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“转自微信订阅号“艺不压身”。 编者按： 作为B737飞机气象雷达的唯一供应商，每一年柯林斯公司都会派遣工程师在航空公司间进行巡回讲座，介绍柯林斯气象雷达的功能和使用方法。目前各个航空公司的气象雷达培训课程也均以柯林斯讲座的内容为基础设计。 本文是笔者总结多年雷雨季节飞行经历得出的一套雷达操作和雷雨判读的技巧，与航空公司常见的雷达培训课程存在较大差异。请各位读者抱着交流、开放和批判吸收的态度阅读本文。
除少量早期选型以外，绝大多数现役的B737NG飞机均使用罗克韦尔柯林斯公司的WXR-2100 MultiScanTM全自动气象雷达。该雷达具备类似“傻瓜相机”式的自动扫描功能。对于缺乏航线飞行经验的飞行员，只要接受简单的操作培训，即可在雷雨绕飞过程中保证最低的安全底限。
本文介绍了一些更为复杂和传统的气象雷达使用技巧。
对于已经具备一定气象雷达使用经验的机组，在必要时使用下述技巧可以获得更大的有效探测半径，更明确的天气定性评价，以及更精确的强度和高度评估。
对于初学者而言，本文内容可能难以快速掌握。笔者为此准备了一些案例分析。初学者可以通过案例分析了解气象雷达操作背后的原理和思路，便于在日后的飞行中积累经验。
第一节 气象雷达操作的基本思路
本文所介绍的雷达使用技巧，遵循这样一个基本的操作思路，即“先作定性分析，再作强度评估”。
（一）对云体进行“定性分析”。
在飞行中，我们会遇到各类云体。其中对飞行安全威胁最大的无疑是积雨云。机组操作气象雷达的一个重要任务，就是从混杂的云体中寻找并识别出积雨云。
在气象学上，对流云体依照发展程度被划分为淡积云、浓积云和积雨云三个等级。其中积雨云定义为：浓厚而庞大，垂直发展极盛，呈高山或巨塔状的云体，通常由浓积云发展而成。我们可以看出，这是一个很宽泛的定义。我们无法通过诸如云顶高度、水平范围、含水量或者垂直运动速度等指标来精确界定某个云体是属于浓积云还是积雨云。事实上，对流发展旺盛的浓积云内部也可能存在雷电、颠簸、冰雹和积冰等威胁。
所以我们操作气象雷达的第一个步骤，就是对所有影响飞行路径的云体进行“定性分析”，将普通含水云层和对流云体区分开来。这一点十分重要，在后续的强度和高度评估中，普通含水云层和对流云体的评价标准是不同的。
（二）对云体进行“强度评估”。
在完成“定性分析”后，我们需要对所有相关的云体进行强度、高度和发展趋势进行评估，最终确定哪些云体需要规避，哪些云体可以直接通过。在强度分析的过程中，最重要的一点就是根据云体性质不同，区别评估强度。
气象雷达的波长是根据云体中常见的水滴尺寸选定的。雷达回波的强度直接与云体的含水量相关。含水量高的云体，回波图像色级显示就高；含水量低的云体，回波图像的色级显示就低。
但是在航班飞行中，机组对于普通云层和对流云体的可接受强度是不同的。同等含水量的前提下，如果是普通降水云层我们可能轻松通过，但如果是对流云体的话，那我们就可能避之尤恐不及了。
这一点在地域广阔的中国尤为明显。在夏季的华南地区的，某些普通降水云层含水量很高，增益校准位时即全部显示为红区。而在春秋两季的西北干旱地区，某些强度很高的雷雨，即使在增益最高档也只能显示为黄区。
在强度评估的过程中，云体性质、地域特点、季节差异、飞行高度、气温以及风向等因素都是机组必须考虑的。
第二节 有“核（h ú）儿”，有“皮儿”的对流云体
（一）为什么会有“核儿”和“皮儿”？
首先我们要介绍对流云体相对于普通云层的第一个重要特点——对流。 介ＴＭ不是废话么？！ 也是，也不是。
我们知道，随着高度逐渐上升，大气含水量会逐渐降低。尤其是在对流层内，低空含水量一定高于高空含水量。而在各种云体中，只有对流云体具备将大量的低空水汽携带至高空的能力。不仅如此，受对流“搅拌作用”影响，对流云体内部的含水量比普通云层更为均匀一致。
所以在同等高度下，相对于周边普通云层而言，对流云体具备以下两个特点：
（1）垂直运动使云体内部含水量显著高于周边。
（2）“搅拌作用”使云体内部的含水量均匀一致。
当我们利用气象雷达对云体作“水平切片扫描”时，这两个特点就会呈现为老一辈机长们口中常说的所谓“有核（h ú）儿，有皮儿”。
在对流核心区域，含水量显著高于周边，且均匀一致。雷达显影会形成一个高强度的核心。其内部致密、均匀，无杂色块。这就像切开桃子，里面露出的桃核儿一样。
在对流区域边界，含水量迅速降低。雷达显影会形成色级“陡峭”下降，并且包裹核心区域的一层“薄皮儿”。
（二）灵活调整增益，寻找“核（h ú）儿”和“皮儿”。
首先，我们必须明确这样一个概念：“核儿”仅仅意味着含水量高于周边，与雷达图像的红色区域并不构成必然联系。
那我们怎样寻找雷达图像中的含水量差异呢？增益。
调整增益档位可以改变雷达接收机的灵敏度。反应在雷达图像上，增益加则图像色级提高，增益减则图像色级下降。增益不仅可以用来判断云体强度，还可以用来帮助机组寻找典型的对流云体结构。具体方法如下：
（1）拉开云体色级显示梯度
灵活调整雷达增益档位，尽可能拉开云体内部的色级显示梯度。机组应当明确这样一个原则，在“定性分析”阶段增益只是拿来看形状的。图像色级最丰富的档位，就是最佳的增益档位。
（2）寻找对流云体的典型结构——“核儿”和“皮儿”
机组获得色级最丰富的图像后，分析雷达图像的形状，寻找对流云体的典型结构，断定哪些云体为对流云体，哪些云体为普通云层。
（3）强度分析
在完成“定性分析”后，机组分别对普通云层和对流云体进行强度、高度和发展趋势进行评估。并依此制定雷雨绕飞方案。
（三）案例分析
例1： 时间：2013.05.21 地点：东南亚海域 高度：35000英尺
下图从左至右依次为增益“校准位”、“＋１位”、“＋２位”和“＋３位”的雷达图像。我们可以看到多个高大的旺盛的对流云体。其云顶高度远高于飞机巡航高度。
（1）增益校准位图像
此时雷达图像仅显示少量绿区和散碎的“黄块”。我们知道，在夏季的东南亚地区，这一显影强度十分类似于弱降水云层的图像。
但是我们注意到，图像中的“黄块”致密不散碎，且周围环有“绿边”。这一结构是很可疑的。不仅如此，笔者已经瞪眼儿看见前方电闪雷鸣的积雨云了。所以，我们需要增加增益档位作进一步的评估。
（2）增益＋１图像
此时雷达图像中绿区范围基本无变化，黄区面积增加。但是雷达图像的形状依然无法判定前方云体性质。
（3）增益＋２图像
此时雷达图像中绿区范围仍无变化，但是雷达图像中出现红区，且红区的周边包裹有黄色的“窄边”。通过这一图像我们可以获得三个重要的信息。
第一，与增益校准位时的图像比较可以发现，这些红区正是低增益时的黄区。这说明不论增益档位如何调整，这些区域的含水量始终是高于周边区域的。
第二，红区内部致密均匀，没有散碎的其他色块。说明其含水量均匀一致，符合对流云体特点。
第三，在核心区域边界，色级强度陡峭下降，形成了包裹核心的“薄皮儿”。
由此可以判定，红区位置为对流云体，其他不成形的黄色和绿色区块为普通云层。
（4）增益＋３图像
此时的雷达图像中，整个云体内部被红区“充满”。“薄皮儿”所显示的色级陡降位置，是云体与普通大气的边界。对于“拉开云体色级显示梯度”这一终极目标而言，全红和全绿都是没有意义的。所以该增益档位过大，不适于当前情况。
例2：时间：2013.05.21 地点：东南亚 高度：35000英尺
本例仍使用“例1”中的天气图像，但此处我们要对图中箭头所指的那一块较小较弱的回波进行分析。我们应当注意，即使是同一片空域，对于不同的对流云体，最优的增益档位也可能是不同的。
箭头所指的云体是一个正在发展，但强度尚弱的一个塔状浓积云。对于该云体来讲，“增益＋３”是最优档位。而对于其他四块雷雨云体来讲，增益＋２是最优档位。
本例的意义在于演示“先作定性分析，再做强度评估”的基本步骤。
对于该区域的主体天气而言，“增益＋２”是最佳档位。但是对于本例中这个云体而言，“增益＋３”才是最佳档位。
在完成定性分析和强度评估之后，哪些天气需要绕飞，哪些天气可以通过，我们就已经能够做到心中有数了。具体执行绕飞的过程中，机组还有必要纠结于“开哪个增益档位绕飞”的问题吗？增益开几档又有什么关系呢？
例3：时间：2014.04.23 地点：华北
在春夏之交的北方内陆，降水天气已经开始陆续出现，但是此时云体的含水量明显低于夏季。机组必须对此给予格外的警惕，含水量低并不代表云体能量弱。增益最大档位显示的“小黄块”，也有可能电闪雷鸣。
下图由上至下，分别为“增益校准位”、“增益＋１”、“增益＋２”和“增益＋３”的雷达图像。 当机组逐级增大增益档位时，我们发现如下特点：
（1）不论是绿色、黄色还是红色块区均处于散碎、混杂的状态。我们前面讲过，对流云体内部存在“搅拌作用”，不可能混杂存在“低含水量区块”。
（2）增益增加后，图像虽然显示出大量的黄色和红色区块，但是色块之间始终无法拉开显著的色级强度差距。也就是说我们在云体中找不到“核儿”。
（3）红色区块没有清晰的边界，其边缘也没有陡峭的色级梯度。这也就是说我们找不到“皮儿”。
综合以上三点分析，我们可以断定前方天气为普通降水云层，不存在对流云体。
例4 时间：2014.03.12 地区：华南
下图为中国华南地区春季某个雷雨云体的雷达图像。以下四幅图像依次为“增益校准位”、“增益＋１”、“增益＋２”和“增益＋３”时的雷达图像。
在增益处于校准位时，雷达图像显示仅有一处典型的雷雨结构。
在“增益＋１”和“增益＋２”档位，我们发现另外两处也存在典型的对流云体特征。与第一个天气相比，这两个天气的强度稍弱。但通过“对流区域”的面积可以看出，其内部的空气垂直运动也是十分旺盛的。
在本例中还出现了对流云体的另外一个重要特点，即对流云体具备一定的“抗风能力”，核心区域通常位于上风一侧。高空风能够将对流云体外的云层和水汽吹向下风面，但是无法吹散对流云体本身。
在对流云体迎风面，会呈现出色级极其陡峭的“薄皮儿”。而下风面的“皮儿”则相对较厚，并且伴随有一定范围的普通云层回波。这与气象学中所说的积雨云下风面的砧状或鬃状云是相符的。
与对流云体存在明确因果关系的“附属云层”，尤其是位于下风面的“附属云层”，机组绝对不可将其与普通云层等同视之。对流云体产生的冰雹，在上升气流和高空风的双重作用下，可以向下风方向抛射很远的距离。对流云体内的雷电同样可能通过这些“附属云层”向远方传递。
在规划绕飞路线时，机组应当尽可能选择雷雨上风一侧进行。如果机组被迫在雷雨下风面绕飞，应当适当增大增益档位，与雷雨主体保持更大的间距。如果可能，尽量避免进入雷雨下风面的“附属云层”，这样可以降低雷击和雹击的风险。
例5 时间2013.05.24 地点：华北
该雷达图像是在华北某机场进场过程中拍摄的。飞机当时的飞行高度大约在10000英尺以上，20000英尺以下。ND显示范围为20海里。
（1）在增益校准位，雷达图像显示存在一个小片的黄色区块。
（2）在增益＋１档位，黄色区块面积没有明显变化，绿色区域范围扩大。
（3）在增益＋２档位，图像出现红色区域，其面积和形状与“增益校准位”时的黄色区块基本一致。在红区的边缘出现色级陡峭下降的“皮儿”。
（4）在增益＋３档位，红区面积稍有扩大，其面积和形状与“增益＋１”时的黄色区块基本一致。黄区面积和形状与“增益＋１”时的绿区基本一致。
结论： 综合上述分析，该雷达回波应当是一个强度较弱，但正在发展中的对流云体。如果以气象学的标准划分，该云体尚属于浓积云的范畴。
分析： 机组应当清楚，并非只有发展极为旺盛的积雨云才会对飞行安全造成威胁。所谓淡积云、浓积云和积雨云，只是一个人为划定的学术分类。降水、雷电、冰雹、颠簸并非积雨云独享的“专利”。如果可能，机组应当尽量规避所有强度较高的对流云体。尤其是在进离场阶段，机组应当对类似于本例的浓积云给予足够的警惕。误入这样的云体同样可能遭遇强烈颠簸、雹击或雷击。
这也是笔者主张“先作定性分析，再作强度评估”的原因之一。
例六： 时间2015.07.11 地点：华北 高度：32100英尺 距离：飞机右前方50海里处
（1）增益校准位
雷达图像显示绿区内有黄色区块。黄色区块致密无杂色。 黄区外环绕有“绿皮儿”，上风“皮儿薄”，下风“皮儿厚”。 但此时信息太过有限，并不足以对该云体完成定性分析。所以我们需要调大增益档位作进一步检查。
（2）增益＋１位
在“增益＋１位”，绿区的面积并无任何改变。 但是黄区内部出现红色区块，区块内颜色均匀，未见其他颜色混杂其中。 红区外部色级下降陡峭。 初步显示出对流云体的典型结构特征。
（3）增益＋２位
在“增益＋２位”，绿区面积仍无任何改变。黄区和红区面积略有扩大。“核儿”和“皮儿”的结构更为明显。
（4）增益＋３位
在“增益＋３位”，绿区面积仍无任何改变。但黄区和红区已经基本充满绿区的内部空间。此时的“皮儿”指示的是云体与外界大气边界，这说明该增益档位已经过大。
结论： 雷达图形显示这是一个孤立的对流云体，对流发展旺盛，但强度稍弱于典型的积雨云。机组目视观察该云体略高于飞机巡航高度（32100英尺），对流发展旺盛，已经开始形成积雨云顶常见的云砧结构。
分析： 对于本例中的“定性分析”环节，想必各位读者不会有太大的分歧。选取本例的最大意义在于“强度评估”环节。 该云体距飞机仅有50海里。在很多机组的概念中，在这一距离，增益校准位所显示的天气强度就应当是最准确的强度。本例可以为这些同僚敲醒警钟。 对流云体在不同纬度，一天中的不同时刻，以及不同高度所表现出的雷达回波强度是不一样的。在柯林斯WXR-2100 MultiScanTM气象雷达的设计中，也确实针对以上环境差异设计了增益补偿措施。 但是这一补偿措施是通过“温度补偿”的方法来实现的。也就是说柯林斯公司只考虑了“水滴”冻结为“冰晶”所导致的回波强度衰减，没有考虑飞行环境导致云体内“绝对含水量”的影响。
例如，同样云高32000英尺对流旺盛的云体，广州、太原和乌鲁木齐地区的含水量一定是不同的。在同一地区，春季和秋季的含水量也是不同的。同一纬度上，地处戈壁深处的和田地区，与沿海城市烟台也肯定是不同的。 对于这些有地域和季节所导致的含水量差异，单靠温度是无法补偿的。气象雷达使用是一个经验成分很高的技能，“增益校准位”并非万能良药。
例七 时间：2015.06.30 地点：华南 飞行高度：10000-20000英尺之间 雷雨距离：50海里
本例我们先看相机拍摄的雷雨图片。各位只会用“增益校准位”绕飞雷雨的同僚们，摸着你们良心说，当你们目视这样一个天气的时候，你们会驾驶飞机钻进去吗？
我们来看雷达图像。下图依次为增益“校准位”、“＋１位”、“＋２位”和“＋３位”的图像。
在夏季的午后14点，地处含水量丰沛的华南地区，对流发展如此旺盛的云体为什么在“增益校准位”回波强度这么弱呢？
实际含水量低还是雷达性能衰减？
说实话我也不知道。但是该天气云顶高度接近30000英尺（具体评估方法我们会在下一节中介绍），笔者是断然绝对不会驾驶飞机进入这样的云体的。
按照传统的雷达操作理念，在含水量如此丰沛的地域和季节，机组完全没有理由调高增益档位。但是遵循本文的思路，在“定性分析”环节机组完全不必在意增益档位的设定，一切以拉开色级显示梯度为目的。所以当雷达图像显示出典型的有“核儿”有“皮儿”的结构时，就已经足以引起机组的警惕了。
本文推荐的“先做定性分析，再做强度评估”的操作方法优势正在于次。
例八： 时间：2014.08.28 地点：华北 高度：10000英尺以下
下图依次为增益“校准位”、“＋１位”、“＋２位”和“＋３位”的图像。
本例中，雷达图像在“增益校准位”即有红区显示。但是随着增益档位的逐级调高，红区的范围变化极大，形状也极不稳定。我们无法找到相对稳定的“对流区域边界”，说通俗一点就是这个天气“没皮儿”。
综合上述分析可以得出判断，这是一片较为强烈的降水区域，但并不存在对流云体。 但是机组应当明确这样一个概念，并非只有对流云体才会对飞行安全造成威胁。普通云层中的降水、颠簸、积冰以及摩擦电荷积累，同样有可能对航空器造成重大威胁。 如果有可能我会尽量避免进入这样的较强降水区。但在紧迫情况下，这样的普通降水区域与同等回波的对流区域相比毕竟风险更低。
例九 本例无图
本例的情况在每年雷雨季节中都会遇到。但是由于每次机组都处于十分繁忙和紧张的环境中，所以一直没有机会拍摄实例。在此先做一个简单介绍，日后如果有机会拍摄实例，再行增补。如果各位网友有本例的使用图片也可以发给我，与大家共享。
在含水量较为丰沛的区域和季节，机组有可能遇到“增益自动位”整个雷雨显示为红区的情况。我们前面讲过，对于“拉开云体色级显示梯度”这一终极目标而言，全红和全绿都是没有意义的。所以此时需要机组人工调低增益档位，将云体间的含水量梯度拉开。具体方法与前例完全相同。
本文未完待续。。。 |
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