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摘要：航空氣象對(duì)于航空飛行有十分重要的意義，隨著國家“民航強(qiáng)國”戰(zhàn)略提出，民航局空管局提出建設(shè)“四強(qiáng)空管”，航空氣象要由目前的“數(shù)字化、自動(dòng)化”向“智能化、智慧化”發(fā)展。文章討論了目前航空氣象技術(shù)由二維向多維、由立足業(yè)務(wù)到立足服務(wù)，對(duì)提升航空飛行安全、提高節(jié)能減排效應(yīng)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(yīng)用價(jià)值，探討在保證安全條件下的經(jīng)濟(jì)飛行。

關(guān)鍵詞：四強(qiáng)空管；信息共享；節(jié)能減排；五維氣象

1航空氣象技術(shù)概述

1.1航空氣象技術(shù)簡介。航空氣象技術(shù)主要是基于氣象學(xué)原理，對(duì)機(jī)場(chǎng)或者航路的天氣進(jìn)行時(shí)效性預(yù)測(cè)從而提供良好的航空氣象服務(wù)，最早的航空氣象技術(shù)主要是研究氣流對(duì)航空飛行的影響，隨著天氣雷達(dá)、微波輻射計(jì)、風(fēng)廓線雷達(dá)、激光雷達(dá)等技術(shù)的應(yīng)用，使航空氣象的探測(cè)更加精準(zhǔn)，對(duì)于地面、低空、高空、航路、五邊等不同側(cè)重區(qū)域和時(shí)間進(jìn)行針對(duì)性分析研究，尤其是航空氣象疊加管制雷達(dá)，并搜集、處理、分析氣象信息從而提供有用的氣象情報(bào)，使航空飛行更加安全、高效。1.2航空氣象服務(wù)。航空氣象服務(wù)主要針對(duì)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(shù)應(yīng)用于空中交通管理，使空中飛行更加有序、安全地運(yùn)行。（1）航空公司。航空公司的航班飛行在很大程度是根據(jù)氣象信息制訂安排的，因此航空公司可以根據(jù)空管氣象部門提供的航空氣象服務(wù)，隨時(shí)根據(jù)天氣變化來調(diào)整航班的飛行計(jì)劃以及制定突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案。（2）機(jī)場(chǎng)。機(jī)場(chǎng)根據(jù)航空氣象技術(shù)提供的天氣信息了解最新的天氣動(dòng)態(tài)，如果出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、暴雪等惡劣天氣，就會(huì)影響飛機(jī)的正常起飛，那么機(jī)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)對(duì)的措施，降低損失。機(jī)場(chǎng)的氣象部門也可以根據(jù)航空氣象技術(shù)預(yù)測(cè)天氣的情況，采取有效的防御措施。（3）空中交通管理機(jī)構(gòu)和流量管理部門。空中交通管理機(jī)構(gòu)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(yīng)手段來規(guī)范、管理空中飛行情況。飛行流量受復(fù)雜天氣影響，因此，流量管理部門應(yīng)及時(shí)掌握天氣狀態(tài)從而制定出相應(yīng)的流量管理措施。而航空氣象技術(shù)可以為其提供很好的氣象服務(wù)，使得空中交通流量管理部門根據(jù)出現(xiàn)惡劣天氣延緩航班飛行。對(duì)于已經(jīng)飛行的航班要采取空中改航、空中等待等相關(guān)措施，保證流量有序及飛行安全。

2航空氣象技術(shù)在航空飛行中的應(yīng)用

2.1提供航空氣象預(yù)報(bào)。航空氣象預(yù)報(bào)主要針對(duì)航班的飛行周期提供相對(duì)的天氣預(yù)報(bào)。包括機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)以及航線的天線預(yù)報(bào)，氣象狀況對(duì)于航班的飛行以及機(jī)場(chǎng)的影響，因此對(duì)于地面的風(fēng)向風(fēng)速、能見度等都要作出準(zhǔn)確的信息傳達(dá)。而且對(duì)于航班飛行的惡劣天氣的航空預(yù)報(bào)也要作出準(zhǔn)確的報(bào)道，并且及時(shí)調(diào)整，保障航班的飛行安全。2.2報(bào)道天氣實(shí)況。天氣實(shí)況主要是指天氣情況以及空中的交通環(huán)境狀況，對(duì)于天氣實(shí)況的報(bào)道要根據(jù)航空氣象技術(shù)檢測(cè)云雨的運(yùn)動(dòng)方向、降水量以及風(fēng)力強(qiáng)度等，更好制訂安全的飛行計(jì)劃，避免雷雨的多發(fā)季節(jié)出現(xiàn)航空意外。此外，還要通過衛(wèi)星云圖去觀測(cè)云量以及云的變化特點(diǎn)，避免因?yàn)樵频囊蛩赜绊懣罩薪煌ā?.3提供重要的天氣情報(bào)。所謂重要的天氣情報(bào)就是指能夠?qū)娇诊w行安全造成嚴(yán)重影響的氣象狀況，如暴風(fēng)雪、強(qiáng)對(duì)流天氣、嚴(yán)重積冰、嚴(yán)重顛簸及沙塵暴等情況，對(duì)于這種惡劣天氣狀況航空氣象技術(shù)能夠及時(shí)檢測(cè)出來，并反映到空中交通管理部門，使其制定出合理應(yīng)對(duì)措施及航班調(diào)整路線，必要時(shí)要立即取消航班，或者就近降落。

3最新航空氣象技術(shù)在航空飛行中的應(yīng)用前景

空中交通管理新的理念提出后，航空氣象技術(shù)也需要有新的發(fā)展，“四強(qiáng)空管”也驅(qū)使著航空氣象進(jìn)行升級(jí)，由目前的“數(shù)字化、智能化”向“智能化、智慧化”發(fā)展。技術(shù)人員采用最新的高科技技術(shù)去更好地從高效、經(jīng)濟(jì)等方面去服務(wù)航空飛行。航空氣象服務(wù)是一門較為抽象的科學(xué)，它的研究入門門檻較高、服務(wù)對(duì)象涉及范圍較廣泛，服務(wù)對(duì)象包括航空公司的飛行機(jī)組、簽派人員，機(jī)場(chǎng)公司的指揮決策人員，空中交通管制人員等，他們對(duì)于氣象專業(yè)術(shù)語的理解較為困難，所以提供一種化抽象為直觀、化復(fù)雜為簡單、化數(shù)據(jù)為三維動(dòng)態(tài)圖像的氣象信息顯得非常重要。3.1統(tǒng)一氣象信息共享技術(shù)。目前全國各空管局、分局站除自觀數(shù)據(jù)、報(bào)文等進(jìn)入氣象數(shù)據(jù)庫、天氣雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行匯交外，大部分天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)、風(fēng)廓線雷達(dá)、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(fēng)廓線雷達(dá)等需要組網(wǎng)才能夠最大發(fā)揮效用的數(shù)據(jù)，使用率較低。所以，建設(shè)民航氣象資料存儲(chǔ)服務(wù)器能有效解決這一難題。全國各地區(qū)空管分局站將本地探測(cè)資料統(tǒng)一上傳至服務(wù)器，全國統(tǒng)一成立應(yīng)用開發(fā)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)塔臺(tái)管制、航空公司、機(jī)場(chǎng)公司等各個(gè)用戶單位的需求，站在用戶角度開發(fā)出容易理解的多維天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，能夠及時(shí)更新天氣信息，根據(jù)天氣的變化迅速提醒用戶，形成航空氣象資料共享平臺(tái)，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(tái)。目前航空氣象服務(wù)有一個(gè)行業(yè)困惑，空管氣象人員利用上級(jí)下發(fā)的現(xiàn)有手段進(jìn)行預(yù)報(bào)，往往不能切中航空公司的需求。航空氣象信息可視化平臺(tái)可以根據(jù)用戶需求提出解決方案。它可利用機(jī)場(chǎng)周邊和航線附近的自動(dòng)氣象站、風(fēng)廓線雷達(dá)的氣象信息，疊加飛行航線。一是可以提供機(jī)場(chǎng)附近五邊不同高度的風(fēng)向、風(fēng)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(shù)可通過對(duì)五維數(shù)據(jù)集（時(shí)間、氣象變量和三維空間）的分析來描述航行過程的多個(gè)氣象變量的空間分布和時(shí)間變化，對(duì)航線區(qū)域上的風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、重要天氣區(qū)域等進(jìn)行水平和垂直高度上的剖面顯示，并可進(jìn)行不同飛行高度的水平剖面及航線的剖面、軌跡顯示，從實(shí)時(shí)和預(yù)報(bào)兩個(gè)方面多維顯示氣象信息。就我國而言，目前空管系統(tǒng)主要下發(fā)了氣象621系統(tǒng)，機(jī)組在里面打印的資料多為文字的氣象報(bào)文資料和力氣的風(fēng)溫預(yù)告圖和重要天氣預(yù)告圖等，而對(duì)于航路氣象信息的可視化應(yīng)用方面研究還較少，目前正在進(jìn)行的氣象數(shù)據(jù)庫3.0也暫沒有這方面的研究。雖然一般的二維圖形對(duì)于氣象人員易于理解，但是對(duì)于航空氣象服務(wù)的對(duì)象，則很難形成概念模型，從而導(dǎo)致航空氣象的廣泛應(yīng)用受到局限，也很難有效合理地利用氣象資料制訂飛行計(jì)劃。在目前5G技術(shù)的應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，三維可視化技術(shù)應(yīng)用愈發(fā)成熟。提供可視化的氣象信息服務(wù)有利于氣象行業(yè)以外的人員對(duì)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(dá)等資料與管制雷達(dá)的融合，使空中交通管制人員在指揮飛行時(shí)更加直接方便地掌握放行時(shí)間，也可以使飛行機(jī)組避開危險(xiǎn)天氣區(qū)域。同時(shí)，利用高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)及相對(duì)濕度等氣象資料進(jìn)行顛簸、積冰及強(qiáng)對(duì)流區(qū)域物理量的預(yù)報(bào)計(jì)算，可以提供優(yōu)化的多維航路氣象文件，這種基于空間場(chǎng)資料的航路立體氣象信息圖形顯示，有利于航空公司在進(jìn)行安全飛行提供服務(wù)等方面作出較為準(zhǔn)確的預(yù)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(tǒng)所采用的資料包括地面觀測(cè)資料與探空資料，地面觀測(cè)資料包括的氣象要素有氣壓、溫濕度、風(fēng)向風(fēng)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(shì)高度、溫度、風(fēng)、露點(diǎn)等。深圳空管站現(xiàn)利用廣東省氣象局350余個(gè)自動(dòng)站、7部風(fēng)廓線雷達(dá)資料進(jìn)行了二次開發(fā)。MICAPS資料提供了常規(guī)天氣圖、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品圖，目前廣東省氣象局已經(jīng)進(jìn)行升級(jí)為MICAPS4.0，應(yīng)用方面有較大改進(jìn)。3.2.2系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)。在地球科學(xué)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)集可以采用多種垂直坐標(biāo)系統(tǒng)（如：等或不等間距的高度/壓力/溫度垂直坐標(biāo)系統(tǒng)）和多種地理投影變換方法。氣象的五維可視化平臺(tái)直接根據(jù)某一氣象變量，利用三維立體圖形隨著時(shí)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(shù)據(jù)輸入輸出拓?fù)淙鐖D1所示。圖1通過飛行氣象信息五維圖形可視化系統(tǒng)制作五維氣象圖形文件，可以對(duì)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(shí)段飛機(jī)周圍空中急流的立體分布。自四周向中部的風(fēng)速逐步加大，中間部分區(qū)域天氣現(xiàn)象嚴(yán)重?？罩薪煌ü苤迫藛T在指揮飛機(jī)的過程中，可以根據(jù)系統(tǒng)提供的資料提前判斷，指揮飛機(jī)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)配高度和方向，有效避開急流。同時(shí)機(jī)組人員也可以根據(jù)資料顯示，合理安排空中飛行的線路，避開空中顛簸區(qū)域。

參考文獻(xiàn)：

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[2]呂環(huán)宇.航線五維可視化氣象信息研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010，19（1）：123-124.

作者:戴求淼 單位:深圳空管站