古鑫

摘? 要：復(fù)雜的天氣情況會(huì)影響航空飛行的安全與機(jī)場(chǎng)的整體運(yùn)行，因此機(jī)場(chǎng)開發(fā)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)具有重要的價(jià)值。機(jī)場(chǎng)可以利用復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警的系統(tǒng)，將先進(jìn)的探測(cè)設(shè)備進(jìn)行完善，對(duì)整個(gè)機(jī)場(chǎng)區(qū)域的天氣進(jìn)行綜合觀測(cè)。除此之外，還可以通過融合不同數(shù)據(jù)平臺(tái)的氣象資料，對(duì)機(jī)場(chǎng)的復(fù)雜危險(xiǎn)天氣進(jìn)行預(yù)測(cè)，全面提高機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行能力。

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

中圖分類號(hào)：V321.21 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guó)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(duì)高原機(jī)場(chǎng)的影響更是顯著。由于高原機(jī)場(chǎng)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(shí)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(guó)政府為保障我國(guó)機(jī)場(chǎng)國(guó)際樞紐的正常運(yùn)行，提高運(yùn)行的效率，為國(guó)際樞紐機(jī)場(chǎng)部署了先進(jìn)的氣象探測(cè)設(shè)備。但是單一的探測(cè)設(shè)備并不能夠全方位地探測(cè)與預(yù)報(bào)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(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)作為復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警的示范區(qū)，論述通過探測(cè)設(shè)備對(duì)復(fù)雜天氣情況預(yù)報(bào)預(yù)警，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及云計(jì)算數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)天氣的預(yù)報(bào)，來達(dá)成整個(gè)機(jī)場(chǎng)對(duì)于復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警的突破性提升。

1? 對(duì)于復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要是聯(lián)合機(jī)場(chǎng)中多種氣象探測(cè)儀器，如毫米波云霧雷達(dá)、激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)等，再結(jié)合我國(guó)的氣象衛(wèi)星、氣象觀測(cè)站，對(duì)于多種類型的氣象觀測(cè)資料進(jìn)行融合，動(dòng)態(tài)監(jiān)控實(shí)時(shí)的氣象狀況，統(tǒng)一儲(chǔ)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(shí)間及空間上的融合計(jì)算，并將不同來源生成的氣象預(yù)報(bào)提供給專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)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(duì)影響機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行效率以飛行器飛行安全的危險(xiǎn)天氣及時(shí)地提供預(yù)報(bào)信息。利用復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)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(tái)發(fā)布，針對(duì)不同的航空機(jī)場(chǎng)用戶需求，根據(jù)機(jī)場(chǎng)的特點(diǎn)，提供個(gè)性化的服務(wù)，對(duì)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(shí)的預(yù)報(bào)[1]。

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

復(fù)雜天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的探測(cè)，離不開各種氣象設(shè)備的技術(shù)支持。預(yù)報(bào)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(cè)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(duì)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(jì)算與復(fù)雜的技術(shù)處理，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)于危險(xiǎn)天氣的自動(dòng)識(shí)別與實(shí)時(shí)跟蹤。預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的綜合處理，可以為機(jī)場(chǎng)提供個(gè)性化的服務(wù)，包括機(jī)場(chǎng)的天氣趨勢(shì)預(yù)報(bào)、飛機(jī)起飛預(yù)報(bào)、機(jī)場(chǎng)預(yù)警預(yù)報(bào)和風(fēng)向切變預(yù)報(bào)等多種復(fù)雜天氣預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品，這對(duì)機(jī)場(chǎng)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(cè)和預(yù)警

雷暴天氣是指伴有雷擊和閃電對(duì)流性的天氣。雷暴天氣的產(chǎn)生會(huì)出現(xiàn)在強(qiáng)烈的積云雨中，因此雷暴天氣不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，通常還伴隨著強(qiáng)陣雨或暴雨，有時(shí)也可能會(huì)伴有冰雹或龍卷風(fēng)，而這種天氣通常會(huì)在大氣不穩(wěn)定的時(shí)候發(fā)生，并且會(huì)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(huì)伴隨著冰雹氣象的出現(xiàn)，因此會(huì)對(duì)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(huì)附著在凍結(jié)層上就有可能會(huì)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(duì)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(shí)，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(huì)導(dǎo)致能見度降低，因此，對(duì)飛行員的視線有所影響。最后雷暴壓近時(shí)，有可能會(huì)伴隨閃電，而閃電很有可能會(huì)擊穿機(jī)體，并對(duì)飛機(jī)內(nèi)的通信和電子設(shè)備造成損傷，還有可能會(huì)引發(fā)爆炸。對(duì)于雷暴天氣的監(jiān)測(cè)，必須在2h以內(nèi)，保證對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。因此，預(yù)報(bào)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(cè)，對(duì)于兩種設(shè)備所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)利用互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算技術(shù)進(jìn)行結(jié)合分析，對(duì)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(cè)設(shè)備，雷暴的監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于強(qiáng)對(duì)流危險(xiǎn)天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)控追蹤與預(yù)報(bào)預(yù)警，并且利用定位技術(shù)，針對(duì)雷暴所出現(xiàn)的區(qū)域與移動(dòng)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(xiǎn)[3]。

4? 對(duì)于風(fēng)向的監(jiān)測(cè)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(huì)導(dǎo)致垂直或水平運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速突然加劇，特別是在強(qiáng)對(duì)流天氣下，這種猛烈的下沖氣流可能持續(xù)的時(shí)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(huì)導(dǎo)致機(jī)體無(wú)法保持平衡而發(fā)生危險(xiǎn)。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(xiǎn)的最大氣象條件之一。而低空風(fēng)切變具有持續(xù)時(shí)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(duì)于低空風(fēng)切變的探測(cè)和預(yù)報(bào)帶來了一系列的難題。這不僅對(duì)于我國(guó)的復(fù)雜天氣預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，對(duì)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(gè)極大的考驗(yàn)。而我國(guó)對(duì)于低空風(fēng)切變的探測(cè)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(duì)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(cè)設(shè)備，對(duì)于低空風(fēng)切變的探測(cè)能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，每一種探測(cè)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(duì)于機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的探測(cè)能力，對(duì)多種設(shè)備的資料進(jìn)行融合，構(gòu)建一個(gè)完善的機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變探測(cè)體系。同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合飛行員的駕駛水平以及對(duì)飛行員遇到緊急情況下如何應(yīng)對(duì)的培訓(xùn)，為我國(guó)的飛行安全提供保障[4]。

其對(duì)于我國(guó)機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變預(yù)報(bào)預(yù)警的分析也主要是根據(jù)機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的封場(chǎng)形式而制定個(gè)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(shí)，機(jī)場(chǎng)航線周圍的風(fēng)向狀況，并且針對(duì)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(chǎng)航線上下方垂直和水平封場(chǎng)的變化規(guī)律，根據(jù)對(duì)這些區(qū)域封場(chǎng)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(chǎng)管理人員提供參考依據(jù)。

5? 對(duì)于大霧天氣的監(jiān)測(cè)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(shí)，就會(huì)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(huì)比之前越來越多。如果這時(shí)空氣中所含的水汽低于了一定的溫度，水汽就會(huì)凝結(jié)足夠多的水氣分子凝結(jié)在一起變成水滴，就會(huì)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(huì)影響飛行員駕駛飛機(jī)時(shí)的視線，對(duì)于整個(gè)飛行造成了極大的安全隱患。而目前我國(guó)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(shí)比飛機(jī)起飛時(shí)的要求還要更高一些。因此，為了機(jī)場(chǎng)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(shí)間較長(zhǎng)，形成的速度較快，分布的范圍較廣，對(duì)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(duì)于航班飛行的影響是不可估量的。這不僅會(huì)嚴(yán)重的妨礙到航班的起飛與降落，還可能會(huì)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(duì)霧天的分析，可以看到大霧天氣，對(duì)于飛機(jī)的飛行以及機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都造成了極其不利的影響，因此，機(jī)場(chǎng)對(duì)于大霧天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)是非常有必要的。由于部分機(jī)場(chǎng)受到周邊環(huán)境的影響，在冬季時(shí)大霧天氣和多云天氣會(huì)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(chǎng)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(bào)預(yù)警系統(tǒng)可以通過雷達(dá)獲取機(jī)場(chǎng)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(duì)于機(jī)場(chǎng)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(guó)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(shí)地監(jiān)測(cè)出機(jī)場(chǎng)附近區(qū)域風(fēng)向的變化，以及風(fēng)向變化對(duì)大霧產(chǎn)生的影響。通過對(duì)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(yǔ)

我國(guó)的機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要是充分利用多種氣象探測(cè)設(shè)備，對(duì)于多種設(shè)備索探測(cè)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(duì)氣象的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行云計(jì)算，從而得到預(yù)測(cè)復(fù)雜天氣的具體模型。通過對(duì)于復(fù)雜危險(xiǎn)天氣的判斷，以及多種資料的融合，對(duì)機(jī)場(chǎng)航班的飛行狀況做出綜合的調(diào)整，從而讓機(jī)場(chǎng)能夠合理地應(yīng)對(duì)復(fù)雜天氣情況。未來希望我國(guó)通過對(duì)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)及運(yùn)行，建立出一套適用于我國(guó)民航飛行的天氣預(yù)報(bào)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(duì)于飛行所帶來的挑戰(zhàn)，促進(jìn)我國(guó)航空航天業(yè)的發(fā)展。

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