氣象技術在航空飛行的應用

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摘要：航空氣象對于航空飛行有十分重要的意義，隨著國家“民航強國”戰略提出，民航局空管局提出建設“四強空管”，航空氣象要由目前的“數字化、自動化”向“智能化、智慧化”發展。文章討論了目前航空氣象技術由二維向多維、由立足業務到立足服務，對提升航空飛行安全、提高節能減排效應的一些思路作一些闡述，討論了航空氣象信息在航空飛行中的應用價值，探討在保證安全條件下的經濟飛行。

關鍵詞：四強空管；信息共享；節能減排；五維氣象

1航空氣象技術概述

1.1航空氣象技術簡介。航空氣象技術主要是基于氣象學原理，對機場或者航路的天氣進行時效性預測從而提供良好的航空氣象服務，最早的航空氣象技術主要是研究氣流對航空飛行的影響，隨著天氣雷達、微波輻射計、風廓線雷達、激光雷達等技術的應用，使航空氣象的探測更加精準，對于地面、低空、高空、航路、五邊等不同側重區域和時間進行針對性分析研究，尤其是航空氣象疊加管制雷達，并搜集、處理、分析氣象信息從而提供有用的氣象情報，使航空飛行更加安全、高效。1.2航空氣象服務。航空氣象服務主要針對的是空中交通管理，空中交通管理主要是指空中交通管制以及空域管理等，航空氣象技術應用于空中交通管理，使空中飛行更加有序、安全地運行。（1）航空公司。航空公司的航班飛行在很大程度是根據氣象信息制訂安排的，因此航空公司可以根據空管氣象部門提供的航空氣象服務，隨時根據天氣變化來調整航班的飛行計劃以及制定突發情況的應急預案。（2）機場。機場根據航空氣象技術提供的天氣信息了解最新的天氣動態，如果出現臺風、暴雪等惡劣天氣，就會影響飛機的正常起飛，那么機場應及時采取應對的措施，降低損失。機場的氣象部門也可以根據航空氣象技術預測天氣的情況，采取有效的防御措施。（3）空中交通管理機構和流量管理部門。空中交通管理機構利用航空氣象部門提供的信息掌握第一手的天氣狀況信息，從而采取相應手段來規范、管理空中飛行情況。飛行流量受復雜天氣影響，因此，流量管理部門應及時掌握天氣狀態從而制定出相應的流量管理措施。而航空氣象技術可以為其提供很好的氣象服務，使得空中交通流量管理部門根據出現惡劣天氣延緩航班飛行。對于已經飛行的航班要采取空中改航、空中等待等相關措施，保證流量有序及飛行安全。

2航空氣象技術在航空飛行中的應用

2.1提供航空氣象預報。航空氣象預報主要針對航班的飛行周期提供相對的天氣預報。包括機場天氣預報以及航線的天線預報，氣象狀況對于航班的飛行以及機場的影響，因此對于地面的風向風速、能見度等都要作出準確的信息傳達。而且對于航班飛行的惡劣天氣的航空預報也要作出準確的報道，并且及時調整，保障航班的飛行安全。2.2報道天氣實況。天氣實況主要是指天氣情況以及空中的交通環境狀況，對于天氣實況的報道要根據航空氣象技術檢測云雨的運動方向、降水量以及風力強度等，更好制訂安全的飛行計劃，避免雷雨的多發季節出現航空意外。此外，還要通過衛星云圖去觀測云量以及云的變化特點，避免因為云的因素影響空中交通。2.3提供重要的天氣情報。所謂重要的天氣情報就是指能夠對航空飛行安全造成嚴重影響的氣象狀況，如暴風雪、強對流天氣、嚴重積冰、嚴重顛簸及沙塵暴等情況，對于這種惡劣天氣狀況航空氣象技術能夠及時檢測出來，并反映到空中交通管理部門，使其制定出合理應對措施及航班調整路線，必要時要立即取消航班，或者就近降落。

3最新航空氣象技術在航空飛行中的應用前景

空中交通管理新的理念提出后，航空氣象技術也需要有新的發展，“四強空管”也驅使著航空氣象進行升級，由目前的“數字化、智能化”向“智能化、智慧化”發展。技術人員采用最新的高科技技術去更好地從高效、經濟等方面去服務航空飛行。航空氣象服務是一門較為抽象的科學，它的研究入門門檻較高、服務對象涉及范圍較廣泛，服務對象包括航空公司的飛行機組、簽派人員，機場公司的指揮決策人員，空中交通管制人員等，他們對于氣象專業術語的理解較為困難，所以提供一種化抽象為直觀、化復雜為簡單、化數據為三維動態圖像的氣象信息顯得非常重要。3.1統一氣象信息共享技術。目前全國各空管局、分局站除自觀數據、報文等進入氣象數據庫、天氣雷達產品進行匯交外，大部分天氣雷達基數據、風廓線雷達、閃電定位儀航空氣象資料均在本地保存，沒有得到有效地共享和利用。特別是風廓線雷達等需要組網才能夠最大發揮效用的數據，使用率較低。所以，建設民航氣象資料存儲服務器能有效解決這一難題。全國各地區空管分局站將本地探測資料統一上傳至服務器，全國統一成立應用開發團隊，根據塔臺管制、航空公司、機場公司等各個用戶單位的需求，站在用戶角度開發出容易理解的多維天氣預報產品，能夠及時更新天氣信息，根據天氣的變化迅速提醒用戶，形成航空氣象資料共享平臺，這才能保證空中交通管理部門的所有決策基于相同的氣象信息。3.2航空氣象信息化可視平臺。目前航空氣象服務有一個行業困惑，空管氣象人員利用上級下發的現有手段進行預報，往往不能切中航空公司的需求。航空氣象信息可視化平臺可以根據用戶需求提出解決方案。它可利用機場周邊和航線附近的自動氣象站、風廓線雷達的氣象信息，疊加飛行航線。一是可以提供機場附近五邊不同高度的風向、風速、修正海壓等信息；二是提供飛行航線上的可視化氣象信息。該技術可通過對五維數據集（時間、氣象變量和三維空間）的分析來描述航行過程的多個氣象變量的空間分布和時間變化，對航線區域上的風場、溫度場、重要天氣區域等進行水平和垂直高度上的剖面顯示，并可進行不同飛行高度的水平剖面及航線的剖面、軌跡顯示，從實時和預報兩個方面多維顯示氣象信息。就我國而言，目前空管系統主要下發了氣象621系統，機組在里面打印的資料多為文字的氣象報文資料和力氣的風溫預告圖和重要天氣預告圖等，而對于航路氣象信息的可視化應用方面研究還較少，目前正在進行的氣象數據庫3.0也暫沒有這方面的研究。雖然一般的二維圖形對于氣象人員易于理解，但是對于航空氣象服務的對象，則很難形成概念模型，從而導致航空氣象的廣泛應用受到局限，也很難有效合理地利用氣象資料制訂飛行計劃。在目前5G技術的應用和物聯網技術的發展，三維可視化技術應用愈發成熟。提供可視化的氣象信息服務有利于氣象行業以外的人員對于航路氣象狀況建立易于理解和接受的立體概念，目前，天氣雷達等資料與管制雷達的融合，使空中交通管制人員在指揮飛行時更加直接方便地掌握放行時間，也可以使飛行機組避開危險天氣區域。同時，利用高度場、風場及相對濕度等氣象資料進行顛簸、積冰及強對流區域物理量的預報計算，可以提供優化的多維航路氣象文件，這種基于空間場資料的航路立體氣象信息圖形顯示，有利于航空公司在進行安全飛行提供服務等方面作出較為準確的預算。3.2.1資料類型。民用航空飛行航線上的五維可視化氣象信息系統所采用的資料包括地面觀測資料與探空資料，地面觀測資料包括的氣象要素有氣壓、溫濕度、風向風速、降水、云量、云狀、能見度等；探空資料包含的氣象要素在不同位勢高度、溫度、風、露點等。深圳空管站現利用廣東省氣象局350余個自動站、7部風廓線雷達資料進行了二次開發。MICAPS資料提供了常規天氣圖、數值預報產品圖，目前廣東省氣象局已經進行升級為MICAPS4.0，應用方面有較大改進。3.2.2系統的數據集結構。在地球科學領域，數據集可以采用多種垂直坐標系統（如：等或不等間距的高度/壓力/溫度垂直坐標系統）和多種地理投影變換方法。氣象的五維可視化平臺直接根據某一氣象變量，利用三維立體圖形隨著時間軸的推移顯示氣象變量的變化，給用戶以直觀的感受。具體數據輸入輸出拓撲如圖1所示。圖1通過飛行氣象信息五維圖形可視化系統制作五維氣象圖形文件，可以對飛行人員和管制指揮人員提供更為直接的氣象信息，如圖2所示為某時段飛機周圍空中急流的立體分布。自四周向中部的風速逐步加大，中間部分區域天氣現象嚴重。空中交通管制人員在指揮飛機的過程中，可以根據系統提供的資料提前判斷，指揮飛機根據實際情況調配高度和方向，有效避開急流。同時機組人員也可以根據資料顯示，合理安排空中飛行的線路，避開空中顛簸區域。

參考文獻：

[1]山珊.簡析航空氣象技術在空中交通管理中的應用[J].科學論壇.

[2]呂環宇.航線五維可視化氣象信息研究[J].應用氣象學報，2010，19（1）：123-124.

作者:戴求淼 單位:深圳空管站