機(jī)場復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)

古鑫

摘? 要：復(fù)雜的天氣情況會影響航空飛行的安全與機(jī)場的整體運(yùn)行，因此機(jī)場開發(fā)天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)具有重要的價值。機(jī)場可以利用復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警的系統(tǒng)，將先進(jìn)的探測設(shè)備進(jìn)行完善，對整個機(jī)場區(qū)域的天氣進(jìn)行綜合觀測。除此之外，還可以通過融合不同數(shù)據(jù)平臺的氣象資料，對機(jī)場的復(fù)雜危險天氣進(jìn)行預(yù)測，全面提高機(jī)場的運(yùn)行能力。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜天氣? 預(yù)報預(yù)警? 天氣預(yù)報? 開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程

中圖分類號：V321.21 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0001-03

Development and Implementation of Airport Complex Weather Forecast and Early Warning System

GU Xin

（Mianyang Branch of Civil Aviation Flight University of China， Mianyang， Sichuan Province， 621000? China）

Abstract： Complex weather conditions will affect the safety of aviation flight and the overall operation of the airport. It is of great value to develop the weather forecast and early warning system for the airport. The airport can make use of the complex weather forecast and early warning system to improve the advanced detection equipment and comprehensively observe the weather of the whole airport area. In addition， the complex dangerous weather of the airport can be predicted by integrating the meteorological data of different data platforms， so as to comprehensively improve the operation capacity of the airport.

Key Words： Complex weather; Forecast and early warning; Weather forecast; Development and implementation process

航空交通具有一定的特殊性，其中天氣是影響航空安全及航空效率至關(guān)重要的因素。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國航班的正常出發(fā)率達(dá)到70%以上，天氣是延誤航班的主要因素，其對高原機(jī)場的影響更是顯著。由于高原機(jī)場地理環(huán)境較為特殊，氣候變化多端，雷暴和大風(fēng)等極端天氣時有發(fā)生，這些都是可能導(dǎo)致飛機(jī)在飛行的過程中發(fā)生顛簸、復(fù)飛、航班延誤現(xiàn)象的因素。2017年，我國政府為保障我國機(jī)場國際樞紐的正常運(yùn)行，提高運(yùn)行的效率，為國際樞紐機(jī)場部署了先進(jìn)的氣象探測設(shè)備。但是單一的探測設(shè)備并不能夠全方位地探測與預(yù)報到極端天氣，因此，如何將這些設(shè)備進(jìn)行完善的連接和組織，實(shí)現(xiàn)多種氣候資料的融合，就成為了當(dāng)前亟需解決的問題。本文主要以長水機(jī)場作為復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警的示范區(qū)，論述通過探測設(shè)備對復(fù)雜天氣情況預(yù)報預(yù)警，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的實(shí)時監(jiān)測，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及云計算數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對危險天氣的預(yù)報，來達(dá)成整個機(jī)場對于復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警的突破性提升。

1? 對于復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計思路

復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)主要是聯(lián)合機(jī)場中多種氣象探測儀器，如毫米波云霧雷達(dá)、激光測風(fēng)雷達(dá)等，再結(jié)合我國的氣象衛(wèi)星、氣象觀測站，對于多種類型的氣象觀測資料進(jìn)行融合，動態(tài)監(jiān)控實(shí)時的氣象狀況，統(tǒng)一儲存數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理及分析，以此來實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)來源的氣象資料在時間及空間上的融合計算，并將不同來源生成的氣象預(yù)報提供給專業(yè)的技術(shù)人員對資料進(jìn)行再分析。除此之外，復(fù)雜天氣的預(yù)防系統(tǒng)還可以對影響機(jī)場正常運(yùn)行效率以飛行器飛行安全的危險天氣及時地提供預(yù)報信息。利用復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，將氣象監(jiān)控設(shè)備得到的多元化信息，通過統(tǒng)一的平臺發(fā)布，針對不同的航空機(jī)場用戶需求，根據(jù)機(jī)場的特點(diǎn)，提供個性化的服務(wù)，對于極端復(fù)雜天氣，如雷暴、大風(fēng)、能見度低等進(jìn)行實(shí)時的預(yù)報[1]。

2? 復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)路線

復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的探測，離不開各種氣象設(shè)備的技術(shù)支持。預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)體系主要是將毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等氣象雷達(dá)，以及氣象衛(wèi)星、氣象觀測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，將融合后的數(shù)據(jù)交給專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行分析。技術(shù)人員的分析，離不開對于氣候的地面分析、溫度分析、風(fēng)向分析和物理量分析，將這些不同氣象的分析結(jié)果通過云計算與復(fù)雜的技術(shù)處理，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對于危險天氣的自動識別與實(shí)時跟蹤。預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的綜合處理，可以為機(jī)場提供個性化的服務(wù)，包括機(jī)場的天氣趨勢預(yù)報、飛機(jī)起飛預(yù)報、機(jī)場預(yù)警預(yù)報和風(fēng)向切變預(yù)報等多種復(fù)雜天氣預(yù)警預(yù)報產(chǎn)品，這對機(jī)場的正常運(yùn)行與飛機(jī)的飛行安全具有非常重要的意義[2]。

3? 雷暴天氣的監(jiān)測和預(yù)警

雷暴天氣是指伴有雷擊和閃電對流性的天氣。雷暴天氣的產(chǎn)生會出現(xiàn)在強(qiáng)烈的積云雨中，因此雷暴天氣不會單獨(dú)出現(xiàn)，通常還伴隨著強(qiáng)陣雨或暴雨，有時也可能會伴有冰雹或龍卷風(fēng)，而這種天氣通常會在大氣不穩(wěn)定的時候發(fā)生，并且會伴隨大量的雨水。雷暴天氣在低緯度的地方發(fā)生的較為頻繁，尤其是在夏季氣象不穩(wěn)定的和冬季，極其容易發(fā)生。由于雷暴經(jīng)常會伴隨著冰雹氣象的出現(xiàn)，因此會對飛機(jī)的飛行安全造成極大的危害。溫度較低的水滴在凍結(jié)層上一旦凍結(jié)，其他的水滴也會附著在凍結(jié)層上就有可能會形成巨大的冰雹，外加伴隨著較強(qiáng)的上升氣流很有可能對飛機(jī)的機(jī)體造成嚴(yán)重的損傷。除此之外，在雷暴發(fā)生的同時，云層的能見度也是很低的，而且在云底和地面之間降水和揚(yáng)塵也會導(dǎo)致能見度降低，因此，對飛行員的視線有所影響。最后雷暴壓近時，有可能會伴隨閃電，而閃電很有可能會擊穿機(jī)體，并對飛機(jī)內(nèi)的通信和電子設(shè)備造成損傷，還有可能會引發(fā)爆炸。對于雷暴天氣的監(jiān)測，必須在2h以內(nèi)，保證對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行提前預(yù)測。因此，預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)該采用雷達(dá)及氣象衛(wèi)星進(jìn)行聯(lián)合觀測，對于兩種設(shè)備所觀測到的數(shù)據(jù)利用互聯(lián)網(wǎng)計算技術(shù)進(jìn)行結(jié)合分析，對于不同的氣象資料進(jìn)行融合，并且研究出不同類型的探測設(shè)備，雷暴的監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)對于強(qiáng)對流危險天氣的實(shí)時監(jiān)控追蹤與預(yù)報預(yù)警，并且利用定位技術(shù)，針對雷暴所出現(xiàn)的區(qū)域與移動方向和速度等信息提供較為全面的數(shù)據(jù)，進(jìn)而預(yù)防飛機(jī)在飛行的過程中產(chǎn)生危險[3]。

4? 對于風(fēng)向的監(jiān)測和預(yù)警

低空風(fēng)切變主要是指在600m以下的風(fēng)速在空中水平或垂直距離上的形象變化。風(fēng)切變會導(dǎo)致垂直或水平運(yùn)動的風(fēng)速突然加劇，特別是在強(qiáng)對流天氣下，這種猛烈的下沖氣流可能持續(xù)的時間很短，但是速度卻很快。如果飛機(jī)在飛行的過程中遭遇到風(fēng)切變氣流的襲擊，便會導(dǎo)致機(jī)體無法保持平衡而發(fā)生危險。因此，低空的風(fēng)切變一直以來就是影響飛行安全的重要因素，也是造成飛行出現(xiàn)危險的最大氣象條件之一。而低空風(fēng)切變具有持續(xù)時間短、持續(xù)范圍小，但是速度極快、強(qiáng)度極大的特點(diǎn)。因此，這就對于低空風(fēng)切變的探測和預(yù)報帶來了一系列的難題。這不僅對于我國的復(fù)雜天氣預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)是一個極大的挑戰(zhàn)，對于飛行員自身的駕駛水平及飛機(jī)本身的性能和飛機(jī)安全系統(tǒng)保障是否完備也是一個極大的考驗(yàn)。而我國對于低空風(fēng)切變的探測和預(yù)警技術(shù)的研發(fā)，一直是較為重視的。影響低空風(fēng)切變的因素，包括空氣的對流、低空的激流、低空的逆溫層等。因?yàn)橛绊懙涂诊L(fēng)切變的因素眾多，所以用某種氣象探測設(shè)備，對于低空風(fēng)切變的探測能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，每一種探測設(shè)備都具有其特點(diǎn)與適用條件。因此，應(yīng)重點(diǎn)研究在不同的影響因素下，多種雷達(dá)設(shè)備與氣象衛(wèi)星設(shè)備對于機(jī)場低空風(fēng)切變的探測能力，對多種設(shè)備的資料進(jìn)行融合，構(gòu)建一個完善的機(jī)場低空風(fēng)切變探測體系。同時，還應(yīng)結(jié)合飛行員的駕駛水平以及對飛行員遇到緊急情況下如何應(yīng)對的培訓(xùn)，為我國的飛行安全提供保障[4]。

其對于我國機(jī)場低空風(fēng)切變預(yù)報預(yù)警的分析也主要是根據(jù)機(jī)場區(qū)域內(nèi)的封場形式而制定個性化產(chǎn)品[5]。這種風(fēng)切變分析產(chǎn)品主要是分析了飛機(jī)在降落或起飛時，機(jī)場航線周圍的風(fēng)向狀況，并且針對了飛行最關(guān)注的部分區(qū)域，顯示出飛機(jī)在出入機(jī)場航線上下方垂直和水平封場的變化規(guī)律，根據(jù)對這些區(qū)域封場的分析和研究，能夠得出風(fēng)向變化的一定規(guī)律，以此來為飛行員及機(jī)場管理人員提供參考依據(jù)。

5? 對于大霧天氣的監(jiān)測和預(yù)警

大霧天氣主要是指在大氣中一些懸浮的水汽凝結(jié)而導(dǎo)致能見度低于1000m，這種氣象就被稱為霧。當(dāng)空氣中的水汽達(dá)到了一定限度時，就會造成空氣的溫度越來越高，而空氣中所能容納的水汽，也就會比之前越來越多。如果這時空氣中所含的水汽低于了一定的溫度，水汽就會凝結(jié)足夠多的水氣分子凝結(jié)在一起變成水滴，就會導(dǎo)致氣溫降低并且產(chǎn)生霧[6]。而霧可以使地面的能見度顯著降低，這會影響飛行員駕駛飛機(jī)時的視線，對于整個飛行造成了極大的安全隱患。而目前我國飛機(jī)起飛的要求是能見度，要至少在600m以上，飛機(jī)在降落時比飛機(jī)起飛時的要求還要更高一些。因此，為了機(jī)場的正常運(yùn)行與乘客的安全，飛機(jī)只有在天氣適合的情況下才能起飛。由于霧天持續(xù)的時間較長，形成的速度較快，分布的范圍較廣，對航空飛行的安全造成了極大的威脅。而范圍寬廣、厚度較大的大霧天氣，對于航班飛行的影響是不可估量的。這不僅會嚴(yán)重的妨礙到航班的起飛與降落，還可能會因?yàn)槟芤姸忍投斐娠w行事故引發(fā)極其嚴(yán)重的后果。

通過對霧天的分析，可以看到大霧天氣，對于飛機(jī)的飛行以及機(jī)場的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都造成了極其不利的影響，因此，機(jī)場對于大霧天氣的預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)是非常有必要的。由于部分機(jī)場受到周邊環(huán)境的影響，在冬季時大霧天氣和多云天氣會較常發(fā)生，導(dǎo)致航班的延誤。而大霧天氣的形成及變化受到了多種氣象因素的綜合影響，這其中包括了機(jī)場附近區(qū)域的風(fēng)向、風(fēng)速大氣中的水含量及大氣氣溫等條件。而大霧天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)可以通過雷達(dá)獲取機(jī)場附近區(qū)域中云層水含量及云層風(fēng)向的具體分布信息，進(jìn)而對于機(jī)場附近區(qū)域大霧氣象的產(chǎn)生與變化做出綜合的分析。我國的氣象設(shè)備可以根據(jù)逆溫層發(fā)生的變化，分析出在不同的高度和濕度情況下，大霧天氣的具體情況及特點(diǎn)。除此之外，還可以通過雷達(dá)實(shí)時地監(jiān)測出機(jī)場附近區(qū)域風(fēng)向的變化，以及風(fēng)向變化對大霧產(chǎn)生的影響。通過對多種雷達(dá)數(shù)據(jù)的綜合分析可以知道在霧天出現(xiàn)之前，通常伴有哪些氣象特征并且根據(jù)這些氣象特征進(jìn)行及早的防范，以保障飛行安全。

6? 結(jié)語

我國的機(jī)場天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)主要是充分利用多種氣象探測設(shè)備，對于多種設(shè)備索探測的氣象得出的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合，再根據(jù)綜合數(shù)據(jù)形成分析結(jié)果，通過對氣象的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行云計算，從而得到預(yù)測復(fù)雜天氣的具體模型。通過對于復(fù)雜危險天氣的判斷，以及多種資料的融合，對機(jī)場航班的飛行狀況做出綜合的調(diào)整，從而讓機(jī)場能夠合理地應(yīng)對復(fù)雜天氣情況。未來希望我國通過對天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)及運(yùn)行，建立出一套適用于我國民航飛行的天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，并能夠有效解決雷暴低空風(fēng)向切變，以及大霧天氣對于飛行所帶來的挑戰(zhàn)，促進(jìn)我國航空航天業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉文群，劉佳.紅河州凝凍天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2020，10（2）：119-120.

[2] 孫全德，焦瑞莉，夏江江，等.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)值天氣預(yù)報風(fēng)速訂正研究[J].氣象，2019，45（3）：426-436.

[3] 金榮花，代刊，趙瑞霞，等.我國無縫隙精細(xì)化網(wǎng)格天氣預(yù)報技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].氣象，2019，45（4）：445-457.

[4] 金君良，舒章康，陳敏，等.基于數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品的氣象水文耦合徑流預(yù)報[J].水科學(xué)進(jìn)展，2019，30（3）：316-325.

[5] 雷洋.機(jī)場復(fù)雜天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（8）：78-79.

[6] 鄭永光，陶祖鈺，俞小鼎.強(qiáng)對流天氣預(yù)報的一些基本問題[J].氣象，2017，43（6）：641-652.