大兴机场测云雷达是如何为飞机保驾护航的?
2019-11-07 14:24:00 来源:科普中国

气象是影响飞机航运最重要的因素之一,常见的风雨雷电雾等恶劣天气都会严重影响飞行安全。目前,北京大兴国际机场已完成测云雷达的安装,虽然测云雷达本身并不是什么新发明,在许多领域也已发挥作用,但这是中国民航第一部正式业务化运行的测云雷达,将为每年数以千万计的旅客提供出行保障。那么,至关重要的测云雷达是如何为飞机保驾护航的呢?

顾名思义,测云雷达就是用雷达来探测天上的云朵,较之以前气象台装备较多的“测雨雷达”,测云雷达更关注云层的情况。大兴机场装备的是一部Ka波段全固态毫米波测云雷达。我们知道,雷达发射的电磁波按照频率范围由低到高,可以划分为高频(HF)、甚高频(VHF)、超高频(UHF)、L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段等,其中Ka波段对应的频率范围是26.5~40GHz,而“全固态雷达”是指全部采用高功率固态微波源的雷达。

大兴机场这部测云雷达可对机场周边60公里范围内的云、雾、雪、弱降水等进行高精度观测,获取云的高度、水含量、粒子相态(云层里是水还是冰)等数据信息,并与天气雷达、风廓线雷达等设备结合,提升机场天气预报的精细程度,对于危害飞机航行安全的低云、大雾等低能见度天气,有很好的实时监测和短临预警能力。

我们知道,雷达探测的原理是使用发射电磁波照射到需要研究的目标上,通过分析目标反射的回波,从中提取目标距离、速度、方位、高度等信息。电磁波在传输过程中,由于要穿透大气和云层等介质,不可避免会产生能量衰减,电磁波频率越高,衰减越快,但同时天线波束越窄,雷达指向性越好。这部测云雷达选用的波段有较高的测量精度以及接受范围内的衰减量,是工程上的最优选择,从而可以获得令人满意的测量结果。

雷达通过探测云层降水粒子含量等,生成观测数据并上传到监测平台,结合一系列算法生成彩色雷达图。雷达图被形象地称为“西红柿鸡蛋汤”,因为其主要颜色有红色、黄色、绿色等,就好像是西红柿、鸡蛋和葱花。不同的颜色代表不同的数值,基本规律是“西红柿”大于“鸡蛋”大于“葱花”。如果红色很深,甚至出现了紫色,那就预示着可能有冰雹、雷暴大风等极端天气。

毫不夸张地说,这部测云雷达就像是用航天科技为天上的云朵打造的“CT扫描仪”,专门用来研究、分析、监测云朵的结构变化,为天气预报提供准确数据,让百姓放心出行,安全出行,便捷出行。

本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。

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