731 / 2026-03-25 14:54:26

基于天气雷达、测风激光雷达和地面自观的民航机场阵风锋联合监测预警方法

阵风锋；天气雷达；测风激光雷达；地面自观；民航机场；联合监测预警

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.7 多尺度综合观测站网建设与应用

        阵风锋是强对流天气产生的下沉冷空气出流前沿，常引发剧烈低空风切变，及时准确识别与预警阵风锋对保障航空安全至关重要。传统方法主要依赖天气雷达和地面自动站进行阵风锋探测识别，存在预警时间短、误报率与漏报率高等问题。本研究提出一种基于多源协同探测的阵风锋监测预警方法，融合天气雷达、测风激光雷达及地面自观数据，构建“天气雷达远场监测——测风激光雷达临近预警——地面自观本场监测”的三级监测体系，实现阵风锋的实时监测与预警。

        天气雷达可较好地捕捉大范围的阵风锋回波特征，但其扫描周期较长及探测局限性（如近场地物杂波干扰、晴空回波质量差等）制约了对这类快速演变小尺度过程的精准捕捉。测风激光雷达凭借其高信号质量与快速扫描能力，可提供更精准的阵风锋监测预警信息。然而，受限于探测距离，测风激光雷达难以有效监测阵风锋后侧的对流母体，导致虚警率较高。

对于上述遥感设备，当阵风锋接近雷达或经过雷达正上方（简称“过顶”）时，受雷达探测盲区及径向速度零速度区等因素制约，难以准确监测其过顶过程。民航机场沿跑道布设的地面自观系统可提供间距1-2km的地面组网观测，是阵风锋过顶阶段的有效补充观测手段。

         为克服单一设备的局限性，本文整合机场上述三类观测设备，创新性地提出一套面向民航机场的阵风锋联合监测预警方法。首先，利用深度学习目标检测算法快速定位阵风锋区域；基于天气雷达数据识别阵风锋锋线宏观位置并预估其移动趋势，实现远场监测。当阵风锋进入测风激光雷达探测范围后，利用其高精度风场数据精细化识别阵风锋，并与天气雷达识别结果关联，预估其强度、位置及移动轨迹，实现临近监测预警。最后，在过顶阶段，结合雷达预测结果与机场地面自观数据，精确监测阵风锋当前影响区域和强度信息，实现本场监测告警。

结果表明，基于天气雷达、测风激光雷达和地面自观的阵风锋联合监测预警方法显著提高了阵风锋识别与预测的准确性。通过两种雷达的接力探测与识别，充分发挥了测风激光雷达风场观测精度高的优势，并有效利用了天气雷达的先期探测信息，大幅提升了机场阵风锋的预警效能。在雷达综合探测的基础上，利用地面自观有效弥补了阵风锋过顶过程中的雷达近场盲区，实现对阵风锋影响本场的实时监测。该方法成功建立了阵风锋从远场到过顶的全过程监测预警能力。