基于气象信息的飞行航路动态模拟和强对流天气监测预警

Airline flight safety and security is an important component of the aviation weather.Use the route spatial and temporal interpolation of high spatial and temporal resolution of aviation numerical prediction and numerical analysis products, a few hours before the plane takeoff automatically and quickly generate quantitative route weather profile. This profile express aircraft position and weather conditions change at the same time, include a variety of aviation hazardous weather information, and can be directly used for the dynamic simulation of the flight route weather conditions.1 to 2 hours before the plane takeoff until the end of the mission(landing of aircraft), the jointing use of the geostationary meteorological satellites and multi-weather radar observation data to identify, track severe convective weather(storm) near route which can affect flight safety.Under the guidance of historical changes of severe convective weather characteristics and numerical prediction products, make the warning of the location and strength trends of severe convective weather in future 2 hours. Dynamic simulation of route weather condition before the plane takeoff and the severe convective weather montoring/warning during aircraft cruise build the airline flight safety meteorological support together, and also can be directly used to route capacity control and make the flight plan to avoid around dangerous weather.

航线飞行安全保障是航空气象的一个重要组成部分。利用高时空分辨率的航空数值预报和数值分析产品的航路时空插值，在飞机起飞前数小时可自动快速形成飞机位置与天气状况同时变化的、包含多种航空危险天气信息的、定量化的航线天气剖面图，直接用于飞机航路天气状况的动态模拟。飞机起飞前1～2小时直到飞行任务结束（飞机降落）期间，联合使用静止气象卫星和多天气雷达监测/观测资料识别、追踪航线附近可影响飞行安全的强对流天气，并在强对流天气历史变化特征和数值预报产品的指导下，对强对流天气未来0～2小时的位置、强度变化趋势进行预警。飞机起飞前的航路天气状况动态模拟和巡航过程中的强对流天气监测预警共同构建起航线飞行安全气象保障，对区域航空管制的航路容量控制以及规划飞机避绕危险天气方案也有直接的指导作用。

1）项目背景：采用数值模拟和卫星遥感等数据，监测预警飞行航路附近的强对流天气，保障航空飞行安全。2）研究内容：基于数值天气预报形成的多维动态数据集，实现飞行航路的天气状况动态模拟，尤其是航空危险天气；基于卫星遥感数据，在提取若干强对流云观测特征的基础上，实现飞行航路附近的强对流天气监测预警。3）重要结果：采用时空反距离加权插值等方法，实现了飞行航路上多气象要素的自动提取，构建起时间动态航空气象剖面图，可指示飞行器飞行过程中可能遇到的航空危险天气；使用长时间序列的卫星云图，在提取若干红外观测量基础上统计分析了多红外观测指标之间的时间、空间和数值相关性。基于上述统计结果，指出了12.5和10.5微米两个大气窗区通道之间的亮温差在发展强对流云判识中的重要作用，并给出了强对流云发展过程中上述多红外指标的变化概念图，进而定义了一种新的云对流指数CCI。基于多项式展开的光流法，快速反演出空间连续的密集大气运动矢量AMV，并基于二维频次直方图统计结果的多几何特征提取给出了一种新的非密实云云高订正方法。综合使用CCI和AMV，实现了强对流云的判识和监测预警，并构建起可试验应用的气象航管信息综合分析平台。4）关键数据：发表科研论文6篇，其中5篇英文SCI，1篇国内核心；培养研究生3人（博士2人，硕士1人）；项目研究成果（综合分析平台）已经在沈阳、长春、哈尔滨、新疆、成都等机场以及民航中心等单位试用；5）科学意义：基于NWP数据实现了飞行航路的气象信息动态模拟；在卫星遥感资料多红外观测量相关性统计分析的基础上，定义了一种新的云对流指数CCI，使用光流法反演密集大气运动矢量AMV，组合使用CCI和AMV实现强对流云的监测预警。项目研究成果，尤其是卫星多红外观测量相关性的统计分析方法，对于新一代卫星观测资料的应用有指导意义。