利用激光雷达判别机场晴空风切变事件成因

为了研究高原机场的风切变特征,本文利用丽江机场自动观测站资料、NCEP再分析资料,引入三维激光雷达测风资料,对丽江机场2020年3月29日晴空低空风切变特征进行分析.结果表明,此次低空风切变过程主要是受地面变压风辐合、地面增温湍流加强以及动量下传等因素共同影响而形成的.风切变发生期间低空环境风场与地面风场变化基本吻合....     

新型多普勒测风激光雷达Windcube的风参数观测与验证

2007年12月11～14日,中国科学院大气物理研究所与法国Leosphere公司在该研究所位于北京市北三环和北四环之间的325 m气象塔试验场内联合开展了一次测风激光雷达Windcube的外场演示试验.Windcube观测数据随后与325 m气象塔上的风杯风速仪测得的风速资料进行了对比,结果是:由两种手段获得的所有6...     

Windcube激光雷达与测风塔测风结果对比

在张家口市张北县国家风光储输试验场,采用Windcube激光雷达测风系统与测风塔测风设备同步观测试验数据,计算了各种统计量,对风速、风向、标准偏差和湍流强度进行了对比分析.结果表明:Windcube测量数据有效率在140 m以下达到97％以上,测量结果基本不受降水影响;Windcube与测风塔测得的风速、风向相关系数均达到了0.99以上,100 m高度风速偏差为-0.197 m/s,相对偏差为-2.3％,平均风向偏差为-6.2°,平均湍流强度偏差0.0093,与其他文献的对比分析结果一致,能够满足风能资源评估的要求.     

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明：1）绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2）海陆风日发生时,水平局地回流指数（RF）较小,1.2 km以下的RF值小于0.5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。     

激光测风雷达PPI扫描监测风切变的数值模拟

低空风切变严重威胁飞机起降安全,而激光测风雷达在晴空风切变监测方面具有显著优势,但其监测性能受到风场特点和监测算法的影响。由于无法对局地空间风场进行时空同步精细化探测,且风场具有阵性,导致风切变监测会出现虚警率、漏报等现象,只能通过数值模拟仿真的方式,对不同风场的监测性能进行分析评估。本文首先仿真构建了四种具有代表性的风场类型,然后模拟激光测风雷达平面—位置显示（Plane Position Indication,PPI）扫描方式获取不同仿真风场下的径向风速数据,最后利用八邻域系统算法对径向风速数据进行风切变监测,验证不同类型风场下激光测风雷达PPI扫描方式监测风切变算法的有效性。结果表明,激光测风雷达PPI扫描结果能够真实地反映风场情况;八邻域系统算法能够有效识别风切变;在进行风切变检测时,应尽可能地考虑到多个方位上的切变值,避免漏报。     

多普勒雷达反演风场的风切变识别研究

风切变是风场不均匀的一种表现,这种不均匀恰是造成风场反演困难的主要因素之一,利用多普勒天气雷达的径向风场数据,并基于风场反演的方法对风切变的识别和大小进行了分析和计算。对传统的根据径向风差异去识别风切变的方法分析后,发现风场均匀时径向风速在不同方位角之间会存在差异,并且这种固有差异在径向风场的零速线附近达到最大,从而会造成识别中的误判。针对风切变区风场的不均匀特点,在风场反演中选用了均匀风场模型进行计算,用临近格点之间风矢差来表示风切变的大小。对广州一次强对流过程中风切变的识别结果表明,在连续单体和中尺度气旋的强回波区,切变区主要集中在强对流区,以及移动路径的前侧;风切变的量级显示,在强对流与中尺度气旋处的风切变大小明显大于其它位置处,量级大小一般在4.5 m/(s·km)以上,而强对流与中尺度气旋区边缘的切变大小一般在4.0 m/(s·km)以上,并且切变发展的方向与天气过程的一致;对于潜在发展的对流,对比结果发现风切变的大小在3.0 m/(s·km)以上时容易发展成新的单体。分析结果表明,通过对强切变出现的位置和发展趋势进行判断,可为强对流的天气发展起到预警作用。      

多普勒激光雷达探测台风“利奇马”边界层风场精度分析

多普勒激光雷达在台风等强天气背景下的探测能力亟待研究,为此将多普勒激光雷达与70 m测风塔超声风温仪在同址同高度探测台风"利奇马"影响期间的边界层风场数据进行对比,并分析多普勒激光雷达的误差分布以及变化情况。结果显示:在高度70 m上,两者的水平风速、风向相关系数分别为0.97和0.99,垂直风速的相关系数为0.36。以超声风温仪为参考值,激光雷达水平风速、垂直风速和风向均方根误差分别为1.06 m/s、0.46 m/s和17.10°。深入研究表明:降水对多普勒激光雷达测量水平风速和垂直风速误差均有一定影响。当激光雷达信噪比大于2 000时,各参量的误差与信噪比呈负相关关系。研究表明多普勒激光雷达至少可以较好地刻画台风环流内的水平风场结构及演变,可应用于台风外围环流影响下(即较弱降雨条件下)边界层风场的高分辨率探测和研究。     

测风激光雷达与风廓线雷达的探测性能评估及数据融合

测风激光雷达和风廓线雷达作为L波段探空测风的有效补充,均可以提供高时空分辨率的大气风场信息,然而由于工作原理和适用条件存在明显差异,在探测性能上各有优缺点,单一设备的探测数据已不能满足精细化预报的要求。本研究使用2020年1—5月北京南郊观象台的L波段探空资料对同址观测的测风激光雷达和风廓线雷达进行了数据质量评估,结果表明测风激光雷达与探空的一致性较高,U、V分量的相关系数分别为0.97和0.98,均方根误差分别为1.1和0.95 m·s-1,然而在2 km以上数据获取率较低且偏差较大;风廓线雷达与探空相比,U、V分量的相关系数分别为0.94和0.93,均方根误差分别为2.94和2.91 m·s-1,风廓线雷达的探测距离虽然更远,但在0.5 km以下和6 km以上的测量偏差较大。考虑到两种测风雷达在不同探测高度上的性能优缺点,提出分段曲面拟合法对两者的水平风资料进行融合处理,并选取个例对融合效果进行验证,结果表明,融合后的风廓线与融合前相比,风向和风速的一致性均得到明显提升。     

高原机场风切变探测系统建设思索

指出了风切变是高原机场对航空安全威胁最大的天气现象,探讨了高原机场风切变探测系统的建设思路。     

多普勒天气雷达识别低空风切变算法的改进研究

针对CINRAD-CD天气雷达切变线识别产品的局限性,通过对探测资料采取中值滤波、滑动平均等预处理方法,有效填充缺测区探测资料。随后,再对探测资料采用最小二乘拟合法计算得到风场径向速度的径向切变、方位切变及垂直切变,进一步得到风场径向和方位的组合切变,从而得到垂直切变图。通过两次银川降雨过程实例应用,证明上述方法能够较准确地辨识风切变线,可为临近预报提供更科学的参考信息。     

利用风速表资料分析新郑机场低空风切变

利用郑州新郑机场跑道两端自动观测系统风速表资料,分析了机场跑道升降区域的低空风切变,结果表明发生低空风切变时,地面2分钟最大和最小风速差值在15m/s以上;发生低空风切变前1～2h,风向变化频率明显增加.     

乌鲁木齐机场雷暴天气的风切变特征

对乌鲁木齐国际机场1984～2003年出现的典型雷暴天气过程,利用常规观测资料和机场跑道自动观测系统的实时观测资料,分析了机场雷暴天气的类型和雷暴天气下机场跑道附近气象要素演变及风切变,给出不同天气形势下机场雷暴的风切变特征。     

乌鲁木齐国际机场风切变颠簸天气个例分析

利用常规天气资料、风廓线雷达探测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及数值模拟资料,对乌鲁木齐2010年12月2-3日对飞行安全有较大影响的风切变颠簸天气进行了多角度分析。结果表明,局地性东南风层的形成和下传造成的水平方向上非东南风与东南风的切变、锋区南压过程中在北疆沿天山一带低空诱发的小范围风场扰动对东南风层短暂破坏而引起的水平和垂直方向上风向风速的迅即变化,是造成机场附近风切变颠簸的原因。中尺度数值预报模式（WRF）对此次风切变天气有较好的模拟能力,有助于在探测资料有限的情况下了解风切变的细微结构及其演变。     

大连机场典型低空风切变的成因分析

风切变是指空间两点之间的风的矢量差,风切变分为水平风切变和垂直风切变。航空气象学中,低空风切变通常是指近地面600 m高度以下的垂直风切变,低空风切变严重危害航空活动安全,尤其是在飞机起飞和着陆阶段。为了提高对低空风切变的预报准确率和提前预警时间,利用大连机场话音方式航空器报告统计大连机场出现的低空风切变特点。大连机场低空风切变出现最多的季节是秋末和春季,其中以西北大风和偏北大风造成的低空风切变最为典型,这种切变常常出现在地面风向为360°或350°、平均风速9 m·s^-1、阵风风速16 m·s^-1的观测时次附近。选取3个大连机场典型低空风切变的天气个例,利用NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料分析大连机场出现典型低空风切变时的天气形势特点,利用WRF模式输出资料,分析了大连机场出现典型低空风切变时低层的风场特征。分析结果表明,WRF模式输出的风场变化较小,不能体现低空风切变的突变特征,利用模式输出资料计算得到的反映偏差风相对大小的I值与风切变的出现有明显关系,当I大于0.5且逐渐增加时,容易出现低空风切变,当I小于0.5且逐渐减小时,不易出现低空风切变,可以利用I值及其变化情况进行风切变的预报预警。     

福州长乐机场雷暴及风切变天气特征

利用福州长乐机场1998—2015年雷暴观测资料、2010—2015年自动站观测资料及美国国家环境预报中心(NCEP)逐日再分析资料,对机场雷暴及其伴随的风切变天气特征进行统计分析。结果表明:长乐机场雷暴天气一年四季均有发生,夏季最为频繁,且持续时间较长;雷暴具有明显的日变化特征,主要出现在午后至傍晚,持续时间一般在2 h内,l h以内居多;长乐机场偏西方向是雷暴生成最多的方位。54%的雷暴发生前3 h至结束后3 h内伴有风切变,且偏西方向的雷暴伴有风切变的概率较大。长乐机场弱风切变出现的次数远高于中等强度风切变,而强风切变出现次数最少,且出现在偏西方向的概率较高。伴有风切变的雷暴天气主要有4种环流类型:南支槽型、华北槽型、副高控制型及热带气旋型。     

成都双流机场“7.9”低空风切变天气过程分析

利用多普勒雷达对2010年7月9日发生在成都双流机场的两次低空风切变飞行事件进行分析,这两次低空风切变过程是由中尺度对流系统（MCS）产生的阵风锋和下沉气流造成的。利用实时的多普勒气象雷达和地面自动观测数据,确定阵风锋的传播方向和速度,估计阵风锋引起的风切变发生的时段和位置;多普勒反射率因子的形态及多普勒速度图像能有效判断下沉气流的区域,对下沉气流造成的风切变有很好的指示和预警作用。     

利用多普勒雷达资料识别低空风切变和辐合线方法研究

该文研究了利用多普勒雷达径向速度资料识别低空风切变和辐合线的方法, 讨论了不同的计算“窗口”大小对资料预处理效果和梯度计算的影响, 并对几次强对流天气进行识别、分析。结果表明:预处理采取先中值滤波后滑动平均, 选择合适的“窗口”能在有效去除库间脉动的同时保持中尺度信息; 经过资料预处理后, 从径向速度计算的切变结果与径向速度中反映的中尺度结构比较一致, 能够从这些资料中自动提取辐合和切变的中尺度信息; 强降水回波与风切变高值区位置、变化趋势一致; 垂直切变能够提供径向风场的高低层配置信息; 利用径向速度资料可以实现对风切变和辐合线的自动识别, 为灾害性天气预警、预报提供重要的客观依据。     

成都双流机场“7.9”低空风切变天气过程分析

利用多普勒雷达对2010年7月9日发生在成都双流机场的两次低空风切变飞行事件进行分析, 这两次低空风切变过程是由中尺度对流系统 (MCS) 产生的阵风锋和下沉气流造成的。利用实时的多普勒气象雷达和地面自动观测数据, 确定阵风锋的传播方向和速度, 估计阵风锋引起的风切变发生的时段和位置;多普勒反射率因子的形态及多普勒速度图像能有效判断下沉气流的区域, 对下沉气流造成的风切变有很好的指示和预警作用。      

“2.23”昆明长水机场低空风切变分析及可预报时效估计

随着航空事业的发展,飞机性能得到提高,但低空风切变仍然对航空安全构成威胁,为了解其发展规律,就昆明长水机场2017年2月23日发生的四次低空风切变进行了特征分析,揭示了风切变产生的水平及垂直风场的调整过程。分析发现,昆明机场特殊的地理位置造成冷锋推进速度缓慢;冷锋过境时,跑道两端出现风向和风速的不连续,造成跑道两端风向和风速均无法满足运行标准,导致跑道关闭;冷锋过境后,在跑道上60m决断高度附近形成水平风的垂直风切变,造成飞机复飞,对飞行安全造成较大影响。跑道道面上的风切变空间尺度小、存在时间长、而且风切变发生高度较低,并随时间变化,结合自动观测系统及风廓线雷达能更好的了解冷锋型风切变的特征,可以为航空飞行安全提供更精细化的服务。