国际航空气象预报的发展趋势

第31卷第4期

2009年8月

广 东 气 象

Guangdong M eteorology

V o.l 31 N o .4

A ugust 2009

收稿日期:2009-04-09

作者简介:胡家美(1964年生),女,高级工程师,硕士,从事航空气象预报管理工作。

do:i 10.3969/.j is sn .1007-6190.2009.04.004

国际航空气象预报的发展趋势

胡家美,李萍

(民航中南地区空中交通管理局气象中心,广东广州 510800)

摘 要:结合国际上最新的航空气象预报产品或项目,介绍了美国、加拿大及欧洲在航空气象预报

方面的最新进展和未来的发展趋势。综合来看,未来航空气象预报将更多地基于网络技术,逐渐走向半自动化和自动化;将更多地使用概率预报;形式也将更加多样化,图形格式的预报产品将有越来越大的比率。在航空用户业务系统中,预报产品最终将成为集成的决策辅助工具;在协同决策中的所有参与者使用统一的预报产品;针对不同的航空用户提供不同的预报产品将是未来气象服务的一个主要方向。 关键词:航空气象;预报产品;美欧

中图分类号:P45 文献标识码:B 文章编号:1007-6190(2009)04-0011-04

根据国际民航事故报告,在世界航空业务中,死亡人数事故率总的趋势在减少,但因气象原因造成的飞行事故却有增无减,目前已上升到占总事故的近1/3。据统计,接近70%的航班延误是因天气造成的,每年因天气引起航班延误造成的损失高达数10亿美元,其中有相当部分的损失,只要正确掌握运用气象条件是可以避免的。根据国际民航组织的规定,目前航空气象预报包括航站预报和航路预报。其中航站预报主要包括TAF (终端机场预报)、TR E N D (趋势型着陆预报)、机场警报、风切变警报;航路预报主要包括SI GM ET (高空重要气象情报)、A I RM ET (低空重要气象情报)、GAM ET (区域预报)、航路高空风温预告图、航路重要天气预告图。这些航空气象预报主要以数字字符电码和文本格式为主,其中飞行文件虽是图表格式,但是静态预报。

随着航空工业的迅猛发展,航空用户要求更充分、更有效地使用空域资源,因而对航空气象服务的要求不断提高;而在全球气候变暖的大背景下,极端天气气候事件,特别是严重影响飞行安全的危险天气频繁发生、强度增强,也对航空气象服务提出了更新更高的要求。同时,现代电子信息技术的发展,为航空气象预报由传统的数字字符型转变为图表型、智能型的决策工具创造了条件。凡此种种,使得国际上航空用户对气象预报的需求已由单纯的气象产品向决策工具转变。因此,以图形显示,并与用户业务系统集成处理,以及自动生成决策依据,将成为未来航空气象预报发展的趋势。近年来,很多航空气象领域的专家学者介绍了一些国家的航空气象发展情况[1-5],对我国航空气象的前景进行了思考和规划[6-8],各国航空气象发展的主要目标越来越集中在加快航空气象现代化系统的建设、改善传统航空气象保障办法、提供符合用户需要的资料,以及航空公司与航空气象紧密协作开创双赢新局面等。在充分分析、研究发达国家的航空气象运行概念的同时,我国也有了自己的中国民航新

一代航空气象系统建设构想[9]。本文主要介绍欧美发达国家一些先进的航空气象预报产品,希望能为我国航空

气象预报的发展提供一定的借鉴。

1 美国航空气象预报产品

美国共有19815个机场,包括542个民用机场和其他军用机场及通航机场,其中599个是能满足9座以上飞机使用的商用机场;拥有193820架航空器,60万人拥有飞行驾照;每时刻美国上空大约有7000架飞机在飞行。可以说美国拥有世界上最大、最繁忙、最拥挤的空域。

美国联邦航空管理局(FAA )的4级管制单位包括1个全国流量管理中心、21个航路管制中心、170个终端管制中心和748个塔台。美国各级空中交通管制部门所使用的气象预报产品包括:全国流量管理中心使用的气象预报产品为CCFP ;航路管制中心使用的气象预报产品为C I W S ;终端管制中心使用TDA;塔台使用I TW S 。以下分别介绍这些产品的特点。

1)CCFP 。

CCFP (Collaborati ve Convective F orecast P roduct ,对流协同预报产品),是一种战略性产品。CCFP 由美国航空气象中心、航路管制中心气象部门、航空公司气象部门以及加拿大气象中心等单位,在对流季节3月1日~10月31日联合发布,世界时标准时间04:00~08:00,夏令时03:00~07:00,每天发布11次。有效时间为2~6h 。该产品的主要用户为全国流量管理中心、航路管制中心及航空公司。

制作CCFP 预报产品主要借助新一代天气雷达的联网资料,结合模式预报和预报员的经验,以图形方式发布未来2、4、6h 预期会出现的对流天气。在预报产品发布前,由航空气象中心主持进行30m i n 的天气会商后做出预报结论。制作CCFP 的最低标准:对流范围\3000k m 2;覆盖率\25%且回波综合反射率\40dB z ;覆盖率

\25%且回波顶高达FL250(飞行高度25000ft ;1ft(英尺)=013048m ,下同)或以上;置信度\25%。

用户可以通过互联网得到该产品(图1左)。图1左中的参数TO PS 为回波顶高,即在任何一个对流区域,覆盖率>25%的对流最大回波顶高。回波顶高分为3个层次:FL250-FL310(飞行高度25000~31000ft)、FL 310-FL370(飞行高度31000~37000ft)以及>FL 370(飞行高度37000ft)。GWTH 为回波平均生长率,表示对流

云的增长情况,分4个等级描述:负增长(即处于衰减过程)用/-0表示,不变用/N C 0表示,中度增长用/+0表示,快速迅猛增长用/++0表示。CONF 为置信度,表示预报员对于符合CCFP 最低标准的对流天气在指定时间发生在预报范围内的信心程度。它只是用概率来表示预报员的个人信心,不是对流发生的概率。CVRG 为对流覆盖率,分为3个等级:LOW 、M ED I UM 和H IGH 分别表

示对流云充满天空的程度。

图1 美国航空气象预报产品图例(左:CCEP;右:C I W S 与RAPT 结合)

需要指出的是:CCFP 不是对所有的对流活动进行预

报,它所预报的区域不是/禁飞0区域,并且它无法提供0~2h 的临近预报。此外,CCFP 不发布修订报。

2)C I W S 。CI W S(Co rr i dor Integ rated W ea t her Syste m,空中走廊综合天气系统),主要用户是航路管制中心和终端管制中心。CI W S 提供0~2h 的临近预报,是一种战术性产品,2h 更新一次,目的是通过提前自动预报出雷暴的移动、发展和消亡来为航路和终端交通流量管理服务,使航路管制员可以更好地利用空域提高效率,减少延误。预报时段为15~120m i n 。C I W S 产品包括空气柱水汽含量预报和回波顶高预报(图略)。它使用全自动预报,夏季对流季节30m i n 内预报准确率>60%,冬季降水30m i n 预报准确率为90%。对大范围稳定发展变化的系统预报准确性很好,但在预报对流的发生,特别是突发性对流的准确率较低。

CI W S 产品的资料主要来源于终端和航路天气雷达探测站。包括:(a)A SR -9(一次监控雷达)每30s 更新1次图像,可以迅速地探测到正在发展的雷暴单体;(b)下一代天气雷达和加拿大雷达可以提供雷暴的三维结构以及雷暴边界风的情况;(c)闪电定位仪和静止卫星云图资料也可以和雷达资料综合在一起;(d)TD W R (机场终端多普勒气象雷达,计划中)。

2003~2005年夏季雷暴季节,CI W S 在纽约、芝加哥、波士顿、华盛顿等航路管制中心示范使用,结果表明CI -W S 能帮助航空器规避严重对流天气,包括为规避不利天气而提前做出变更、关闭航路的决定,以及在空中交通流量管理决策中提高安全性。除了减少空中交通延误,该系统还能帮助航路管制中心更有效地设计、调整和执行降低对流天气影响的飞行计划。依据C I W S 产品设计出

的计划使航路扇区容量更大程度地优化,而空中交通的

复杂性则降到最低。

在纽约终端管制中心,CI W S 与RA PT (R oute A va ila -bility P lann i ng T oo,l 航路可用性计划工具)结合(图1右)成为一个管制决策工具,大大提高了强对流天气时的航班离场率,并提高了纽约终端区域的航路引导能力。图1右上半部分表示起飞航路与危险天气预报动画的结合,彩色数字对应着未来该航线的起飞架次;下半部分表示起飞路线状况及时刻表,时刻表显示该航路受天气影响的时间及程度。其中,红色表示完全关闭,如E W R ~J 80、J6及J75这3条航路23:20~00:00的40m i n 内完全关闭;黄色表示受影响,深绿色表示部分航路可用,淡绿色表示航路完全可用。图中的点线表示由于回波顶高降低,起飞状况告警程度降低。

CI W S 也支持美国下一代航行系统(N EXT -GEN )中的S W I M (Syste m W i de Info r ma ti on M anagem ent),并可作为它的实验工具。美国联邦航空局正致力于改进CI W S 的对流生成预报,并在地理区域上扩大覆盖到全美大陆。

3)TDA S 。TDAS(T acti ca l D ec i s i on A i ds System,战术性决策支持系统),以一系列的状态条来标示某个特定的天气参数是否落在预先设定的阈值范围内[9]。其主要用户是终端管制中心和塔台。这种技术使决策者无须详细分析天气资料就能很快知道执行某个飞行操作是否安全。美国国家气象局从2003年开始给FAA 中/空中交通管理单位(T M U )0提供这种图形产品。

TDA 包括3种:终端TDA 、跑道侧风TDA 和决定枢纽机场周围进(离)港入(出)口容量的TDA (图略)。用颜色编码描绘飞行类别来显示天气状况,通过图形可以直观地看出影响机场运作的天气要素。跑道侧风TDA

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