(dá)內(nèi)部會(huì)采取工作頻率和初相位不變，或者鎖定工作頻率的方式。從整體上看當(dāng)前應(yīng)用于航空氣象服務(wù)的多普勒雷達(dá)主要有兩種，一種是全相干多普勒雷達(dá)，一種是自相干雷達(dá)。其中全相干多普勒雷達(dá)的主要特點(diǎn)是應(yīng)用了晶體振蕩器發(fā)出的單頻脈沖波，這種脈沖波束的穩(wěn)定性極強(qiáng)，頻率穩(wěn)定性可以達(dá)到10-9，基本上可以滿足鎖定工作頻率的要求，與回波對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)其中的細(xì)微差別。自相干雷達(dá)的主要特點(diǎn)是應(yīng)用了鎖相位技術(shù)，雖然其自身發(fā)出的高頻率脈沖具有強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性，但是鎖相位技術(shù)的應(yīng)用讓發(fā)射波和系統(tǒng)回波能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較，進(jìn)而提取形成氣象因素顯示的氣象信息。
2多普勒雷達(dá)在民航氣象服務(wù)中的應(yīng)用分析
2.1零徑向速度的意義
在具體的多普勒雷達(dá)的民航氣象服務(wù)應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某一點(diǎn)的徑向速度為零的情況，這是多普勒雷達(dá)在氣象服務(wù)中應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。通常情況下當(dāng)出現(xiàn)徑向零點(diǎn)的現(xiàn)象時(shí)，其位置的真實(shí)情況可能是兩種。一種是該處的真實(shí)風(fēng)向與雷達(dá)的徑向垂直，因而雷達(dá)無(wú)法分辨出這一位置的風(fēng)向信息。另一種情況是該區(qū)域的風(fēng)向確實(shí)為零。從航空氣象服務(wù)的安全角度出發(fā)，出現(xiàn)徑向速度為零的情況時(shí)，首先應(yīng)該作第一種情況的假設(shè)，即這一位置的風(fēng)向與雷達(dá)徑向垂直。在這一假定的基礎(chǔ)上對(duì)該位置的風(fēng)向分析可以依據(jù)區(qū)域的風(fēng)向圖分析，如在該位置的00方位耨一處徑向速度也為零，那么該處就只能是東風(fēng)或者西風(fēng)。如果在該處的左側(cè)臨近點(diǎn)徑向速度為負(fù)、右側(cè)臨近點(diǎn)的徑向速度為正，則可以進(jìn)一步判斷該處風(fēng)向?yàn)檎黠L(fēng)。
2.2鋒面附近多普勒速度圖像
氣象現(xiàn)象中的鋒面現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致天氣環(huán)境的突然變化，是航空氣象監(jiān)測(cè)中的主要檢測(cè)對(duì)象，通常情況下多普勒雷達(dá)對(duì)鋒面現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)主要是通過(guò)鋒面兩側(cè)的環(huán)境信息變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)鋒面現(xiàn)象形成的時(shí)候，以鋒面為界限兩側(cè)的基本環(huán)境信息會(huì)有很大差距，一旦監(jiān)測(cè)到一個(gè)狹長(zhǎng)地帶的兩側(cè)環(huán)境信息差值達(dá)到一定程度，就可以判斷其是鋒面現(xiàn)象，并可以確定其環(huán)境因素變化最大的區(qū)域就是鋒面所在，而根據(jù)兩側(cè)環(huán)境因素的差值信息和鋒面的運(yùn)行信息，就可以判斷其是冷鋒還是暖鋒，并判斷其基本運(yùn)動(dòng)方向。根據(jù)鋒面現(xiàn)象的基本信息結(jié)合氣象分析系統(tǒng)就可以判定其可能造成的天氣變化和天氣變化的位置。并對(duì)相應(yīng)航班進(jìn)行調(diào)整，使其規(guī)避危險(xiǎn)天氣區(qū)域。
3結(jié)論
航空交通作為一種新興的交通方式，其本身的安全性是最為重要的影響因素，而現(xiàn)實(shí)的航空活動(dòng)中對(duì)飛行器安全影響最大的就是天氣因素，所以對(duì)多普勒天氣雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中應(yīng)用的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。本文從多普勒雷達(dá)的探測(cè)原理和多普勒雷達(dá)在航空氣象服務(wù)中的具體應(yīng)用對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，認(rèn)為多普勒雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠分辨系統(tǒng)發(fā)射波與回波之間的細(xì)微差別，進(jìn)而對(duì)氣象環(huán)境的具體信息進(jìn)行分析，并借助其他氣象分析軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)航空氣象的全面監(jiān)測(cè)。
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