古鑫

摘  要：复杂的天气情况会影响航空飞行的安全与机场的整体运行，因此机场开发天气预报预警系统具有重要的价值。机场可以利用复杂天气预报预警的系统，将先进的探测设备进行完善，对整个机场区域的天气进行综合观测。除此之外，还可以通过融合不同数据平台的气象资料，对机场的复杂危险天气进行预测，全面提高机场的运行能力。

关键词：复杂天气  预报预警  天气预报  开发实现过程

中图分类号：V321.21           文献标识码：A            文章编号：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，其中天气是影响航空安全及航空效率至关重要的因素。根据数据显示，我国航班的正常出发率达到70%以上，天气是延误航班的主要因素，其对高原机场的影响更是显著。由于高原机场地理环境较为特殊，气候变化多端，雷暴和大风等极端天气时有发生，这些都是可能导致飞机在飞行的过程中发生颠簸、复飞、航班延误现象的因素。2017年，我国政府为保障我国机场国际枢纽的正常运行，提高运行的效率，为国际枢纽机场部署了先进的气象探测设备。但是单一的探测设备并不能够全方位地探测与预报到极端天气，因此，如何将这些设备进行完善的连接和组织，实现多种气候资料的融合，就成为了当前亟需解决的问题。本文主要以长水机场作为复杂天气预报预警的示范区，论述通过探测设备对复杂天气情况预报预警，能够实现智能化的实时监测，利用互联网技术及云计算数据处理技术，实现对危险天气的预报，来达成整个机场对于复杂天气预报预警的突破性提升。

1  对于复杂天气预报预警系统的设计思路

复杂天气预报预警系统主要是联合机场中多种气象探测仪器，如毫米波云雾雷达、激光测风雷达等，再结合我国的气象卫星、气象观测站，对于多种类型的气象观测资料进行融合，动态监控实时的气象状况，统一储存数据，并进行处理及分析，以此来实现多种数据来源的气象资料在时间及空间上的融合计算，并将不同来源生成的气象预报提供给专业的技术人员对资料进行再分析。除此之外，复杂天气的预防系统还可以对影响机场正常运行效率以飞行器飞行安全的危险天气及时地提供预报信息。利用复杂天气预报预警系统，将气象监控设备得到的多元化信息，通过统一的平台发布，针对不同的航空机场用户需求，根据机场的特点，提供个性化的服务，对于极端复杂天气，如雷暴、大风、能见度低等进行实时的预报[1]。

2  复杂天气预报预警系统的技术路线

复杂天气预报预警系统的探测，离不开各种气象设备的技术支持。预报预警系统体系主要是将毫米波雷达、激光雷达等气象雷达，以及气象卫星、气象观测站的数据进行融合，将融合后的数据交给专业的技术人员进行分析。技术人员的分析，离不开对于气候的地面分析、温度分析、风向分析和物理量分析，将这些不同气象的分析结果通过云计算与复杂的技术处理，在此基础上实现对于危险天气的自动识别与实时跟踪。预报预警系统的综合处理，可以为机场提供个性化的服务，包括机场的天气趋势预报、飞机起飞预报、机场预警预报和风向切变预报等多种复杂天气预警预报产品，这对机场的正常运行与飞机的飞行安全具有非常重要的意义[2]。

3  雷暴天气的监测和预警

雷暴天气是指伴有雷击和闪电对流性的天气。雷暴天气的产生会出现在强烈的积云雨中，因此雷暴天气不会单独出现，通常还伴随着强阵雨或暴雨，有时也可能会伴有冰雹或龙卷风，而这种天气通常会在大气不稳定的时候发生，并且会伴随大量的雨水。雷暴天氣在低纬度的地方发生的较为频繁，尤其是在夏季气象不稳定的和冬季，极其容易发生。由于雷暴经常会伴随着冰雹气象的出现，因此会对飞机的飞行安全造成极大的危害。温度较低的水滴在冻结层上一旦冻结，其他的水滴也会附着在冻结层上就有可能会形成巨大的冰雹，外加伴随着较强的上升气流很有可能对飞机的机体造成严重的损伤。除此之外，在雷暴发生的同时，云层的能见度也是很低的，而且在云底和地面之间降水和扬尘也会导致能见度降低，因此，对飞行员的视线有所影响。最后雷暴压近时，有可能会伴随闪电，而闪电很有可能会击穿机体，并对飞机内的通信和电子设备造成损伤，还有可能会引发爆炸。对于雷暴天气的监测，必须在2h以内，保证对强对流天气进行提前预测。因此，预报预警系统应该采用雷达及气象卫星进行联合观测，对于两种设备所观测到的数据利用互联网计算技术进行结合分析，对于不同的气象资料进行融合，并且研究出不同类型的探测设备，雷暴的监测能力，实现预报预警系统对于强对流危险天气的实时监控追踪与预报预警，并且利用定位技术，针对雷暴所出现的区域与移动方向和速度等信息提供较为全面的数据，进而预防飞机在飞行的过程中产生危险[3]。

4  对于风向的监测和预警

低空风切变主要是指在600m以下的风速在空中水平或垂直距离上的形象变化。风切变会导致垂直或水平运动的风速突然加剧，特别是在强对流天气下，这种猛烈的下冲气流可能持续的时间很短，但是速度却很快。如果飞机在飞行的过程中遭遇到风切变气流的袭击，便会导致机体无法保持平衡而发生危险。因此，低空的风切变一直以来就是影响飞行安全的重要因素，也是造成飞行出现危险的最大气象条件之一。而低空风切变具有持续时间短、持续范围小，但是速度极快、强度极大的特点。因此，这就对于低空风切变的探测和预报带来了一系列的难题。这不仅对于我国的复杂天气预警预报系统是一个极大的挑战，对于飞行员自身的驾驶水平及飞机本身的性能和飞机安全系统保障是否完备也是一个极大的考验。而我国对于低空风切变的探测和预警技术的研发，一直是较为重视的。影响低空风切变的因素，包括空气的对流、低空的激流、低空的逆温层等。因为影响低空风切变的因素众多，所以用某种气象探测设备，对于低空风切变的探测能力是远远不够的，每一种探测设备都具有其特点与适用条件。因此，应重点研究在不同的影响因素下，多种雷达设备与气象卫星设备对于机场低空风切变的探测能力，对多种设备的资料进行融合，构建一个完善的机场低空风切变探测体系。同时，还应结合飞行员的驾驶水平以及对飞行员遇到紧急情况下如何应对的培训，为我国的飞行安全提供保障[4]。

其对于我国机场低空风切变预报预警的分析也主要是根据机场区域内的封场形式而制定个性化产品[5]。这种风切变分析产品主要是分析了飞机在降落或起飞时，机场航线周围的风向状况，并且针对了飞行最关注的部分区域，显示出飞机在出入机场航线上下方垂直和水平封场的变化规律，根据对这些区域封场的分析和研究，能够得出风向变化的一定规律，以此来为飞行员及机场管理人员提供参考依据。

5  对于大雾天气的监测和预警

大雾天气主要是指在大气中一些悬浮的水汽凝结而导致能见度低于1000m，这种气象就被称为雾。当空气中的水汽达到了一定限度时，就会造成空气的温度越来越高，而空气中所能容纳的水汽，也就会比之前越来越多。如果这时空气中所含的水汽低于了一定的温度，水汽就会凝结足够多的水气分子凝结在一起变成水滴，就会导致气温降低并且产生雾[6]。而雾可以使地面的能见度显著降低，这会影响飞行员驾驶飞机时的视线，对于整个飞行造成了极大的安全隐患。而目前我国飞机起飞的要求是能见度，要至少在600m以上，飞机在降落时比飞机起飞时的要求还要更高一些。因此，为了机场的正常运行与乘客的安全，飞机只有在天气适合的情况下才能起飞。由于雾天持续的时間较长，形成的速度较快，分布的范围较广，对航空飞行的安全造成了极大的威胁。而范围宽广、厚度较大的大雾天气，对于航班飞行的影响是不可估量的。这不仅会严重的妨碍到航班的起飞与降落，还可能会因为能见度太低而造成飞行事故引发极其严重的后果。

通过对雾天的分析，可以看到大雾天气，对于飞机的飞行以及机场的正常运转都造成了极其不利的影响，因此，机场对于大雾天气的预报预警系统是非常有必要的。由于部分机场受到周边环境的影响，在冬季时大雾天气和多云天气会较常发生，导致航班的延误。而大雾天气的形成及变化受到了多种气象因素的综合影响，这其中包括了机场附近区域的风向、风速大气中的水含量及大气气温等条件。而大雾天气预报预警系统可以通过雷达获取机场附近区域中云层水含量及云层风向的具体分布信息，进而对于机场附近区域大雾气象的产生与变化做出综合的分析。我国的气象设备可以根据逆温层发生的变化，分析出在不同的高度和湿度情况下，大雾天气的具体情况及特点。除此之外，还可以通过雷达实时地监测出机场附近区域风向的变化，以及风向变化对大雾产生的影响。通过对多种雷达数据的综合分析可以知道在雾天出现之前，通常伴有哪些气象特征并且根据这些气象特征进行及早的防范，以保障飞行安全。

6  结语

我国的机场天气预报预警系统主要是充分利用多种气象探测设备，对于多种设备索探测的气象得出的结果进行数据的融合，再根据综合数据形成分析结果，通过对气象的历史数据进行云计算，从而得到预测复杂天气的具体模型。通过对于复杂危险天气的判断，以及多种资料的融合，对机场航班的飞行状况做出综合的调整，从而让机场能够合理地应对复杂天气情况。未来希望我国通过对天气预报预警系统的开发及运行，建立出一套适用于我国民航飞行的天气预报预警系统，并能够有效解决雷暴低空风向切变，以及大雾天气对于飞行所带来的挑战，促进我国航空航天业的发展。

参考文献

[1] 叶文群，刘佳.红河州凝冻天气预报预警系统[J].农业灾害研究，2020，10（2）：119-120.

[2] 孙全德，焦瑞莉，夏江江，等.基于机器学习的数值天气预报风速订正研究[J].气象，2019，45（3）：426-436.

[3] 金荣花，代刊，赵瑞霞，等.我国无缝隙精细化网格天气预报技术进展与挑战[J].气象，2019，45（4）：445-457.

[4] 金君良，舒章康，陈敏，等.基于数值天气预报产品的气象水文耦合径流预报[J].水科学进展，2019，30（3）：316-325.

[5] 雷洋.机场复杂天气预报预警系统的开发与实现[J].物联网技术，2019，9（8）：78-79.

[6] 郑永光，陶祖钰，俞小鼎.强对流天气预报的一些基本问题[J].气象，2017，43（6）：641-652.