机场风廓线雷达参数选择和安装位置
0引言
风切变是影响航空器飞行的非常危险的天气。当跑道附近存在风切变时，飞机从小的顺风进入大的顺风区域，或从大的逆风进入小的逆风或顺风区域时，飞机速度就会减小，升力就会下降，飞机下沉，导致飞机无法正常起飞或飞机提前降落，危及飞行安全;当飞机进入另外一种风切变，即风速垂直切变的强烈下沉气流时，由于强度很大，甚至可能把飞机直接砸到地面，引发严重的飞行事故。对风切变和空间风场的有效探测既可以保证飞行安全，又可以节省经营成本提高飞行效率。
风廓线雷达是利用大气湍流对电磁波的散射作用探测大气风场的一种遥感设备，它可以在时间上不间断的获取垂直空间的风场分布，利用这些数据可以有效的探测到风切变。我国在本世纪中期就开始利用风廓线雷达在民航机场进行了试验研究，到目前为止中国已经有20部左右风廓线雷达进行了业务应用。风廓线雷达正逐渐的成为探测机场风切变和大风的有效探测工具。
本文根据民航机场的需求对如何选择风廓线雷达参数指标和风廓线雷达在机场安装位置进行系统的分析。
1风廓线雷达的有效探测高度
风廓线雷达选择不同的参数，有效探测高度是不同，根据不同的探测高度风廓线雷达分为边界层、对流层和平流层风廓线雷达。
2机场风廓线雷达参数选择分析
风切变是机场风廓线雷达的主要探测对象，统计西北地区西安咸阳国际机场、兰州中川机场、西宁曹家堡机场和银川河东机场2011年和2013年的64次影响航空器飞行的风切变发生高度和时间。
发生风切变的最大高度小于3000m，在高度小于100m时发生的比例为32.8%，在高度小于500m发生的比例为81.3%，在高度大于500m发生的比例才为18.7%。因此在机场及其周边影响航空器飞行的风切变主要集中在低空500m以下，并且在低于100m发生风切变的次数更加频繁，而风切变发生的最大高度要小于3000m。4, 5, 6, 7和8月份(春夏季节)发生风切变频率比较大，而在11, 12和1月份(冬季)发生的频率比较低。因此民航机场对风廓线雷达有效探测低空风场的要求更高，在风廓线雷达参数选择时更多考虑对低层风的探测的有效性，而在最大探测高度只要大于或等于3000m即可，因此选择边界层风廓线雷达最好。
2.1天线口径的选择分析
由于风廓线雷达的最低有效探测高度由脉冲宽度和相控阵天线口径决定，风廓线雷达一般都采用全固态发射机，可以工作在比较窄的脉冲宽度，最小探测盲区可以降低到30m，因此天线口径的选择是机场选择风廓线雷达对低层风探测效果的主要考虑因素。现在风廓线雷达天线口径主要设计在1.8m-6m，假定风廓线雷达波长= 0.234m，则相控阵雷达天线波束形成的最低高度图。
可以得到风廓线雷达实际的探测高度、大气折射率常数和温度、湿度的变化趋势基本一致，在冬季1月、2月和12月温度和湿度的值都比较小，大气折射率常数在10的量级，风廓线雷达的实际探测高度小于2500m;到了春季3月、4月和5月温度和湿度都逐渐增大，大气折射率常数在10量级，风廓线雷达的实际探测高度大于2500m而小于3000m;到了夏季和初秋季节(6月、7月、8月、9月)温度和湿度都达到非常大的值，大气折射率常数也变得很大，特别在9月份湿度达到最大值，大气折射率常数达到最大值在10ms的量级，风廓线雷达实际探测高度超过了4000m;到了10月和11月温度和湿度又开始下降，大气折射率常数又逐渐降到10的量级，风廓线雷达的实际探测高度又降到了3000m以下。
是在湿度为55%-58%时，风廓线雷达实际探测的有效高度随温度的变化曲线，是在温度为20 0C-23 0C时，风廓线雷达实际探测的有效高度随湿度的变化曲线。可以得到风廓线雷达的有效探测高度随温度和湿度的增大而增大，当温度小于50C时，风廓线雷达有效探测高度变化比较小，并且都在2000m左右，当温度大于250C时有效的探测高度达到了3000m左右;当湿度小于45%时，风廓线雷达的探测高度在2000m左右，而当湿度达到80%以上时，风廓线雷达的探测高度大于4000m。风廓线雷达的有效探测高度随湿度的变化范围2000m-5000m要大于随温度的变化范围2000m-3000m，并且变化梯度更大。
通过上面分析可以得到，由于大气折射率常数随温度和湿度的变化，风廓线雷达的实际探测高度差距特别大，并且与温度和湿度程正相关。当温度和湿度的值比较小时，风廓线雷达实际探测高度就比较小，当温度和湿度的值比较大时，风廓线雷达的实际探测高度就比较大;并且风廓线雷达随湿度变化的梯度比较大，而随温度变化的梯度较小。在一天中由于温度和湿度的差异风廓线雷达有效最大探测高度也是不同的。
2.2发射功率的选择
发射功率是影响风廓线雷达有效探测高度的重要参数之一，可以得到发射功率和有效探测高度成正比。根据不同的机场气候特点选择不同的发射功率可以有效的改善由于大气折射率常数不稳定对探测高度造成的起伏。当机场的温度和湿度全年都比较稳定并且值比较大时，可以选择偏小的发射功率，这样不但可以保证风廓线雷达有效探测高度又可以减小了对设备的硬件的要求;当机场的温度和湿度随季节变化起伏比较大(特别是在某个季节湿度太小)或者机场的温度和湿度全年温湿度都比较小时，要选择偏大的发射功率以确保风廓线雷达满足机场的探高要求。
3风廓线雷达在民航机场安装位置的分析
风廓线雷达在机场安装位置的选择是民航气象预报员利用雷达探测数据向外提供良好天气服务的基础。安装位置的选择主要考虑:净空、地理位置和风廓线雷达的有效探测高度。 安装位置对净空的要求必须满足在探空区间没有遮挡物、周围有没有强电磁波和高大建筑物的影响。根据《民用航空气象探测环境管理办法》规定:风廓线雷达四周的障碍物对探测系统天线形成的遮蔽仰角应小于30.
安装位置对地形位置的要求尽量远离高大建筑物、大树、山坡等遮蔽物，尽可能远离强电场、磁场物体。
风廓线雷达的安装位置一定要考虑风廓线雷达的有效探测高度:当航空器(起飞或者降落时)路经风廓线雷达的探测区域时，航空器到天线平面的垂直高度应该大于风廓线雷达的最小有效探测高度。例如当风廓线雷达的天线直径为2.4m、脉冲宽度为0.4,us、波长为0.234m时，风廓线雷达应该安装位置应该满足航空器路径它的探空区域时到天线平面的垂直距离大于50m.
4结束语
本文系统的分析了根据机场的需求如何选择风廓线雷达参数和风廓线雷达在机场安装时主要考虑的因素。
1.根据民航气象对低空风切变的探测需求，风廓线雷达天线的直径选择2.4m最好，既保证了探测低空风数据的有效性又使天线增益也比较大。
2.由于大气折射率常数与温度和湿度具有正相关性，在选择风廓线雷达发射功率一定要考虑当地机场的温度和湿度的变化特点，以保证风廓线雷达实际的探测高度满足机场对风切变的最高探空需求。
3.在机场选择风廓线雷达安装位置时也要考虑风廓线雷达的有效探测高度:当航空器 (起飞或者降落时)路经风廓线雷达的探测区域时，航空器到天线平面的垂直高度应该大于风廓线雷达的最小有效探测高度。
虽然民航气象对风廓线雷达应用已经开始业务化，但由于风廓线雷达技术还没有完全成熟，在对特殊天气的探测效果上还不是特别好;但随着风廓线雷达技术的越来越成熟、产品开发越来越丰富，风廓线雷达在民航气象的应用会越来越广泛，探测数据的有效性会越来越