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每年的雷雨季節來臨之後，我們或多或少會聽到類似於：某某航班被雹擊了、某某飛機被雷擊了的不安全事件。這些事件的當事人中也不乏有經驗豐富的飛行員和行業的精英；被雹擊或雷擊的飛機中，很多都配備了當前最先進的機載氣象雷達。

拋開機率學的問題，面對雷雨繞飛，我們飛行員該如何去做，才能降低被雹擊、雷擊的風險？面對雷雨天氣，我們需要的是統一的繞飛標準還是統一的認識呢？根據民航局的數據統計，每年的2—4月份以及在雷雨消散期間造成的雷擊事件相比於夏季的雷擊事件並不「遜色」多少，這裡面多少有認識上的疏忽和大意。這也是值得我們每個飛行員去思考和探究的問題！

拿筆者飛行的空客機型來說，A320機型最初的雷達增益設置為「+8」到後來的「+4」再到廠商一直以來推薦的增益「CAL」位。但在實際飛行中，對於增益的使用，會因人、因地域而異。

從機載氣象雷達誕生以來，大家對於雷達的使用就都有著自己的理解和標準。即便是我們的機型手冊，現在也不再具體規定雷達增益的設置。不難發現這些背後有著它的道理和原因。面對不同的天氣、不同的地域、不同的季節、不同的高度，不同強度的對流天氣，我們的繞飛標準也會不一樣。所以，統一的繞飛標準和統一的機載氣象雷達操作標準在這樣的條件下是很難具體推行的。

機載氣象雷達之地面滑行測試

換個角度來看，飛行員對於基本的氣象知識、對於氣象雷達的功能及局限、對航路天氣的關注、對ND上天氣信息的正確理解、對天氣繞飛策略的制定以及時間裕度等方面的理解和認知，這些方面是更容易入手的，也是我們更需要去關注和統一的。有了這些方面知識的掌握和統一看法，對於雷雨天氣、氣象雷達的使用會有更深的理解，飛行安全的裕度也會隨之提高。

本文將圍繞機載氣象雷達的基本知識和局限以及天氣分析和繞飛策略方面的知識來進行具體闡述。（文中關於機載氣象雷達的介紹內容和圖片部分源自Rockwell Collins 多種掃描雷達操作指南）

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一、概念介紹

1、機載氣象雷達的工作原理

雷達的英文詞Radar，實際上是「無線電探測和測距」(Radio Detecting And Ranging)的縮寫。現代機載雷達使用的是工作在X波段的頻率。這種波束經過特殊設計，該波段既可穿透、也可探測天氣。

為了能夠穿透中雨，探測背後更強的雨區，機載氣象雷達不能探測霧、輕微的小雨和相對而言不含雨的雲。這也符合我們飛行員對於天氣的確認和繞飛標準的要求。當然也造成了我們的雷達波束不能穿透大雨，造成強雷暴單體背後的天氣不能顯示在飛機的ND上，形成「雷達陰影」。

2、水分子的反射率

雷達反射回波的強度與水滴的大小、構成和數量有關。冰晶反射的雷達能量極少、水（雨）是極佳的雷達波反射體。例如，水滴的回波強度比同樣大小的冰粒大五倍。

對於機載氣象雷達而言，它只能探測含水（降雨）量的多少，然後根據反射率通過不同的顏色等級反饋到飛機的ND上進行顯示。機載氣象雷達並不能直接分辨前方是什麼形式的降水。

因此，在雷達製造廠商關於氣象雷達的介紹資料中也一直強調：機載氣象雷達系統只是氣象規避工具，不能用於氣象穿越。

作為飛行員，相比於紅、黃、綠的不同顏色顯示。其實，我們更關心前面的天氣到底是我們需要躲避的對流天氣還是我們可以找薄弱地方進行穿越的普通降水。簡單的一句話，需要的卻是飛行員根據自己的經驗以及其他輔助工具進行分析和判斷。

3、雷暴的反射特徵

雷暴由不同反射特徵的三部分雲體組成。底部雲體在凍結高度以下，由液態的降水(雨)組成，是整個雷暴反射率最強的部分。

中間部分的雲體是在凍結高度(0°C)以上，直到溫度降為﹣40°C的高度為止。這部分雲體中包含冰晶和過冷水滴。過冷水滴有中度的反射率，但這部分的反射能量會因冰晶的出現而損失。因此，雷達在此高度以上能探測到的東西很少。氣象雷達探測的這部分的頂部，也就是我們常說雷暴的「濕頂」或「雷達頂」。警告：雷暴在縱向上可以發展得很高，在「雷達頂」以上可能有強烈的顛簸及乾冰雹。

雷暴頂部完全由冰晶組成(凍結的水)，極少反射雷達能量。當溫度低於﹣40°C時，液態的水不復存在，只有冰晶。這個溫度所在的高度，會因經緯度不同、每年、每天時刻的不同而不同。這部分的頂部稱為「實際頂」或「可見頂」。

上述內容很好的解釋了我們平時看到的雷雨天氣現象。對於某個雷暴，我們通過目視觀察，可以明顯確認這個雷暴的高度在我們的飛行高度之上，但是機載氣象雷達卻只顯示了綠色的回波甚至沒有。其實，這就是我們所說的「雷達頂」和「可見頂」的區別。

雷達廠家也針對這一問題採用了「基於溫度的自動增益補償」技術，作為飛行員，我們需要認識到這是雷達波束本身特性帶來的問題。所以，在實際飛行中也要避免因「雷達頂」和「可見頂」之間的差異，誤入對流雲頂部，特別是能量極強、高度較高的對流雲，更需要小心防範！

4、氣象雷達局限介紹

航班運行中，我們經常會聽到身邊經驗比較豐富的同事說；「我們的氣象雷達在80NM以內顯示的天氣是非常準備的，80NM以外的天氣就只能作為參考和大局規避之用了」。一句經驗之談，也道出了氣象雷達探測天氣的特點和本身的局限。

以柯林斯WXR—2100為例，其天線發射出去的是大約為3.5°寬的波束。對於這樣的一束波，在80海里以內是一個相當窄、能量相當集中的波束，因此其探測天氣就相對準確、精度也較高。這也是氣象雷達在80NM以內觀測的天氣比較準確的依據。

在80海里以外，波束直徑一直增大，直到300海里處達到105000ft。雷達發射出去的脈衝到達最遠端、遇到目標返回到雷達接收機的傳播過程中，存在著信號的被吸收和散射作用，雷達信號有大幅衰減。所以，在遠距離上雷暴容易顯示為綠色，然後強度逐漸增加。

同時，隨著距離的增加波束寬度也變得越來越大。對於遠距離的天氣探測，波束的寬度會影響其方位解析度的準確度。如果兩個雷暴天氣間隔在10NM以內，其反射回來的波束則會顯示兩個天氣是連在一起的。只有隨著目標天氣距離慢慢接近，才會顯示出兩個雷暴天氣之間的空隙。

對於降水很強的區域，雷達波的衰減會更加嚴重，從而導致沒有足夠的能量穿過天氣，不能探測到其背後的天氣目標。在這種情況下，降雨後面的天氣就被遮蔽住了。這就是我們通常所說的「雷達陰影」。

由於機載氣象雷達採用的「X波段」的特點以及波束隨著距離的衰減等因素，我們可以看出機載氣象雷達有著一些本身的局限。為了儘量減少這種局限帶來的影響，雷達廠家也採用了很多額外的辦法來進行補償修正。

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STC用於距離飛機80海里範圍內的波束衰減補償

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以基於溫度的自動增益補償功能可以提高雷暴單體內不可反射部分（雷達頂部）的高度，從而大大降低穿越雷暴單體頂部的可能性。

比如柯林斯WXR—2100上的「靈敏度時間控制」、「遠距離色彩增強」、「路徑衰減修正警告」、「基於溫度的自動增益補償」「與地域相關的天氣探測技術」等。這些技術的目的也是儘量減少設備本身局限帶來的影響，儘量把真實的天氣顯示給飛行機組。作為飛行機組，我們必須知道這些局限的存在，做到心裡有數、繞飛有術。

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天氣繞飛和分析

通過前面的知識介紹，我們可以明確：機載氣象雷達是一部「雨量探測器」，根據反射波束的強度，顯示出「紅、黃、綠、洋紅色」反饋給飛行員。對於飛行員來說，相比於顏色等級，我們其實更關心前面探測的天氣到底是我們「忌憚」和需要繞飛的對流天氣還是普通的強降水區。

但我們的機載氣象雷達並不能直接告訴我們這些信息。因此，這就需要飛行機組根據自己的經驗以及其他的輔助工具和手段，對探測到的天氣進行具體分析和判斷。

根據雷雨形成的「三要素」，我們知道對流雲體的抬升力將大量的水汽從低空攜帶至高空，同時雲體內部的「攪拌作用」會使對流雲體內部的含水量比普通雲層更均勻一致。所以在同等高度下，相對於周邊普通雲層而言，對流雲體具備以下兩個特點：

a、垂直運動使雲體內部含水量明顯高於周邊。

b、「攪拌作用」使雲體內部的含水量均勻一致。

通過機載氣象雷達對雲體進行探測時，我們會得到層次分明、核心區域內部均勻、無雜色塊的「紅色」顯示，同時外部包裹著黃區、綠區的梯度變化。

對於這樣的對流天氣，我們可以根據對流雲體的特性，通過機載氣象雷達在ND上天氣顯示、顛簸顯示、閃電/冰雹圖表（危險天氣圖標）以及目視觀察等手段來進行分析判斷，確認雲體性質，制定相對應的繞飛策略。

對於雨層雲以及強降水天氣，雖然機載氣象雷達探測顯示的也是「紅區」，但相對於前面所講的對流天氣，其危害程度和風險相對較小，我們可以根據雨層雲的特點來進行具體甄別。

對於普通的含水雲層，其反射回波相對統一，顯示為成片的「紅區」或者「黃區」

核心區域輪廓成不規則變化；回波反射率高梯度變化更平緩，沒有層次分明的顏色梯度變化

通過調整機載氣象雷達增益，其在ND上的顯示也會發生明顯的變化

雲層頂部高度一般在25000ft以下

在ND上氣象顯示的湍流指示較低或者沒有

通過這樣的定性分析，飛行機組可以從不同的雷達顯示圖中，分別出這是對流天氣還是普通降水雲層。通過對機載氣象雷達的使用從含水量極高的普通雲層中，識別出對流雲體；從大面積的普通降水雲層中，尋找較弱的部分穿行。（這裡當然不是叫大家「盲目蠻幹」，飛機在空中時，風險也隨之而來，飛行員的角色則是在綜合評估後，取其風險最小的方法）

對於對流天氣，在進行定性分析以後，我們還需要對其強度進行分析，根據不同強度的對流天氣，確定繞飛距離和繞飛路徑。

在強度評估和繞飛過程中，機組必須考慮：

雲體性質（單/多體雷暴、系統天氣形成的雷暴等）

地域特點（南北差異、大陸/海洋/高原/沙漠等）

季節差異（不同季節雷雨的特點、飛行機組的忽視等因素）

飛行高度（水平/垂直繞飛、強度等級）

氣溫（0°等溫線、地面氣溫對天氣強度的影響）

風向（對流雲主體移動方向跟10000ft高度的風向一致，區別於ND上顯示的當前高度的風向）等因素

我們的繞飛決策除了參考機載氣象雷達外還可以根據機場的氣象預報、PIREPS、地面氣象站、空管的信息等輔助手段綜合確定。

比如機場預報的是TS（乾雷），飛行機組就要清楚，在這個區域，機載氣象雷達的增益應當適當調高，以更好地探測天氣；

飛行中的繞飛還可以參考其他飛行員的繞飛信息和情況，來規劃自己的繞飛路徑；

航前準備對於天氣圖、地面雷達站、衛星雲圖的了解和分析，也會有助於我們在飛行中繞飛策略的制定；

同時，現在很多管制區域，管制員都會把區域內的對流天氣情況跟機組進行介紹和提醒，相比於我們飛機上的機載氣象雷達，管制所使用的雷達能探測到更強的天氣，所以他們給的信息對飛行機組的繞飛也是很有指導意義的。

繞飛過程中還需要飛行機組之間有效的配合，山區飛行，天氣和地形顯示的分工；繞飛過程中彼此距離圈的選擇，避免「盲徑效應」的同時也要警惕長期過大距離圈的選擇（320NM）導致的「看不清」或「忽視」問題而誤入雷雨。

在現在的民航客機上，自動化設備的意義不言而喻，除了合理的使用自動化設備外，對於我們的機載氣象雷達，飛行機組知道如何有效地使用其「人工方式」也是必備技能之一。

由於我們的機載氣象雷達有「安靜和靜謐駕駛艙原理」（柯林斯WXR—2100為6000英尺的標線），考慮到飛機下方的天氣不會對飛行安全造成影響，這部分天氣不會顯示在我們的ND上。

所以在飛機下降之前，特別是在「大下降率」的情況下，飛行機組有必要使用「人工位」來對航路下方的天氣進行探測分析，避免誤入雷雨。另外對於對流天氣高度確認（雷達頂）以及考慮從兩塊雷雨之間通過時，確認是否有足夠的縫隙從中穿越，我們都需要用到「人工位」。

人工模式下的氣象雷達跟傳統雷達一樣，俯仰和增益必須由機組人員控制，除風切變探測外，所有的自動功能都將失效。所以，在自動位下的「基於溫度的自動增益補償」「與地域相關的天氣探測技術」等功能都沒有了。

此時的顏色顯示一般與直接的降水量相對應。這也是為什麼機載氣象雷達在同等增益條件下，從自動位轉換到人工位時，得到的天氣回波會有明顯區別的原因。因此，在使用氣象雷達「人工位」的時候，飛行機組需要根據情況適當增加增益，來得到合適的天氣回波顯示。

自動傾角 增益CAL位的天氣顯示

人工傾角 增益「+12」的天氣顯示

雷達人工操作模式的流程建議：

1、建議飛行員將80海里探測距離作為主要的探測距離以進行繞飛判斷。

2、定期對160海里和40海里的探測距離進行檢查以了解天氣狀況並避免誤穿越雷暴頂部。

3、在巡航高度提高增益也能夠增強接收機的靈敏度，並能夠最大程度適應飛行高度上雷暴單體弱反射區域的屬性。建議在巡航高度採用 MAN MAX Gain 模式。

總結概括

每年的旺季生產，是雷雨的多發季節，也是飛行員最為忙碌、辛苦的時候。繞飛雷雨、延誤等待甚至因此出現的備降等情況也時有發生。雷雨天氣對飛行安全的影響眾所周知。

「工欲善其事必先利其器」，作為飛行員，對機載氣象雷達原理和局限的了解，有助於我們更好地理解和分析我們看到的回波天氣，也會讓我們知道在不同區域、高度、氣候條件下，使用機載氣象雷達時的注意事項。

對探測到的目標天氣的定性和強度分析、對機載氣象雷達人工位的合理使用，也有利於我們更好的對整體天氣的分析與把握。在合理的利用自動化設備的同時，飛行員也應防止可能的自動化設備陷阱，偏離「安全航線」。實際飛行中結合目視與氣象雷達監控以及自身經驗和其他輔助手段，合理繞飛，避免誤入雷雨，確保飛行安全。

最後，感謝陳教員和柯林斯中方工程師提供的幫助和指導，站在巨人的肩膀上好乘涼，此處省略一萬字的仰視和讚美之詞......也祝願五湖四海「與天斗」的飛行員們，安全飛行、快樂飛行！

來源：飛機GO