天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

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“飛行機組基礎操縱能力研討班”中的發言稿。討論的中心是如何預防空中失控。

A330飛機高度FL370云中飛行。區調通報FL360-FL400均有中度顛簸區。之前機組使用氣象雷達掃描,僅看到有輕度降水,未見危險天氣,考慮到航線處于天氣上風面,機組決定按航線飛行后關閉雷達。

之后機組發現航線左側有天氣并較接近,開雷達顯示回波迅速增強,并對飛行產生影響。機組斷開自動駕駛,操縱飛機以較大坡度右轉機動避讓。飛機坡度瞬時大于45°。為保證速度安全裕度,飛機下降700英尺,右偏5海里。

B737-800飛機高度FL350時,機載雷達顯示距飛機80海里的前方有較大片的雷雨天氣。距雷雨區40海里時,機組決定向左側繞飛。當距離更近、選擇距離環為10海里時,飛機正前方原來為黃色的區域中突然出現一小塊紅色區域,直徑約2海里,疑似隱藏的雷暴頂端。

為避開紅區,機長人工操縱飛機進行機動。在轉彎過程中,飛機突然遇到顛簸,瞬間有失速抖桿警告。飛機左坡度最大瞬間38度,最大G值達到1.59。

B737-800飛機上升過程中氣象雷達顯示航路右側10—15海里處有小范圍的天氣。飛機通過10000米后,機載氣象雷達顯示航路天氣正常。

當飛機保持11000米后,機組從儀表顯示上發現風向、風速快速變化,隨即飛機劇烈顛簸。左坡度最大值48.69°。

機組左轉航向,申請快速下降高度脫離顛簸區域。下降過程中飛機再次遇到強烈顛簸,出現坡度警告和抖桿警告,左坡度最高峰值達到88.77°,空中垂直載荷最大1.82g。

這不禁讓人聯想到B737NG機隊如今主流的氣象雷達操作方式——全程使用“天線自動+增益自動”方式(后文簡稱“雙自動”方式)。

全程使用“雙自動”方式,是在最近5年左右成為B737機隊主流操作方式的。在此之前,機組對于氣象雷達的操作還是很靈活的。

所謂“雙自動”操作方式,濫觴于幾年前柯林斯公司發布的一份氣象雷達使用說明。

作為最權威、最全面的氣象雷達操作指南,《柯林斯說明》一出就迅速成為各個機隊進行氣象雷達培訓的主要文獻。

筆者有多年的B737CL飛行經歷。必須承認,柯林斯的全自動氣象雷達設計相當成功。這種雷達極大的減輕了機組的工作負荷。

但是柯林斯在雷達說明書上使用“可以在所有時間、所有飛機高度顯示所有距離內全部的重要天氣,不需飛行員進行俯仰或增益設定 ,同時還不會顯示雜波”顯然是存在誤導性的。

如果說某些機組使用“雙自動”方式是一種技巧偏好的線年成為機長的人而言,“雙自動”已經是他們唯一掌握的雷達操作方法了。

在“雙自動”方式下,柯林斯WRX-2100全自動氣象雷達具備雙波束掃描、溫度補償、距離補償、過頂保護、海洋雷暴補償等功能。

如果雷達判定云體“濕頂高度”位于飛機6000英尺以下,其圖像就會被“抹除”。

隨著飛機逐漸接近天氣,“濕頂高度”數據逐漸得到修正。一旦該天氣被判定高于“6000英尺濕頂邊界”,其顯影就會突然“蹦”出來,并迅速增強。這種現象常見于距天氣30-40海里位置。

第二,“雙自動”方式下,機組容易陷入“唯顏色論繞飛”的誤區,喪失對云體性質的判斷。

需知,面對不同的性質的云體,我們可接受的強度是不一樣的。單純以圖像顯影強度評價繞飛與否,其思路上就是有缺陷的。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

(1)“雙自動”方式顯示2點鐘方位有較強雷雨。注意,紅圈區域內沒有任何天氣顯影。

(2)機組切換至人工方式,紅圈區域出現天氣回波。掃描過程顯示,該回波由地面一直延伸至接近9500米高度。

(3)距離40-60海里,使用“天線”方式,紅圈內右側天氣得以識別,左側天氣仍無顯示。

(5)距離20-40海里位置,在“雙自動”方式下,紅圈內右側天氣顯影迅速增強,紅圈內左側天氣顯影逐漸出現。

(6)同一位置,機組使用“天線”方式,紅圈內左側天氣出現較為清晰的圖像輪廓。

“雙自動”方式不會漏失危險天氣,但可能在極近距離才顯示圖像。試想,如果我始終使用

20海里才發現散隨回波,用3分鐘確認天氣,再用3分鐘申請繞飛,再用3分鐘等待ATC協調。是不是就跟開篇提到的案例很像了呢?

(1)80海里距離,雷達“雙自動”方式下,發現正前方存在天氣回波,基本可以判定為強對流云體。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

(3)40海里距離,雷達“雙自動”方式下,紅圈位置出現小片綠色回波。單純依據該顯示圖像,機組無法判定目標是何種云體。

+2”檔位,以及人工方式,可以明確斷定目標為對流天氣,且云頂高度略低于飛機巡航高度。

20海里距離,“雙自動”方式仍然顯示為綠色區塊。在“增益+2”方式下,已經呈現出較為典型的對流云體特征。

9500米直接飛越,不會進入云體內部。但由強對流云體上方飛越,機組必須評估顛簸、雹擊和雷擊的風險。而想要進行上述評估,你必須先解決下面三個問題。

雷達探測大氣目標的性能和其工作波長密切有關。把云雨粒子對無線電波的散射和吸收結合起來考慮,各種波段只有一定的適用范圍。常用

X、C和S波段雷達探測降水,其中S波段最適用于探測暴雨和冰雹,用高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達可以探測對流層-平流層-中層的晴空流場?!俣劝倏?/p>

X波段”雷達,與大名鼎鼎的“薩德”反導系統處于同一波段。(主張我軍應當干擾駐韓“薩德”雷達的餿主意可以休矣。)選擇

X波段的目的,在于對空中水滴獲得最優的探測效果。也就是說,機載氣象雷達探測的目標是各種含水的云體。在常見的各種云體中,

同樣是黃色的斑點,如果判定為普通降水云層,我們眼都不眨就直接穿過去了;但如果判定為對流云體,天氣預報的評價則避之尤恐不及。

+自動”,殊途同歸,在思路上都應當分兩步走。第一步,對目標進行定性分析。

表現雷達顯影上,對流區域回波強度高于周邊,其內部顯影均勻、無雜色。這就像切開桃子,里面露出的桃核(

讓目標顯示出最多色級梯度的增益檔位,就是最佳的檔位。借用一位老教員的話:

(1)下圖中紅圈與藍圈目標,內部均被均勻致密的紅區充滿,在邊緣均有顯著的

藍圈目標有較強降水,上半部較強且臨近雷雨,故而不宜進入;下半部較弱,如有需要可以挑選較弱位置穿行。

(1)“雙自動”方式顯示前方有大面積紅區,但其圖像不太符合對流云體特征:

本例我們討論圖上標記的三個目標云體。下圖由左至右,依次為增益自動、增益

1號目標最強,3號目標次強,2號目標最弱??紤]到三者均為對流云體,而且海洋雷雨顯影偏弱,所以上述3個云體都必須避開。

正如本例所展示的,即使在同一片空域中,針對不同云體,最適宜的增益檔位也可能是不同的。只要完成定性和強度分析,執行繞飛時增益開幾檔又有什么關系呢?

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

+1、增益+2、增益+3的雷達圖像。遵循之前的分析思路,通過增益切換對比,我們可以很快確認紅圈內的三個對流云體。

120節的高空風,自畫面右上方吹來。高空風會推動云體整體移動。云體內的部分水汽、降水或冰晶,會先于云體向下風面飄散。

第二,對流云體周圍,尤其是下風面的層狀云,其雷達顯影與普通降水云層沒有區別。

增益切換對比顯示,可以確認紅圈三個目標為對流云體,其周圍回波為非對流云體。

“附屬云層”與雷雨存在顯著相關性。機組應盡可能申請上風面繞飛;如果被迫由下風面繞飛,則應將增益調至最高,盡可能規避“雷雨附屬云層”的覆蓋范圍。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

“減增益”僅用于短時評估,絕對不要長時間使用“減增益”飛行。這可能會導致機組誤入雷雨。

當雷雨臨近機場終端區時,機組要考慮進離場遭遇風切變的可能。尤其是微下擊暴流,對于低空低速飛機是很致命的。

雷達在自動掃描方式下具備前視風切變探測功能。但其支持的高度、角度和距離都是有限的。

180節進近速度為例,3海里的預警距離,意味著機組最多只有一分鐘時間用于判斷和應急處置。單純依靠雷達預警,是遠遠不夠的。在對流云體的發展階段,其內部以上升氣流為主。

云體向四周發散的低空風。令航空界聞風喪膽的下擊暴流,正是這一現象的極端表現形式。

ATC或其他機組的風切變報告。而當天的地面風很明顯的由機場指向雷雨。這說明雷雨仍處于旺盛發展的階段,不太可能出現微下擊暴流。

增益切換對比顯示,在強降水云層中隱藏有三個對流云體。對流云體均處于發展階段,風切變可能尚未影響機場,不存在微下擊暴流可能。

機組應當盡量避免靠近對流云體及其附屬云層。對于其他降水區域,機組應當避開較強部分。

當對流云體處于發展初期、消散期,或者含水量較低的時候,單純切換增益可能無法獲得典型的對流云體顯影。

各高度“水平斷層”的圖像,是雷達人工方式的主要途徑。對流云體能夠成形,有一個先決的條件,即高低空存在貫通的

從脫離地面雜波開始,直至“濕頂高度”,每個“水平斷層”均表現出有“核兒”有“皮兒”的圖像。第二,對流云體具備相當的

隨著掃描高度增加,最強顯影位置相對穩定,而范圍和強度逐漸減小。這也就是我們通常所說的:

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

1)推薦使用增益最大,確保捕獲所有“嫌疑云體”。調低天線角度,確保地形雜波“淹沒”所有“嫌疑云體”。

2)逐漸上調天線角度,控制地形雜波逐漸向遠方后退。注意:天線角度旋鈕被設計為無檔位滑動的形式

。熟練的飛行員可以在兩個指示角度之間,獲得至少2-3個“中間角度”。)在飛機與地形雜波間的空白區域,如果仍然有回波,則可初步認定為高于地面的目標。

3)隨著地形雜波向遠方逐漸“退潮”,雷達波束對目標云體的掃描位置也逐漸升高。對比下面幾張截圖可以發現,藍圈內云體在每個角度均顯示有致密均勻的核心區域。而且核心區域的位置沒有顯著改變。

1)目標云體由地面向上延伸,直至超過飛機巡航高度。也就是說目標云體是“站著”的。(

2)目標云體在各個“水平斷層”上,均表現出有“核兒”有“皮兒”的顯影特征。(

3)隨著掃描高度增加,“水平斷層”的圖像中核心區位置沒有顯著變化,范圍逐漸縮小,符合對流云體特性。據此可以認定目標為對流云體。

機組應當盡量避免靠近對流云體及其附屬云層。對于其他降水區域,機組應當避開較強部分。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

2)在上調增益檔位的過程中,目標回波沒有增大,也沒有“附屬云體”。其形狀甚至隨增益上調有所“萎縮”。

4)控制地形雜波逐漸后退,筆者發現:當等距離地形雜波存在時,目標回波存在且較強。

5)但是當天存在一個很尷尬的情況——“雙自動”方式下雷達始終顯示該位置存在較強天氣回波。(說好的特么的“6000英尺濕頂邊界”上哪去了?)如果按照日常的繞飛習慣,筆者會秉承

100%確定前方沒有危險天氣。所以我決定保持“雙自動”方式,到底看看雷達在搞什么鬼。

6)在距離目標40海里時,“雙自動”方式下所有回波突然消失。事實證明,人工方式下獲得的“目標無高度”的結論是正確的。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

1)飛機通過走廊口,“雙自動”方式顯示前方有三塊較強的天氣回波。為了便于描述,我們由左至右分別命名為“1號”、“2號”和“3號”目標。

2)調高增益檔位。1號目標顯影增強,形狀和面積大幅度擴大,沒有穩定突出的“對流核心區”顯影。

4)逐漸上調天線角度,控制地形雜波后退。1號目標,顯影隨地形雜波同時消失,該目標不是“站著”的。

2號目標,隨著天線角度上調,顯影強度逐漸減弱,并在4.5°左右完全消失。但是該目標最強顯影的

位置和形狀幾乎沒有變化,核心區雖小,卻均勻致密,邊界色級顯著下降。3號目標,天線上調過程中,始終顯示出典型的有

1號目標,自動方式下顯影核心區位置與形狀變化極大,人工方式下顯影沒有高度,確定不是對流云體,估計為低空層狀降水。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

1)在“雙自動”方式下,天氣預報的評價前方天氣回波顯示為一個典型的、孤立的雷雨云體。此時的雷達圖像顯示雷雨周圍沒有其他天氣,由雷雨右側通過“貌似”是沒有問題的。

第二,雷達得顛簸探測功能,是通過探測水滴的垂直運動實現的。而在強對流云體內部,水滴的垂直運動是很劇烈的。所以

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

1)機組使用“雙自動”方式掃描,雷達顯示前方兩塊雷雨之間存在一個近40海里寬的“豁口”。單以下圖判斷,這個豁口足以保證飛機安全通過。

2)機組切換至人工方式,增益檔位最大。上圖中幾乎無法識別的“綠點”顯示出了典型的有“核兒”有“皮兒”的顯影特征。

3)上調天線角度,回波強度有所減弱,但位置和形狀未發生顯著變化。這顯示該目標是“站著”的。

4)距目標30海里時,“雙自動”方式突然顯示較強顯影。試想一下,如果機組單純使用

5)下圖是正切目標時拍攝的照片。這是一個正在發展的雷雨云體,其云頂已經超過了飛機當時的飛行高度(30000英尺)。

目標云體強度弱于兩側雷雨。但其云頂已經超過飛機高度,說明對流云及其旺盛。避開目標云體后,剩余

3)距離縫隙40海里,“雙自動”方式顯示出小片的回波,但不足以定性分析?!半p自動”不會導致誤入雷雨,但可能導致機組錯失最佳決策時機。

目標云體強度弱于兩側雷雨,云頂略低于飛機高度。目標云體,不可進入,但剩余寬度滿足飛機穿行的需求。

天氣預報的評價_“兩步法”操作氣象雷達十五例

在初始化掃描過程中,雷達首先向前方掃描,讓機組看一眼大概的天氣情況,隨后以低角度掃描地面,然后逐漸向上掃描,篩選應當顯示的圖像。

+增益最大”方式,將地形雜波直接推至距飛機30-40海里位置,首先避開近距離所有回波,而后徐圖后計。

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