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摘要：针对传统人工观测监视雷达回波分析与预警危险性飞行天气的不足，本文基于具有高时空分辨率的多普勒天气雷达资料分析风切变发展变化特征，简要研究了自动识别风切变的算法，通过计算的速度径向切变、切向切变与组合切变值能有效的识别风切变，为灾害性天气预警提供重要的客观依据。
关键词：多普勒天气雷达；风切变；自动识别
1引言
随着科技与社会经济的发展，民航运输量也得到了快速的增长，随之而来的民航安全成为了民航发展要重点关心的问题。风切变是危险飞行天气之一，在国际航空界公认是在飞机的起飞和着陆阶段的重要危险源，发生在600米以下的低空风切变是影响飞机起飞和降落的关键因素。风切变可大致分为水平风切和垂直风切变，其表现为气流的速度和方向突然变化，其带来的升力、空速等的变化将引起飞机飞行高度的变化，严重时可能引发飞行事故。多普勒天气雷达可以探测到大气风采中尺度结构，利用多普勒径向风场特征可以对风切变进行识别和跟踪。目前国内外也有雷达系统会提供风切变产品，可反映出径向、方位角。仰角的风切变场。
本文主要简要介绍利用多普勒天气雷达资料对风切变识别的可行性，以及算法研究和预警应用。以便及时准确地判断风切变的位置、类型和强度，减轻或避免危害，确保飞行安全。
2 风切变对飞行安全的影响
风切变发生的时间短、尺度小、强度大，在航空气象中可将其分为顺风切变、逆风切变、侧风切变、垂直风切变等四类。顺风切变可能会导致飞机失速、下沉等危险情况。在飞机着陆阶段，逆风切变可能会使飞机偏离既定下滑道，造成飞机冲出跑道等严重后果。侧风切变可能会造成飞机出现侧滑、滚转、偏转等危险现象。垂直风切变是指垂直方向上的气流在水平方向的切变，其中微下击暴流就是对飞行安全危害最大的一种[1，2]。
Chan等人经研究认为要对风的切变强度标准分类，就要考虑气象条件、飞机性能以及飞行员的驾驶技术等诸多因素，从而将风切变对飞行的危害程度作为强度分类标准，并在航空界也形成了共识[3]。国际民航组织建议[4]水平风的垂直切变强度标准设定如表1，其中时间尺度为2分钟，空气层垂直厚度为30m。水平风的水平切变标准常依据美国机场低空风切变报警系统所采用的报警标准，当切变值在2.6（m/s）/km以上的水平风极有可能对飞行构成危害。
3算法分析
基于多普勒雷达的体扫资料来研究风切变识别算法，切变可分为径向切变和切向切变，即为径向速度的方向和大小沿径向和方位角方向有明显变化。识别风切变的主要步骤如下
1）雷达资料预处理
为减少原始资料中噪声对真实速度数据的干扰，首先要对资料进行预处理。主要是对径向速度资料采用中值滤波，滤出孤立杂波点。再则对资料进行沿径向和切向滑动平均。最后设定一定的阈值，算法等去掉资料缺省、数据无效等区域。
2）切变值计算
计算速度切变值分为径向切变值和切向切变值，本文计算切变值的原理是采用最小而成你合法，根据径向或切向一组数据，可以求得通过这些数据点最适合的直线，并可以计算出这些直线的斜率。
径向速度的径向切变定义为公式（1），如下：
（1）
式中，表示从雷达原点开始的一条径向速度的变化，为径向上第个距离库的径向速度，该点与雷达的距离，为数据计算长度。
径向速度的切向切变值定义为公式（2），如下：
（2）
公式中，径向速度从正北（0°方位角）沿顺时针变化，表示在第个数据点上径向速度，为对应方位角，为数据长度。
二维径向组合切變，定义为雷达径向速度在径向和方位的综合变化，基于两者综合得到二维合成风切变，如公式（3）：
（3）
4总结
本文簡要分析了基于多普勒雷达资料对风切变自动识别的算法，风切变对民航有着极大的安全隐患，多普勒天气雷达具有高时空分辨率，对于危险性天气的监测和预警是强有力的工具之一。传统的通过预报员人工监视雷达回波的发展和演变来判断危险天气的发生，实时性和精确性等方面较低，通过研究自动识别算法，可以对风切变提供及时的预警，减少或避免事故的发生。
参考文献：
[1]张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2000.
[2]许盼洋，基于多普勒天气雷达资料的危险性飞行天气识别算法和预警系统[M]. 南京：南京信息工程大学，2015
[3]魏鸣，张明旭，张培昌，等. 机载雷达风切变识别算法研究及在机场预报中的应用[J]. 大气科学学报， 37（2）： 129-137.
[4]王楠，刘黎平，徐宝祥，等.利用多普勒雷达资料识别低空风切变和符合线方法研究[J].应用气象学报，18（3）：314：320
关键词：多普勒天气雷达；风切变；自动识别
1引言
随着科技与社会经济的发展，民航运输量也得到了快速的增长，随之而来的民航安全成为了民航发展要重点关心的问题。风切变是危险飞行天气之一，在国际航空界公认是在飞机的起飞和着陆阶段的重要危险源，发生在600米以下的低空风切变是影响飞机起飞和降落的关键因素。风切变可大致分为水平风切和垂直风切变，其表现为气流的速度和方向突然变化，其带来的升力、空速等的变化将引起飞机飞行高度的变化，严重时可能引发飞行事故。多普勒天气雷达可以探测到大气风采中尺度结构，利用多普勒径向风场特征可以对风切变进行识别和跟踪。目前国内外也有雷达系统会提供风切变产品，可反映出径向、方位角。仰角的风切变场。
本文主要简要介绍利用多普勒天气雷达资料对风切变识别的可行性，以及算法研究和预警应用。以便及时准确地判断风切变的位置、类型和强度，减轻或避免危害，确保飞行安全。
2 风切变对飞行安全的影响
风切变发生的时间短、尺度小、强度大，在航空气象中可将其分为顺风切变、逆风切变、侧风切变、垂直风切变等四类。顺风切变可能会导致飞机失速、下沉等危险情况。在飞机着陆阶段，逆风切变可能会使飞机偏离既定下滑道，造成飞机冲出跑道等严重后果。侧风切变可能会造成飞机出现侧滑、滚转、偏转等危险现象。垂直风切变是指垂直方向上的气流在水平方向的切变，其中微下击暴流就是对飞行安全危害最大的一种[1，2]。
Chan等人经研究认为要对风的切变强度标准分类，就要考虑气象条件、飞机性能以及飞行员的驾驶技术等诸多因素，从而将风切变对飞行的危害程度作为强度分类标准，并在航空界也形成了共识[3]。国际民航组织建议[4]水平风的垂直切变强度标准设定如表1，其中时间尺度为2分钟，空气层垂直厚度为30m。水平风的水平切变标准常依据美国机场低空风切变报警系统所采用的报警标准，当切变值在2.6（m/s）/km以上的水平风极有可能对飞行构成危害。
3算法分析
基于多普勒雷达的体扫资料来研究风切变识别算法，切变可分为径向切变和切向切变，即为径向速度的方向和大小沿径向和方位角方向有明显变化。识别风切变的主要步骤如下
1）雷达资料预处理
为减少原始资料中噪声对真实速度数据的干扰，首先要对资料进行预处理。主要是对径向速度资料采用中值滤波，滤出孤立杂波点。再则对资料进行沿径向和切向滑动平均。最后设定一定的阈值，算法等去掉资料缺省、数据无效等区域。
2）切变值计算
计算速度切变值分为径向切变值和切向切变值，本文计算切变值的原理是采用最小而成你合法，根据径向或切向一组数据，可以求得通过这些数据点最适合的直线，并可以计算出这些直线的斜率。
径向速度的径向切变定义为公式（1），如下：
（1）
式中，表示从雷达原点开始的一条径向速度的变化，为径向上第个距离库的径向速度，该点与雷达的距离，为数据计算长度。
径向速度的切向切变值定义为公式（2），如下：
（2）
公式中，径向速度从正北（0°方位角）沿顺时针变化，表示在第个数据点上径向速度，为对应方位角，为数据长度。
二维径向组合切變，定义为雷达径向速度在径向和方位的综合变化，基于两者综合得到二维合成风切变，如公式（3）：
（3）
4总结
本文簡要分析了基于多普勒雷达资料对风切变自动识别的算法，风切变对民航有着极大的安全隐患，多普勒天气雷达具有高时空分辨率，对于危险性天气的监测和预警是强有力的工具之一。传统的通过预报员人工监视雷达回波的发展和演变来判断危险天气的发生，实时性和精确性等方面较低，通过研究自动识别算法，可以对风切变提供及时的预警，减少或避免事故的发生。
参考文献：
[1]张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2000.
[2]许盼洋，基于多普勒天气雷达资料的危险性飞行天气识别算法和预警系统[M]. 南京：南京信息工程大学，2015
[3]魏鸣，张明旭，张培昌，等. 机载雷达风切变识别算法研究及在机场预报中的应用[J]. 大气科学学报， 37（2）： 129-137.
[4]王楠，刘黎平，徐宝祥，等.利用多普勒雷达资料识别低空风切变和符合线方法研究[J].应用气象学报，18（3）：314：320