双流机场风廓线雷达数据补盲方案设计与实现

雷亚会

(民航西南空管局气象中心，成都 610202)

0 引言

目前成都双流机场采用双跑道运行模式，在东跑道02R端安装有Airda-3000型固定式边界层风廓线雷达，采用全相参脉冲多普勒体制和相控阵天线技术，利用大气湍流对电磁波的散射作用遥感探测大气风场等物理量，获取近地面至5 km空中不同高度层的风速、风向和垂直气流等风场数据。采用平板式相控阵天线，向雷达站所在位置上空的多个方向(1个铅垂方向，4个方位相互正交、天顶角为15°)发射脉冲信号，最快2 min完成1个周期测量扫描并生成包含水平风速、水平风向的廓线数据，在900 m以下时探测分辨力为50 m，即该风廓线雷达的最低探测高度为50 m。Airda-3000型边界层风廓线雷达数据处理软件出厂时已经提供了1个接口，该接口可以接收固定格式的地面风观测数据，达到补盲的效果，并能利用地面风对风廓线雷达数据进行质量控制[1]。同时，双流机场东跑道02R端安装有6要素自动气象站(以下简称遥测站)，其可探测距地面10 m高的风向、风速数据，每分钟产生1组风向、风速数据[2]。基于以上条件，文章通过软件和硬件设计实现地面风数据引入风廓线雷达，以弥补风廓线雷达盲区高度内无风向风速数据的不足。

1 系统设计思路和结构方案

目前，双流机场Airda-3000型固定式边界层风廓线雷达架设于东跑道南端以南360 m，距跑道中心线(西侧)130 m处；双流机场东跑道02R端遥测站安装位置距东跑道南端向北380 m，距跑道中心线(东侧)110 m，二者直线距离775 m。考虑到低空风切变发生时地面风速一般在2 m/s以上，风廓线雷达采用5 min的平均值生成1组垂直廓线数据，文章认为二者直线距离在1 km范围内均符合研究要求[3]。首先考虑到直接通过硬件线路将遥测站数据引入风廓线雷达，但此方案需要重新在两个设备间挖沟施工，铺设电缆，这对于全天运行的双流机场来说实施难度较大[4]。而且遥测站为在用设备，需实时传输数据到航管小区供航空气象用户使用，直接从遥测站设备端并接读取数据有可能影响原来在用线路的数据稳定性。综合考虑，文章未采用直接引接数据的方案，而采用中转引接方案。

文章采用方案如图1所示，首先遥测站数据经过原有硬件线路将数据传送至航管小区机房数据存储服务器数据库中，然后在风廓线雷达数据处理服务器上自主开发软件，将原始数据转换成风廓线雷达数据处理软件可以接收的格式，再将处理后的数据传送到风廓线数据处理服务器上，与风廓线雷达数据进行融合显示，实现风廓线雷达地面风数据补盲。

图1 遥测站数据引入风廓线雷达方案

2 系统实现及结果分析

2.1 系统实现

Airda-3000型固定式边界层风廓线雷达未引入地面风数据时，风廓线雷达显示界面只能提供给用户最低50 m高度的风羽图，在地面层高度没有风向风速显示，故用户仅依靠风廓线雷达无法得到地面至50 m高空处的风向风速资料。

对风廓线雷达实施地面风数据补盲方案后，地面风的补盲数据引入了风廓线雷达，可以看到风廓线雷达风羽图显示界面上，在地面层高度同样有风向风速显示，使得整个空间的风数据信息融合显示，有利于用户对风切变天气的整体分析。

2.2 效果分析

通过长时间的数据积累和对比，文章选取部分时间段的数据进行分析。当地面风速大于2 m/s时，地面风数据和风廓线雷达数据融合显示后风数据信息较一致，变化均匀，用户可以进行有效的整体分析。

当地面风数据小于2 m/s时，地面风数据和风廓线雷达数据融合显示后风数据信息变化较大，甚至方向完全相反，此类地面风数据不仅不能起到好的分析效果，反而会对用户的分析判断造成不良影响。这是由于二者安装位置相距775 m，当风速小于2 m/s时，在5 min内风的传输距离小于二者的直线距离，所以不可以将二者近似认为是同一安装地点，即二者数据进行融合显示没有意义。但对于机场来说对风数据只关注风切变和风速较大时的侧风，而风速较小时并不会对飞机的起降产生影响，因此可以不做考虑。

3 结束语

文章依据双流机场设备安装的特点以及现有硬件设备，结合自主开发软件实现了双流机场边界层风廓线雷达的地面风补盲工作；进而根据对大量数据的积累和观察，总结出有效补盲的方法，并证明了方案的可行性。未来将考虑使地面自动气象站(或用便携式气象仪代替)与风廓线雷达建立在同一位置，对地面风速较小时的情况做进一步研究，以验证在同一地点安装时是否可以达到与风廓线雷达进行融合显示的效果。