新一代气象技术在航空飞行中的应用

戴求淼

摘  要：航空气象对于航空飞行有十分重要的意义，随着国家“民航强国”战略提出，民航局空管局提出建设“四强空管”，航空气象要由目前的“数字化、自动化”向“智能化、智慧化”发展。文章讨论了目前航空气象技术由二维向多维、由立足业务到立足服务，对提升航空飞行安全、提高节能减排效应的一些思路作一些阐述，讨论了航空气象信息在航空飞行中的应用价值，探讨在保证安全条件下的经济飞行。

关键词：四强空管;信息共享;节能减排;五维气象

中图分类号：V355.1        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）28-0174-02

Abstract： Aviation meteorology has great significance for aviation flight. With the proposal of the "Civil Aviation Makes the Country Powerful" strategy， the CAAC Air Traffic Management Bureau proposed to build"air traffic powerful in four aspects"， and the aviation meteorology should be "digital， automated" to "intelligent， wisdom". This paper discusses the current aviation meteorological technology from two-dimensional to multi-dimensional， from the business to the service， some ideas on improving aviation flight safety and improving energy-saving and emission reduction effects， and discusses the application value of aviation meteorological information in aviation flight. To explore economic under safe conditions.

Keywords： air traffic powerful in four aspects; information sharing; energy saving and emission reduction; five-dimensional weather

1 航空气象技术概述

1.1 航空气象技术简介

航空气象技术主要是基于气象学原理，对机场或者航路的天气进行时效性预测从而提供良好的航空气象服务，最早的航空气象技术主要是研究气流对航空飞行的影响，随着天气雷达、微波辐射计、风廓线雷达、激光雷达等技术的应用，使航空气象的探测更加精准，对于地面、低空、高空、航路、五边等不同侧重区域和时间进行针对性分析研究，尤其是航空气象叠加管制雷达，并搜集、处理、分析气象信息从而提供有用的气象情报，使航空飞行更加安全、高效。

1.2 航空气象服务

航空气象服务主要针对的是空中交通管理，空中交通管理主要是指空中交通管制以及空域管理等，航空气象技术应用于空中交通管理，使空中飞行更加有序、安全地运行。

（1）航空公司。航空公司的航班飞行在很大程度是根据气象信息制订安排的，因此航空公司可以根据空管气象部门提供的航空气象服务，随时根据天气变化来调整航班的飞行计划以及制定突发情况的应急预案。（2）机场。机场根据航空气象技术提供的天气信息了解最新的天气动态，如果出现台风、暴雪等恶劣天气，就会影响飞机的正常起飞，那么机场应及时采取应对的措施，降低损失。机场的气象部门也可以根据航空气象技术预测天气的情况，采取有效的防御措施。（3）空中交通管理机构和流量管理部门。空中交通管理机构利用航空气象部门提供的信息掌握第一手的天气状况信息，从而采取相应手段来规范、管理空中飞行情况。

飞行流量受复杂天气影响，因此，流量管理部门应及时掌握天气状态从而制定出相应的流量管理措施。而航空气象技术可以为其提供很好的气象服务，使得空中交通流量管理部门根据出现恶劣天气延缓航班飞行。对于已经飞行的航班要采取空中改航、空中等待等相关措施，保证流量有序及飞行安全。

2 航空气象技术在航空飞行中的应用

2.1 提供航空气象预报

航空气象预报主要针对航班的飞行周期提供相对的天气预报。包括机场天气预报以及航线的天线预报，气象状况对于航班的飞行以及机场的影响，因此对于地面的风向风速、能见度等都要作出准确的信息传达。而且對于航班飞行的恶劣天气的航空预报也要作出准确的报道，并且及时调整，保障航班的飞行安全。

2.2 报道天气实况

天气实况主要是指天气情况以及空中的交通环境状况，对于天气实况的报道要根据航空气象技术检测云雨的运动方向、降水量以及风力强度等，更好制订安全的飞行计划，避免雷雨的多发季节出现航空意外。此外，还要通过卫星云图去观测云量以及云的变化特点，避免因为云的因素影响空中交通。

2.3 提供重要的天气情报

所谓重要的天气情报就是指能够对航空飞行安全造成严重影响的气象状况，如暴风雪、强对流天气、严重积冰、严重颠簸及沙尘暴等情况，对于这种恶劣天气状况航空气象技术能够及时检测出来，并反映到空中交通管理部门，使其制定出合理应对措施及航班调整路线，必要时要立即取消航班，或者就近降落。

3 最新航空气象技术在航空飞行中的应用前景

空中交通管理新的理念提出后，航空气象技术也需要有新的发展，“四强空管”也驱使着航空气象进行升级，由目前的“数字化、智能化”向“智能化、智慧化”发展。技术人员采用最新的高科技技术去更好地从高效、经济等方面去服务航空飞行。

航空气象服务是一门较为抽象的科学，它的研究入门门槛较高、服务对象涉及范围较广泛，服务对象包括航空公司的飞行机组、签派人员，机场公司的指挥决策人员，空中交通管制人员等，他们对于气象专业术语的理解较为困难，所以提供一种化抽象为直观、化复杂为简单、化数据为三维动态图像的气象信息显得非常重要。

3.1 统一气象信息共享技术

目前全国各空管局、分局站除自观数据、报文等进入气象数据库、天气雷达产品进行汇交外，大部分天气雷达基数据、风廓线雷达、闪电定位仪航空气象资料均在本地保存，没有得到有效地共享和利用。特别是风廓线雷达等需要组网才能够最大发挥效用的数据，使用率较低。

所以，建设民航气象资料存储服务器能有效解决这一难题。全国各地区空管分局站将本地探测资料统一上传至服务器，全国统一成立应用开发团队，根据塔台管制、航空公司、机场公司等各个用户单位的需求，站在用户角度开发出容易理解的多维天气预报产品，能够及时更新天气信息，根据天气的变化迅速提醒用户，形成航空气象资料共享平台，这才能保证空中交通管理部门的所有决策基于相同的气象信息。

3.2 航空气象信息化可视平台

目前航空气象服务有一个行业困惑，空管气象人员利用上级下发的现有手段进行预报，往往不能切中航空公司的需求。

航空气象信息可视化平台可以根据用户需求提出解决方案。它可利用机场周边和航线附近的自动气象站、风廓线雷达的气象信息，叠加飞行航线。一是可以提供机场附近五边不同高度的风向、风速、修正海压等信息;二是提供飞行航线上的可视化气象信息。该技术可通过对五维数据集（时间、气象变量和三维空间）的分析来描述航行过程的多个气象变量的空间分布和时间变化，对航线区域上的风场、温度场、重要天气区域等进行水平和垂直高度上的剖面显示，并可进行不同飞行高度的水平剖面及航线的剖面、轨迹显示，从实时和预报两个方面多维显示气象信息。

就我国而言，目前空管系统主要下发了气象621系统，机组在里面打印的资料多为文字的气象报文资料和力气的风温预告图和重要天气预告图等，而对于航路气象信息的可视化应用方面研究还较少，目前正在进行的气象数据库3.0也暂没有这方面的研究。虽然一般的二维图形对于气象人员易于理解，但是对于航空气象服务的对象，则很难形成概念模型，从而导致航空气象的广泛应用受到局限，也很难有效合理地利用气象资料制订飞行计划。

在目前5G技术的应用和物联网技术的发展，三维可视化技术应用愈发成熟。提供可视化的气象信息服务有利于气象行业以外的人员对于航路气象状况建立易于理解和接受的立体概念，目前，天气雷达等资料与管制雷达的融合，使空中交通管制人员在指挥飞行时更加直接方便地掌握放行时间，也可以使飞行机组避开危险天气区域。同时，利用高度场、风场及相对湿度等气象资料进行颠簸、积冰及强对流区域物理量的预报计算，可以提供优化的多维航路气象文件，这种基于空间场资料的航路立体气象信息图形显示，有利于航空公司在进行安全飞行提供服务等方面作出较为准确的预算。

3.2.1 资料类型

民用航空飞行航线上的五维可视化气象信息系统所采用的资料包括地面观测资料与探空资料，地面观测资料包括的气象要素有气压、温湿度、风向风速、降水、云量、云状、能见度等;探空资料包含的气象要素在不同位势高度、温度、风、露点等。深圳空管站现利用广东省气象局350余个自动站、7部风廓线雷达资料进行了二次开发。

MICAPS资料提供了常规天气图、数值预报产品图，目前广东省气象局已经进行升级为MICAPS 4.0，应用方面有较大改进。

3.2.2 系统的数据集结构

在地球科学领域，数据集可以采用多种垂直坐标系统（如：等或不等间距的高度/压力/温度垂直坐标系统）和多种地理投影变换方法。气象的五维可视化平台直接根据某一气象变量，利用三维立体图形随着时间轴的推移显示气象变量的变化，给用户以直观的感受。具體数据输入输出拓扑如图1所示。

通过飞行气象信息五维图形可视化系统制作五维气象图形文件，可以对飞行人员和管制指挥人员提供更为直接的气象信息，如图2所示为某时段飞机周围空中急流的立体分布。自四周向中部的风速逐步加大，中间部分区域天气现象严重。空中交通管制人员在指挥飞机的过程中，可以根据系统提供的资料提前判断，指挥飞机根据实际情况调配高度和方向，有效避开急流。同时机组人员也可以根据资料显示，合理安排空中飞行的线路，避开空中颠簸区域。

参考文献：

[1]山珊.简析航空气象技术在空中交通管理中的应用[J].科学论坛.

[2]吕环宇.航线五维可视化气象信息研究[J].应用气象学报，2010，19（1）：123-124.