中国民航新一代航空气象系统建设构想

2008. 9 (Vol. 93)
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用航空运输体系， 一是显著提高航空运 ＮｅｘｔＧｅｎ 气象运行概念。 输系统的容量、 能力和效率， 使流量、 天 （一） ＮｅｘｔＧｅｎ气象运行概念 气等因素对飞行运行的影响大大减少， 美国总统布什于２００３年签署了 《世 以满足未来航空运输需求增长和运行方 纪航空再授权法案》 ，提出制定 “新一 式变化的需要；二是显著提高航空运输 代航空运输系统” 发展战略， 对其航空 系统的安全性， 使航空安全保障能力达 运输系统进行转型， 建立一个更加现代 到世界航空发达国家水平；三是显著提 化的新型的航空运输系统， 以满足未来 高航空运输服务能力和竞争力， 将使中 航空运输对安全、容量、灵活、效率以 外旅客享受到更为便捷、安全、舒适的 航空旅行，并赢得更广阔的市场。 根据国际民航组织（Ｉ Ｃ Ａ Ｏ ）的定 义， 航空气象服务的目标是为航空飞行 的安全、正常和效率作贡献。中国民航 新一代航空气象系统作为新一代民用航 空运输系统的一个重要组成部分和先行 部分，要实现“全面、系统地提高天气 观测和预报水平， 大大减少天气对飞行 的影响”的目标，可谓任重而道远。 及保安的需要。法案授权运输部、国土 安全部、商业部、国防部、白宫科学与 技术政策办公室、航空航天局、联邦航 空局等七大政府机构组成联合计划发展 办公室 （Ｊｏｉｎｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ＆ Ｄｅｖｅｌｏｐ－ ｍｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ — ＪＰＤＯ） ，会同企业、私 营业主、学术团体等，开展新一代航空 运输系统的研究、开发与建设。 ２００３ 年末，ＪＰＤＯ 组建了 Ｗｅａｔｈｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｔｅａｍ，简称 Ｗｘ ＩＰＴ，人员由 ＪＰＤＯ、赞助商、学术界、 研究机构、私营企业等 １５０ 名专家代表 组成。 ２００６ 年 ５ 月 ２３ 日，Ｗｘ ＩＰＴ 发表 了 １．０ 版本的气象运行概念（Ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ， 简称ＣｏｎＯｐｓ）， 该文件 所描述的气象运行概念竭力保持与 ＮｅｘｔＧｅｎ 的运行概念一致。 ＮｅｘｔＧｅｎ 期
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一、美国新一代航空运输系统 （ＮｅｘｔＧｅｎ） 气象运行概念以及空中交 通管理对气象功能的需求 无论何种体制和机制， 航空运输对 安全和技术的要求是一致的，因此，在 构建中国民航新一代航空气象系统过程 中，需要充分分析、研究、借鉴美国
特别关注： 民航空管新技术应用
望能够满足 ２ １ 世纪美国航空运输业的 需求， 特别是目前三倍运输量下航空服 务增长的需求， 由于天气能严重影响航 空器的运营和对用户的服务水平， 因此 运行决策中与天气有关的信息的收集、 处理、 传播和使用方式具有极为重要的 作用。气象支持 ＮｅｘｔＧｅｎ 运行的四个突 出概念是： （１） 政府授权唯一权威气象信息资 料源（４ＤＷｘ ＳＡＳ） ，所有决策基于同样 的气象信息 有助于所有决策者产生共同的天气 情景意识， 减少利益相关者潜在的竞争 带来的信息冲突。 唯一权威信息源的概 念是， 由不同预报模式制作的某一地理 区域的天气信息要处理或融合成唯一的 预报，形成易于理解的四维（４Ｄ）天气 的立体概念， 并且所有需要的用户都能 收到。其中包括天气信息的整合：收集 与处理；天气信息的传播：处在任何节 点，所获取的同类气象信息是一致的； 天气信息的使用方式：使所用用户具有 同样的天气情景意识；天气信息的更新 频率：适应天气的急剧变化，气象系统 功能能够捕捉天气的快速变化并迅速通 知（自动化对自动化）ＮｅｘｔＧｅｎ 的战略 和战术决策者。 （２） 气象服务贯穿于飞行决策的始 终， 气象信息从飞行前数周甚至数月开 始用于编制和分析所有飞行计划 气象服务要满足不同时间尺度的决 策系统的需要，飞行前的天、星期、月 甚至年， 飞行间隔管理—— ２０分钟或更 完全自动化。 气象产品在所有飞行领域 包括海洋和国际都是一致的， 航前和航 后运行的气象信息具有连续性。 ＮｅｘｔＧｅｎ 气象支持概念保持全球和谐， 并与 Ｉ Ｃ Ａ Ｏ 的指导方针一致。 （４）航空器的新角色 在 ＮｅｘｔＧｅｎ 中， 航空器也成为气象 信息的收集和传播的积极参与者， 将观 测到的信息传输到地基系统， 与其他气 象信息源整合在一起；在信息存取网络 上完全充当了一个节点， 除了下传信息 还可以传输信息给其他航空器；机载的 综合可视系统成为决策支持工具的组成 部分；先进的航空器性能，能够减轻天 气的影响， 在消除天气影响方面扮演重 要角色， 进一步降低天气对航空器安全 和空域使用的影响。 续的共同的天气情景并对所有 Ａ Ｔ Ｍ 决 策者开放。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、 中国民航新一代航空气象系统建 设的思考 为配合中国民航新一代航空运输体 系的建设，更充分发挥航空气象的作 用， 迫切需要加快新一代航空气象系统 的建设步伐。 民航气象部门通过广泛地 与国内外气象科研、业务部门合作，在 充分分析、 研究和借鉴美国新一代航空 运输系统中气象运行概念的基础上， 配 合中国民航新一代空中交通管理系统一 体化、高效率、无缝隙的建设理念，根 据中国国情设计与架构中国民航新一代 航空气象系统。 （一） 加强软科学研究， 确定系统 （二） 空中交通管理对气象功能的 架构 需求 气象事业有其固有的内在规律， 航 ２００７ 年 ７ 月， ＪＰＤＯ 组成气象功能 空气象概莫例外。气象服务是根本，预 需 求 研 究 组 致 力 于 功 能 需 求 研 究 。 警预报是核心，综合观测是基础，信息 ＪＰＤＯ 要求代表联邦航空局（ＦＡＡ ） 、国 与技术是保障。 建设新一代航空气象系 家海洋和大气局（ＮＯＡＡ） 、国家航天局 统，必须科学地遵循事业发展的规律， （Ｎ Ａ Ｓ Ａ）和国防部门（Ｄ Ｏ Ｄ）政府领导 做好发展战略和发展规划 等软科学研 的专家组成研究队伍（Ｓ Ｍ Ｅ ） Ｍ Ｅ 专 究，理清发展的总体思路，做好建设的 。Ｓ 家包括气象学家、 系统工程师和一位成 顶层设计。首先，在发展机遇面前要更 本 ／ 预算分析家、一位空中交通管制专 加清醒地认识发展中面临的主要问题： 家和几位飞行员。 随着我国民航运输业持续快速发展， 空 ２００８ 年 １ 月 １８ 日，气象功能需求 中交通管理部门、航空公司、机场等航 研究组发布了ＮｅｘｔＧｅｎ空中交通管理对 空气象用户无论从飞行安全， 还是从社 ４Ｄ 天气功能需求的 ０．１ 版本。ＮｅｘｔＧｅｎ 会效益和经济效益等角度， 都对民航气 的主要性能需求是直接把气象信息融合 象情报分发的及时性、 预警预报的准确 到决策过程中将极大改变国家航空系统 率、信息资源的集约化、气象产品的精 短，包括临近预报、短时预报、短期预 （ＮＡＳ）利用气象信息的方式，并帮助各 细化、 气象服务的决策辅助能力和集中 报、中长期预报、气候预测等。对系统 级领导者在各种天气形势下做出更好的 统一程度等方面提出了日益增长的需 能力有重大影响的天气预报可以用概率 决策。安全和有效的 ＮｅｘｔＧｅｎ 运行基于 求， 是民航气象系统现有业务格局所不 预报，用以评估决策风险。 气象功能在三个主要方面的提高： 能满足的， 任务繁重， 时间紧迫。 其次， （３）气象信息不再是独立的信息， （１） 对所有决策者和航空系统用户 要研究解决问题的主要方法：从体制机 将与自动化系统和人工决策程序相融合 提供共同的天气情景； 制的顺畅中求效率、 从资源的集约中求 来支持运行 （２） 气象信息直接集成融合到复杂 效能、从科学技术的支撑中求动能。要 改变目前气象信息不能很好地与自 的决策支持系统以帮助决策者； 充分了解研究中国民航新一代航空运输 动决策工具整合， 需要用户解释和人工 （３）利用互联网传输，实现对所有 系统对气象服务的需求，要以实现“全 整合的现状， 气象信息将与面向决策的 必要气象信息的灵活、有效访问。 面、系统地提高天气观测和预报水平， 自动化系统和人工决策程序相结合， 观 研究 Ｎ ｅ ｘ ｔ Ｇ ｅ ｎ 的空中交通管理人 大大减少天气对飞行的影响” 为服务目 测或预报的气象信息必须转换成与 员、航空企业代表、飞行员和气象专家 标，以“唯一权威气象信息资料源、气 ＮｅｘｔＧｅｎ 用户直接相关的信息，如偏航 已 经 确 定：网 络 四 维 气 象 资 料 （４ － Ｄ 象服务参与飞行全过程决策、 气象信息 的可能性等， 只需用户最低程度分发和 Ｗｘ Ｄａｔａ Ｃｕｂｅ）是保证准确气象信息 与决策工具的高度融合”为技术目标， 解释。随着自动化程度的日益成熟，一 能够结合到ＮｅｘｔＧｅｎ运行决策中的一个 完成新一代航空气象系统的框架研究， 些以人为主的决策要变成自动化支持或 最好选择，为运行决策提供无缝隙，连 为民航气象的发展打下坚实和科学的基
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特别关注： 民航空管新技术应用
础。 我国新一代航空气象系统与新一代 民 用 航 空运 输 系 统 中 其 他 组 成 部 分 一 样，是一项庞大的综合工程，应借鉴国 内外先进经验， 体现我国航空气象的最 高水平。同时，考虑到我国的航空气象 体制与美国的差异以及技术能力与美国 的较大差距， 应当充分结合我国的实际 情况， 架构适合中国国情的新一代航空 气象系统。可以参照美国的做法，调动 各方积极参与， 动员全社会的资源来研 究和架构新一代航空气象系统。 建立以 民航气象人员为主，聘请中国气象局、 中国科学院、 大学院校和科研院所的专 家，以及航空公司、管制部门等共同参 与的机制， 同时考虑邀请国外的气象专 家参与。 天气预报预警系统， 努力实现航空气象 服 务 产 品 从主观定性向客观定量的转 变，通过合作建设等方式，进一步提高 从机场终端区到航路飞行的航空气象预 报预警水平。 （３）气象资料综合平台 加强部门间的合作与资源共享， 建 立航空气象资料综合平台。同时，提高 航 空 气 象 信息的准确率和传输的及时 性 ， 加 强 并加速天气信息的整合与分 发， 建立 ４Ｄ 天气资料库， 供用户协同决 策使用。 （４）决策支持辅助系统 根 据 用户需求，开发流量管理工 具、 尾流预测工具等不同形式的决策支 持辅助系统， 实现运行决策系统与气象 资料的高度融合， 新工具将提供给决策 者以清晰的判断依据，为科学决策、飞 行安全、提高容量与效率做贡献。 性，向所有用户分发一致的天气信息， 如何构筑信息存取的流线性构架为政府 和用户减少运行和维护成本等。 （２）探测与预报手段的改进 研究灾害性天气监测新技术， 重点 是终端区立体空间天气探测， 包括探测 资料特征 （如， 空间和时间的分辨率、 资 料的滞后时间、 更新速率） ；加强数值天 气预报技术的研究，提供改进的方法， 迅速将新预警技术和新预报手段开发应 用到实际业务运行中。 （３）服务产品的改进 研究气象资料与运行决策系统高度 融合，开发决策辅助工具，实现决策辅 助，在决策风险认定方面提供帮助；开 发新的运行产品有助于地面和在驾驶舱 作出相同的决策；为空中交通管理系统 开发以概率预报为基础的气 象服务产 品。 （４）需求调查与评估 加强用户需求调查 （近期、 中期和长 期的决策支持系统所需气象服务） ；鉴别 政策、 程序和培训目标是否需要重新评估 和改变 根据新一代航空运输系统概念不 ； 断改进的需求， 研究确定气象信息系统性 能和未来气象信息系统计划。