威海气象局
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飞机观测:云端之上知天气
2016-12-13  浏览次数:2882

 在地基、空基、天基这三大领域中,气象观测的方法可谓复杂多样,通过地面气象站、雷达、探空火箭、探空气球、气象卫星等都能够获取相应的气象数据。大部分商用飞机也装有气象传感器和自动数据收集和处理系统,该系统可以把飞机在飞行中测得的气象数据自动传输到地面,从而完成飞机气象观测的主要过程。

  国家气象信息中心高级工程师姜滨认为,飞机气象观测的优势比较突出,在飞机爬升、巡航、下降阶段均可采集数据,且频次高、密度大,可弥补已有气象探测手段在获取大洋上空和高层大气数据方面的不足。而飞机观测资料的应用,也可以对提高航空天气预报和二次飞行计划的精准度起到积极作用。

  采集、传输与应用:飞机观测需三方协力

  在实现飞机气象观测的过程中,有三个十分重要的参与者,即航空公司、数据链接服务提供商(空中地面通信)和气象局(数据收集和提供应用)。

  在航空公司方面,飞机配备比较成熟的自动数据收集和处理系统,可采集风向、风速、温度、气压、风场等气象信息。例如利用民航飞机导航系统和空速系统计算飞机相对于地面的速度和空气相对于飞机的速度的矢量差可获得风场资料,通过铂电阻测温元件可获得气温资料。利用装载在云物理探测、人工影响天气作业专用飞机上的粒子测量系统及其他一些机载云物理探测仪器,可以在云中探测各种尺度的液态和固态粒子的特征尺度和谱分布。

  观测数据由机载总线传输至空地数据链数据传输组件,并进行数据打包,通过空地数据链向地面转发,这就是数据链接服务提供商起到的作用。姜滨表示,在不同的飞行阶段需要设置不同的观测数据采集间隔,采集若干点(一般为4个)后打包发送。

  气象局在获取传输过来的气象观测资料后,可开展大量的数据管理和分析,进行相关的监测预报。

  观测资料应用价值较高

  早在20世纪90年代中期,国际上就开展了飞机观测资料的同化应用研究,许多研究表明,飞机观测资料有助于提高数值天气预报的准确率。目前,国外许多气象业务部门已经实现飞机气象观测资料在业务数值模式系统中的实时同化应用,如欧洲中期天气预报中心、美国国家环境预报中心等,并取得正面效果。

  近年来,在国际民航组织和世界气象组织的全力推动下,航空器气象资料的采集、分发及应用工作在发达国家地区以及一些发展中国家全面铺开。

  我国关于飞机气象观测资料在数值预报中的应用研究工作始于2002年底,中国气象局与民航部门之间进行了民用航空器探测气象资料的采集传输试验,完成了资料的编解码工作,建立了资料接收平台。2003年5月,飞机气象观测资料开始并入国家气象中心实时数据库供数值预报室试验使用。自2004年10月1日起,我国飞机气象观测资料开始参加全球电信系统(GTS)交换。

  目前,我国航空公司97.6%以上的航空器已安装了气象资料自动传感器和空地数据传输设备,民航数据通信公司已在全国范围内的110多个机场建设了170多个地面站,用于接收飞机下传的气象观测资料。

  姜滨表示,目前我国的飞机观测资料主要集中在东部地区,西部偏少。总体来说,我国现在的飞机气象观测资料收集和传输稳定,资料质量稳定,具有较高的应用价值,已成为我国高空气象观测资料的重要组成部分。

  不仅服务于飞行 还能改善数值模式

  众所周知,飞行计划需要精确的天气预报,以便通过计算了解头部及尾部风和空气温度造成的燃料消耗。由于飞机大密度地在机场起飞降落,其所携带的传感器自动探测的气象观测资料已成为机场及其附近空域的实时探空资料。这些高密度的资料使得预报员能够连续监测机场及其周边地区的气象要素及其时空变化特点,进而捕捉到一些常规探空观测难于发现的中小尺度天气系统及其演变趋势,为准确制作临近和短时预报提供了准确的预报依据。

  目前,飞机观测资料可应用于确定锋区,监测和预报地面锋面、高空槽和低空切变线、低空急流和超低空急流、逆温层以及大气稳定度、单站上空各层温度平流、垂直低空风切变、高空风和地面大风、雾的生成和消散、冬季降水类型、飞机空中颠簸、特殊温度层高度,对航空天气预报起到极大的保障作用。

  姜滨表示,飞机观测的优点在于爬升、巡航、下降阶段均可采集数据,且频次高、密度大,缺点在于只在航线上有数据,且没有湿度数据。

  目前飞机获得的观测数据主要用于资料同化,飞机气象观测资料是快速更新同化系统中除雷达、地面站之外最重要的观测资料源。国家气象中心在全球和区域模式中同化飞机气象观测资料,同化试验表明,在数值模式中同化飞机气象观测资料有助于提高3至12小时短时临近天气预报的准确度。

  此外,飞机观测资料可以提高大尺度的短期和中期天气预报能力,提高海洋上空的高层风场预报,这种提高效果在探空资料稀疏的地区更明显。在模式同化分析过程中加入飞机观测气象资料,可以提高我国华南地区暴雨过程的降水区域和强度模拟能力。在大雾天气的数值模拟和分析过程中,飞机观测气象资料对气温场分析有显著影响。在全球范围增加飞机资料可使得急流的模拟效果更接近于观测的实际情况。此外,高层飞机资料还可应用于分析大西洋气旋结构和移动轨迹。

  (作者:吴婷 责任编辑:唐淼)