人工智能在飞机颠簸预报中的应用进展及未来趋势展望

飞机颠簸对飞机运行安全及旅客舒适度具有很大危害,提高飞机颠簸的预报准确率对于减轻人员伤害和财产损失具有重要意义,且一直是航空气象研究的重点领域。随着观测手段的丰富和科学技术的进步,飞机颠簸预报也取得了长足发展。本文首先从定性预报和定量预报的角度对国内外飞机颠簸预报的主要方法,特别是人工智能(AI)方法在其中的最新应用进行了综述。在此基础上,归纳总结出AI用于飞机湍流预报存在的主要问题和未来的重点研究方向:1)飞机实况数据的开放共享以及多源湍流数据的融合构建问题;2)基于人工智能构建飞机颠簸预报模型的可解释性及物理机制问题;3)基于人工智能构建飞机颠簸的集合预报问题。最后,提出了气象领域未来第三代人工智能的发展思路。     

飞机颠簸的预报

从飞机动力学方程出发,得出了载荷系数变量方程。分析了产生颠簸的物理本质,讨论了颠簸强度与气象因子之间的关系避开了预报颠簸只注重天气形势而忽略其物理过程的常规预报方法,提出了预报飞机颠簸的几个适用可行的指标,可从进一步提高对颠簸的预报能力。     

飞机颠簸的气象条件分析

研究了产生飞机颠簸的天气形势和环境条件，在分析飞机颠簸预报指数和指标的基础上，揭示了产生飞机颠簸的气象条件，增强了飞机气象保障能力     

NWP在颠簸预报中的应用

颠簸是航空气上重要预告内容之一，历史上由于颠簸引起的飞行事故及征候占有一定的比例，颠簸预报也是气象预报的难点，颠簸对飞行的影响至关重要，轻则引起航行中的飞机摆动偏航，重则造成飞机解体，近年来随着太原机场卫星广播传真数值预报产品的使用，我们也在逐步尝试使用数值产品分析颠簸，使颠簸的预报有了明显提高。     

飞机颠簸的预报

从飞机动力学方程出发,得出了载荷系数变量方程.分析了产生颠簸的物理本质 ,讨论了颠簸强度与气象因子之间的关系避开了预报颠簸只注重天气形势而忽略其物理过程的常规预报方法,提出了预报飞机颠簸的几个适用可行的指标,可从进一步提高对颠簸的预报能力.     

榆林至包头航路一次晴空颠簸分析

飞机颠簸是飞机飞经大气中的湍流扰动层而有的现象,因此,颠簸的预报,首先是对大气中湍流扰动的预报。晴空湍流一般出现在６～１５ｋｍ高度,湍流区常有明显的边界,飞机一旦进入,往往突然产生颠簸,特别是产生强颠簸时,对于飞机结构、操纵飞机、仪表指示、旅客安全都...     

飞机颠簸的气象条件分析

研究了产生飞机颠簸的天气形势和环境条件,在分析飞机颠簸预报指数和指标的基础上,揭示了产生飞机颠簸的气象条件,增强了飞机气象保障能力.     

基于湍能耗散率的航空颠簸集成预报方法

为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，简称EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸（Clear Air Turbulence，简称CAT）和山地波（Mountain Wave Turbulence，简称MWT）的预报指数，在各预报指数和颠簸实况EDR的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验（ROC）表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。     

一次较强飞行颠簸的成因分析及对策

分析了一次导致飞行颠簸的天气过程 ,其结果表明 ,导致飞机出现较强颠簸的主要原因是低空急流及其垂直风切变 ,并提出利用小球测风资料可有效地短时预报飞行颠簸 ,有效地预报飞行颠簸事故的发生。     

一次较强飞行颠簸的成因分析及对策

分析了一次导致飞行颠簸的天气过程,其结果表明,导致飞机出现较强颠簸的主要原因是低空急流及其垂直风切变,并提出利用小球测风资料可有效地短时预报飞行颠簸,有效地预报飞行颠簸事故的发生.     

山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍

介绍了影响飞机增雨飞行安全的积冰、颠簸、对流等不利气象条件的指数计算方法,及其对应的积冰、颠簸、对流发生强度等级标准。利用中尺度数值预报系统输出的温度、相对湿度、风场、过冷水含量等模式预报结果,制作了相关指数预报产品,并在飞机增雨天气保障业务中进行了应用。以2005年5月16—17日飞机增雨作业过程为例,简要分析了积冰指数等预报产品在安全飞行气象保障中的应用情况。     

WAFS网格点数据对拉萨航路颠簸的预报检验

结合2014年2月10日和11日拉萨航路的13例飞机颠簸航空器空中报告,检验了世界区域预报系统(WAFS)风场对高空急流的预报能力,并对新增下发的晴空颠簸网格点数据的预报效果和业务化应用进行分析。结果表明:WAFS风场资料具有较高的预报能力,最大晴空颠簸预报比平均晴空颠簸预报具有更高的辨识能力,可选择4为阈值的最大晴空颠簸网格点数据绘制拉萨航路颠簸预报区域图,在业务应用中验证修订使用。      

拉萨航路一次颠簸过程的成因分析和数值模拟

颠簸是成都—拉萨航路影响飞行安全与正常的重要因素。本文分析了2009年10月23日发生在拉萨航路太昭航段的两例颠簸事件,并利用WRF模式进行了数值模拟预报。结果表明,这是一次典型的晴空颠簸过程,在高空急流区边缘,冷暖平流交汇的梯度带上,上升和下沉气流的转换区域内产生了飞机颠簸。分析WRF模式计算得到的L_P颠簸指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度,具有一定的预报指示意义。      

航线颠簸的数理分析及其预报

一、引言航空气象中的飞机颠簸是航空气象预报人员必须重视和研究的课题.飞机颠簸是飞机进入扰动的空气层中或大气湍流区飞行时,使飞机产生左右摇晃,前后冲激,上下投掷以及机身振颤等现象.如何有效准确地做好飞机颠簸的预报,世界各国的航空气象专家还在摸索和研究,我国也是如此.本文主要应用天气学、动力气象学、飞机动力学的理论来对颠簸进行分析.     

“2007.7.6”飞机颠簸事件数值模拟与成因分析

利用WRF模式模拟了2007年7月6日发生在菲律宾南部海域上空的一次民航飞机颠簸事件.结果表明,综合分析WRF模式计算得到的Ri和EI等预报指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度.飞机遭遇颠簸的区域是位于涡旋云系外围的螺旋云带的上空,飞机在飞越由重力波形成的螺旋云带时,在强烈的垂直上升和下沉气流的转换区域产生了急速的上抛和下降运动.     

民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

为确保民机阵风载荷测量试飞的质量和效率,规避风险,保障安全,解决“找风难”问题,从飞行员飞机颠簸报告入手,利用欧洲中期天气预报中心提供的ERA5全球大气再分析资料,基于10个预报效果较为理想的颠簸指数,通过加权集成算法给出了高空急流背景下的颠簸潜势综合指数。综合指数中单一指数的权重是通过发生颠簸的预报准确率PODY、未发生颠簸的预报准确率PODN、总体预报准确率PODA及TSS评分及中度以上颠簸所占面积fMOG五项评价指标共同确定的。同时评估了颠簸潜势综合指数性能对单一指数数量的敏感性以及对参与建模样本量的敏感性。结果表明:Dutton指数因预报得分φ达1.043,是这10个单一指数中总体预报效果最好的,Brown指数、L-P指数次之。由Dutton指数、Brown指数、L-P指数、TI1指数及风相关指数加权集成的综合指数,较好地集成了各单一指数的优点,各项指标均较为优秀,PODA达90%,TSS达0.80,fMOG达9.2%,预报得分φ达1.225,总体效果最好。随着单一指数数量的增加,综合指数的诊断效果先增大后减小,当单一指数增加到5个的时候,效果最优。随着参与建模的飞机颠簸样本量增加,综合指数性能逐步提升。该综合指数能较好地解决民机阵风载荷测量试飞潜在颠簸区域寻找的问题。      

飞机颠簸的预报

通过对经验预报、理查逊数（Ri）预报、载荷因数变量方程预报等3种颠簸预报方法的讨论，得出了不同的天气系统及环境、风的水平与垂直切变、大气层结、温度的水平与垂直梯工、温度的局地变化等多个气象因子与颠簸的关系，提出了一些预报颠簸的经验指标。     

飞行颠簸的一种客观预报技术

本文研究了飞行颠簸的一种客观预报技术。研究表明，大气中的垂直风切为、水平变形和辐合辐散对飞行颠簸的预报具有重要作用。揭示了飞行颠簸产生的物理基础，提高了飞行颠簸的预报水平，增强了飞行气象保障能力。     

一次高空槽过境引起的飞机颠簸系列事件分析

利用FNL再分析资料和卫星云图,对2015年1月11日至12日期间发生在中南管制区域的20次飞机颠簸事件进行分析,结果表明:(1)飞机颠簸事件是由高空槽过境引起,槽前有非常明显的高空急流,颠簸区域随着高空槽的东移而向东移动。(2)颠簸区垂直方向上主要发生在300hPa高度附近,水平方向上则位于急流轴的右侧风速切变的最大区域及不同风速的交界处。(3)此次系列颠簸事件多数发生在盾状卷云区,可结合卫星云图资料对颠簸区域进行识别和预报。     

华北地区晴空颠簸的分类特征及分析

以2005-008年发生在北京飞行管制区范围内的18例晴空颠簸为样本,在普查颠簸发生时天气形势的基础上,对造成华北地区晴空颠簸的天气形势进行分类,分为高空急流型、高空槽线型、切变线型和高空脊型.并结合卫星云图,归纳总结了每类晴空颠簸的特点和预报着眼点.通过对2006年1月2日发生在华北地区的一次飞机颠簸过程进行诊断分析,结果表明:在高空急流区边缘风切变较大及与高空急流相联系的等温线密集区边缘温度梯度较大的区域易产生颠簸.飞机颠簸的发生, 是温度平流通过在高空急流附近的等温线密集区边缘所激发出的垂直运动引起.