聚焦智慧民航 | 智慧航空气象：“风云变幻”尽在掌握

【视频】智慧民航导刊（策划：王丽杰 制作：王艺超 剪辑：李佳为）

很多人都知道，民航业是靠天吃饭的行业，极端天气会对民航业的平稳运行造成不小的压力和影响。每年端午节前后，华南地区往往会出现大而集中的降水过程，此时有赛龙舟的习俗，因而称为“龙舟水”；在江南梅子的黄熟季节，江淮流域常出现连阴雨天气，故称为“梅雨”。无论是“龙舟水”还是“梅雨季”带来的降水、风、云等，都是影响飞行的重要气象要素。

根据气象部门预测，今年6月~8月的雷雨季节，我国整体天气形势偏差，极端天气较往年将有所增加。面对不稳定的天气，旅客乘机出行似乎只能“看天色”。近年来，随着气象自动观测系统、多普勒天气雷达等科技的迭代升级，当受到极端天气威胁时，航空气象部门可及时发布警报，机场管理部门可采取措施保护设施设备和停场飞机，航空公司运控部门和空管等也做好保障，与机组人员保持密切沟通，让航空器起飞、着陆和空中飞行更加安全。

技术“看透”天色

“机场晴空万里，我乘坐的航班为什么会延误？”这是很多不熟悉民航业的旅客曾有的疑惑。

其实，这是因为气象不仅有肉眼可见的雨雪，还有如对流云、积冰等危险天气。一旦它们出现在飞机途经的航路上，飞机或将无法直接穿越，进而导致航班延误。

精准、及时的气象信息在保障航空安全和提高效率方面具有重要作用，比用于日常生活的天气预报在内容、时间和定量方面要求更高、更细。近年来，民航局空管局气象中心（以下简称“民航气象中心”）不断推动建设航空气象现代化探测系统，完善全国民航天气雷达布网，推进相控阵雷达、激光雷达等新型设备的应用；在主要机场和终端区、繁忙航路正建立起航空气象立体智能探测网，实现天气探测全覆盖。

有关专家表示，“高密度的航线对天气预报提出了更高要求，需要精确到几十分钟甚至几分钟。能见度、机场云底高度等常态预报产品能让机场、塔台和航空公司提早制订运行计划，实时为航线提供不同高度的飞机颠簸指数、机翼结冰指数等，指导飞机绕过危险空域”。

航空气象员收集到的云量、云状、云底高度、风向、风速、能见度、空气温度、天气现象以及飞机颠簸、飞机积冰、低空风切变等气象信息，除了通过数值天气模式计算出预报结论，还会借助如天气雷达、激光雷达等先进设备的探测数据发布预报结论，不断提高预报的可靠性和精准性。

目前，气象雷达是航空气象员的主要工具之一。根据使用目的和发射电磁波的频率不同，气象雷达可分为常规天气雷达、多普勒天气雷达、相控阵天气雷达等类型。在测量云、降雨和各种强对流天气方面，多普勒天气雷达具有重要作用。作为利用多普勒效应测量风速的一种雷达，多普勒天气雷达不仅可以探测云层的位置和运动状态，还可以测量风速和风向。

多部多种气象雷达的协同自适应组网观测，能构建反映大气真实状态并具有时空高分辨率的三维实况分析场。加上5G、物联网等技术的应用，可实现雷达、气象站、风廓线、微波辐射计等多种类型气象传感器的智能物联，对三维空间多个气象要素进行协同观测。

观测越精密，预报就越精准。

雷达、卫星等多源观测数据形成后，通过光流法的雷达外推算法、人工智能等技术的应用，不仅能更精准、更智能地进行天气预报，还能实现对数值预报偏差的订正。此外，围绕颠簸、积冰、强对流等航路危险天气，还能发布航路危险天气监测预警。

今年第一季度，云南昭通机场气象自动观测设备监测到机场出现27米/秒的阵风，突破了该机场有气象资料记录以来的最大风速，导致机场大面积航班取消、多个航班备降。气象预警和智能技术的应用让昭通机场在面对航班延误或取消时，处置更加从容，服务也更加精细。4月12日22时，两个出港航班在昭通机场分别备降、取消，165位出港旅客滞留。很快，滞留旅客喝上了机场准备的热茶。随后，机场工作人员开始“一对一”帮助旅客解决问题。面对天气原因导致的航班延误，昭通机场以各个部门的协作赢得了旅客对其航延保障工作的肯定。

信息融入决策

近日，民航局印发《2024年雷雨季节民航运行保障总体方案》（以下简称《方案》），在行业层面进一步加强雷雨季节民航运行保障工作的统筹管理。《方案》明确了2024年雷雨季节民航运行保障的协作分工，以及扎实做好前期准备、切实加强会商调度、提升气象服务能力和协同水平、强化空管运行保障、深化运行全链条协同联动、及时开展复盘评估等方面的一系列具体措施。

云量的多少、云底的高低、云层的厚薄会直接影响飞行视程和飞机起降；气压、气温等因素会影响飞机的升限、载重以及燃料的消耗；低空风切变会影响飞行员对飞机的操控……解决影响民航运行的关键问题，在于数据融合。气象信息的一行行代码、一串串数据、一条条信息，只有与民航运行协同起来，才能真正实现价值。

航空气象作为民航运行的重要支撑，必然要参与到运行决策中。空管、机场、航空公司等对气象信息的需求不同，参与决策的方式方法也不一样，需要将气象信息流转、融合，输出为各部门需求的决策信息。

因此，通过将气象信息与空管运行数据、航空公司运行数据、机场运行数据以及其他与航空活动有关的数据进行融合，应用气象大数据、人工智能等技术，各部门可按需获取相关信息并得到运行决策支持。

基于客观天气监测与短时临近预报结果，航空运行气象协同决策技术可在复杂天气条件下为管制运行、流量管理、签派放行、机场运控等提供协同；基于知识图谱技术，航空飞行辅助决策技术可从图片、文本、音频、视频等气象数据中挖掘气象信息运行决策信息之间的关系和映射，提供运行决策支持；基于5G通信技术，天气实况场景融入式服务可将机场关键位置的数字化大气实况与预报信息通过三维全息实时呈现……

各类先进技术正将航空气象观测、预报、服务与航空活动中的各个信息系统结合起来，形成一个整体，实现气象信息与航空活动信息互联互通，使航空气象在支持运行上具备生命，智慧且高效。

有关专家表示，“数据只有流通起来，才能真正发挥价值。航空气象数据包括机场实况、机场预报、各类预警、天气通报、数值预报、气象历史报表、天气个例库、其他气象数据以及尚未电子数据化的信息。智慧的航空气象要求信息获取智能化，即按获取的目的、内容、方式以及所运行的系统等有所不同”。

如今，民航正在不断创新航空气象信息服务方式。

记者了解到，民航气象信息共享与服务系统于2023年11月1日进入试运行阶段，今年4月8日正式投入运行。该系统覆盖民航气象中心、7个地区气象中心和36个空管分局（站），具备全国民航气象数据交换、传输、处理、存储及展示等功能。

私有云计算、分布式计算和存储技术……作为全国民航气象信息共享与服务的统一平台，民航气象信息共享与服务系统在气象数据传输速度、可靠交换、存储周期、处理效率及个性化展示等方面均有大幅提升，可满足空管、机场和航空公司的飞行气象情报交换、气象信息共享和航空气象专网智能服务需求。

感知赋能安全

“智慧的航空气象正形成一个有智慧的生命体。通过数据互联互通、业务协同互动，气象业务及航空活动可进行自我修订、完善、决策等操作，这些操作的结果能够通过自我反馈机制重新进行运算和学习。当有新的航空数据被感知时，也能进行运算和学习，从而建立自我学习、修订和完善的循环机制。”有关专家告诉记者。

目前，民航气象中心正建设的管制气象支持系统将气象信息集成融入各航空用户运行决策系统，构建了航路天气探测资料四维数据集，航空气象智慧化水平也将大幅提升。我国的智慧航空气象技术发展也正主动对标国内外先进水平，借助新一代信息技术驱动航空气象科技创新，提升航空气象的智慧能力和服务水平。

4月，内蒙古机场集团与内蒙古自治区气象局签署管辖通用机场气象服务合同，形成观测协同、预报精准、服务智能、管理科学的智慧航空气象业务服务体系，为通用机场提供气象观测，气象预报，气象设备检定、校准与维护，机场防雷检测等方面的精细化气象服务。在江苏扬州泰州机场，中小机场航空气象服务保障平台“爱美翼”在多次复杂天气过程中为航空气象辅助决策提供了支持。该平台采用智能网格预报、雷达三维产品、分类强对流临近预警等数据，结合机场终端区和进近区、机场和飞机航线定位数据，具备实况报警、雷达卫星、短时临近预报等功能，共集成了10余项适合机场运行保障的精准预报预警气象技术，正以“航空+气象”的高质量专业气象服务模式不断优化航空专业气象服务。

为探索推动航空气象数据融合，加强核心关键技术攻关和服务体系建设，民航院校也在不断加强航空气象科研能力建设。

在中国民航大学，民航气象技术研究所主要研究保障飞行安全的航空气象要素的探测方法、探测设备的关键技术以及气象数据的处理和显示等，为保障民航飞行安全贡献力量。中国民用航空飞行学院的中国气象局航空气象重点开放实验室则建有大气探测综合实验室、数值预报实验室、大气遥感技术实验室等，在高原（航空）气象、航路危险天气监视预警、机场终端短时临近预报等领域不断探索。

未来，航空气象服务不仅要感知自然界的气象要素，更要能感知各个节点用户的需求以及所运行的业务系统自身的状态。各类技术正不断融入航空气象观测、预报、服务的全过程。

大数据、人工智能技术在处理数量巨大、内涵丰富的高精度气象探测数据、数值预报产品以及航班运行信息时优势巨大，通过对数据的进一步挖掘应用，实现对飞行全过程气象要素的无缝隙预报和滚动更新，并对气象要素给航空运行带来的影响进行量化评估，提出航班流重构和航班改航建议。“云平台+终端应用”的结合可使空管、机场和航空公司及时共享航空气象信息，开展场景融入式智慧化预警服务，提升航空气象经济价值；通过高速地空数据链，飞机驾驶舱可获取更丰富的四维航空气象信息，飞行员将掌握更加翔实的航站、航路天气实况和预报预警信息，航班运行安全将得到更加有力的保障。

有了各项新技术的助力，面对极端天气，民航的应对将更加从容不迫，各项处置和运行服务保障也将更加游刃有余。（中国民航报 记者张人尹）

（本文刊载于中国民航报2024年5月22日5版）

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编辑|张 薇

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