雷暴天气及雷达的使用

雷暴天气及雷达的使用
根据NASA早期对航空安全报告系统的报告数据的分析，有相当一部分飞机事故及事故征候是由不同的外界环境因素导致的。

不幸的是，相比较人的因素或飞机系统故障引发的事故或事故征候，航空业在环境因素上的影响最小。

认识到这一点，我们所能做的就是通过加强训练来减少不利的环境因素带来的危害。

在我们日常飞行中遇到的不利外界环境因素有很多，其中有相当一大部分是由天气造成的，例如颠簸，积冰等。

而雷暴只是这些不利因素的一小部分，但因为它在我们商业飞行中较为常见且带来的危害通常较为严重，所以在这里我认为有必要详细讨论一下雷暴天气的一些基本情况以及作为飞行员应该如何合理使用记载雷达来避开不利的天气。

首先，雷暴的形成及特征。

雷暴大体上有两种类型：气团型和锋面型。

气团型雷暴可在不稳定大气中随时出现，并且由地球局部表面受热而发展，受热空气上升冷却以形成积状云。

当积状云继续发展，在云的上部降水形成并下落。

降水是该型雷暴成熟期开始和存在下降气流的征兆。

大约一小时后，受热的上升气流被降水切断，热量散发后雷暴消散。

在下沉气流和降水冷却气流的作用下许多雷暴产生一道相关的冷空气阵风锋面。

这些阵风锋面通常气流非常紊乱，导致非常严重的飞机性能丧失，尤其是在起飞或进近过程中。

气团型雷暴的周期：
锋面型雷暴与大的天气系统的锋面，高空低压槽有关。

锋面型雷暴通常呈长线状，持续几个小时，产生大到暴雨或冰雹，产生强烈的阵风甚至龙卷风。

这些更危险的雷暴在形式上最重要的区别是在这种雷暴中不同高度上存在水平方向上巨大的风（方向和速度）的变化。

降水从受热的上升气流中落下导致一个更长的雷暴发展期。

一个典型的锋面型雷暴的下沉气流的柱状范围相当大，直径可达到1到5海里，由此而产生的向外的气流可能会导致水平方
向上很大的风速改变。

锋面型雷暴的图示：
其次，雷达的特点。

自1980年后作为在所有新飞机上标准配备的雷达，具有低发射功率，平板天线，数字化处理，窄波束和彩色显示的特性。

这些全新技术的先进雷达提供了很大的可靠性和新的颠簸探测方式，同时也要求新的操作方式。

平板天线：从老式抛物线天线发射出的波的部分能量会在侧波束上有所散失，导致在低高度上更多的地面杂波和在主波束边缘周围更多的近距离的天气回波。

平板天线发射一束窄的集中的长距离波束，在很大程度上减少了侧波束并且将更多能量集中在主波束上。

因为损失了侧波束，天线俯仰角控制就变得很关键，当我们接近雷暴或减小距离时，天线角必须向下调整以避免错过重要的天气回波。

抛物线天线与平板天线的区别：
颠簸探测：
在多普勒技术的运用下，颠簸探测的显示更为直接和准确，但是在探测过程中降水仍然是一个必须的组成部分。

晴空颠簸无法被探测到。

通过衡量飞机纵轴方向上降水的速度，雷达显示那些在飞机前进方向上降水速度超过11mm/h的回波。

受发射能量及脉冲频率的限制，颠簸探测模式只在50nm内有效。

地面杂波抑制（GCS）:
地面杂波抑制与颠簸探测模式一样运用多普勒雷达的频率特性，但是任何水平方向上移动速度小于2英里/小时的目标将被认为是地面回波而被清除。

那些速度在2－11英里/小时的目标被认为是降水回波。

而那些移动速度超过11英里/小时的目标被认为是颠簸区降水的回波。

由于地面杂波抑制将任何速度小于2英里/小时的目标识别为地面回波，所以地面杂波抑制模式不应被连续使用，而是用于快速的回波分析然后关闭。

飞行中雷达的使用：
起飞及爬升：
起飞前将雷达天线角度向上调到可以扫描离场航迹的天气状况。

起始爬升时天线角度应保持在向上位以避免地面杂波并与飞机的爬升角度相符合。

以下是根据飞机爬升率计算出
的飞机爬升角：
由飞机惯导控制的天线的稳定是以地平线而不是以飞机的纵轴作为参考。

根据表中的数值可以看出，在整个飞机爬升阶段的所有速度范围内，为使雷达扫描的角度始终与飞机爬升轨迹相匹配，一个在飞机爬升中合适的天线角度应约等于飞机爬升率的千位数值（根据雷达的不同该值略有差异），即飞机的爬升率为2000英尺/分钟，则天线角度为＋2度,这样即可避免雷达天线扫描到低于飞机轨迹的天气。

而范围的选择应根据飞机的速度以及回波的方位。

巡航：
巡航时通常情况下天线角度应调整到以使在显示屏外缘显示的地面回波几乎看不到。

在巡航高度不变时除非是改变显示距离，否则天线角度不应作过多的调整。

因为根据雷达波束的特性，扫描距离越远，探测到低于飞机高度的回波的高度越低。

在一定距离范围内，保持一个恒定的天线角度飞行，对于穿越了飞机高度的天气回波将始终保持一定的强度显示，而对于低于飞机高度的天气，回波会逐渐减弱直至消失。

应该注意到的是，对于在巡航中保持一个固定的接近0度的天线角度飞行也可能显著降低雷达的有效性。

因为雷达只能探测到以雨滴湿冰雹或大的雪花等形式存在的液体物质，除非是雷达波束对准在或低于天气中的0度等温线，否则可能不会有足够的潮湿液态颗粒以形成回波并显示在雷达屏幕上。

下降：
在15000英尺以上的下降中天线角度应在每下降10000英尺时向上调整1度，15000英尺以下，每下降5000英尺时向上调整1度。

作为参考，天线角度的调整可以使用与巡航是一样的方式，即在任何高度始终降天线角度调整到以使地面回波恰好不显示在屏幕外缘。

范围的选择应调整到可以扫描到整个进场路线。

在大范围的强烈天气下，应先选用一个较大的距离范围来计划一个安全的绕飞路线，然后选用一个较小的距离范围来显示所需进入区域的天气细节。

绕飞注意事项及方法：
回波的颜色及形状：
任何超过一种颜色的天气回波都将存在颠簸，即使在绿色区域。

较窄的颜色梯度显示了强烈的颠簸区，在短时内改变了形状或大小的回波也存在潜在的颠簸可能。

强对流天气的其他主要指示有：手指形，钩形，扇形，马蹄形的回波。

这些形状的回波都应避开即使它们是绿色的。

在判断雷暴的强度上回波的形状与颜色一样重要对于大范围同种颜色的回波，根据强度可以适当调整绕飞方向和距离。

需要注意的是，考虑到地域差别，相同颜色及形状的回波在强度上可能会有所不同，即在气候相对干燥的地域可将显示的回波强度提高一个级别来对待。

绕飞方向：
综合考虑地形，飞机性能及风向的影响。

如可能则向地形较好方或上风方向绕飞，飞机性能许可时也可上升高度从云顶通过。

计算云体高于飞机高度值的方法是：天线角度×云体距离×100，单位是英尺。

如天线角度是1，回波距离是50nm，则云顶高于飞机目前高度5000英尺。

在大范围的复杂天气绕飞时，还需注意雷达回波的盲区，即距离飞机较近的强烈回波可能将衰减同方向上距离较远的较弱的回波。

在判断不明的情况下可选择更大的绕飞距离。

等待或备降：
经常会出现雷雨将机场覆盖飞机无法起降的情形。

这时我们可根据雷暴形成的原因及相关的地域特点确定是等待还是备降。

通常气团型雷暴发生较为突然，持续时间短，而锋面型雷暴形成前有一定征兆，并且持续时间较长。

了解了这些再考虑到地域及风向风速和机上剩余油量的影响，我们就可以很轻松地做出等待或备降的决定。

在飞行的整个过程中，如何正确的处置恶劣天气给我们带来的危害是一个极具挑战性的难题，兼顾飞行安全和实现公司收益的最大化是我们飞行员的重大责任。

而这一切都需要我们有扎实的理论基础及丰富的实践经验。

我们年轻一代飞行员前方的路还很长，敬请所有的教员给予理论及实践方面的指导，帮助我们尽快成长。