試飛氣象保障能力現(xiàn)狀和展望

李芬

摘 要：本文介紹了試飛氣象與常規(guī)氣象保障科目的差異，特殊要求及重要性，并結(jié)合試飛氣象發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對試飛氣象的進(jìn)一步發(fā)展提出了展望。

關(guān)鍵詞：試飛氣象；數(shù)值模式

引言

試飛氣象相關(guān)科目是適航取證里重要的一環(huán)，在整個(gè)試飛活動(dòng)中起到了舉足輕重的作用。近幾年在民用客機(jī)研制任務(wù)的過程中，國內(nèi)試飛氣象也在不斷探索、重新認(rèn)知和力求掌控之中，隨著試飛適航審定工作的開展，試飛氣象對于試飛安全和試飛效率這兩個(gè)方面的重要作用也日漸凸顯。

在國內(nèi)，各級氣象局、民航空管的氣象中心，分別針對公眾氣象服務(wù)和民航的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行預(yù)報(bào)，試飛氣象對氣象要素的預(yù)報(bào)及關(guān)注點(diǎn)不同于氣象局、民航部門。以氣象局為核心的國家及地區(qū)氣象部門，主要面向政府決策及公眾服務(wù)，從事航空氣象工作的軍民航的專屬氣象服務(wù)保障機(jī)構(gòu)，其工作重心主要是提供機(jī)場氣象情報(bào)、服務(wù)航班和架次飛行。因此，試飛氣象如何為民機(jī)研制試飛工程提供盡可能最大化的技術(shù)支撐，促進(jìn)多學(xué)科領(lǐng)域的交叉，引起學(xué)術(shù)界對于試飛氣象研究深入關(guān)注，成為一項(xiàng)迫在眉睫亦影響深遠(yuǎn)的重要課題。

1 試飛氣象發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 試飛氣象要求

試飛是指航空器制造方通過設(shè)計(jì)和制造賦予、通過飛行驗(yàn)證來表明通過適航符合性驗(yàn)證的一項(xiàng)工作。民用飛機(jī)試飛中的氣象保障工作分為特殊天氣和常規(guī)氣象保障[1]，所有的試飛科目都是通過試飛工程師對試飛大綱的解讀，在民航當(dāng)局的審定下劃定的。特殊天氣科目是指要在特定的、對氣象條件有特殊要求的試飛科目，通常是一些“壞天氣”，例如大側(cè)風(fēng)、高溫高濕、高寒、自然結(jié)冰等，希望在極端天氣條件下驗(yàn)證飛機(jī)性能。常規(guī)氣象保障科目通常在一些“好天氣”下進(jìn)行的操穩(wěn)、發(fā)動(dòng)機(jī)、APU等試驗(yàn)，對氣象的要求是干擾要盡可能小，氣象工作人員的工作是尋找風(fēng)速較小、云量較少、沒有強(qiáng)對流天氣的天氣，幫助試飛團(tuán)隊(duì)在安全的前提下規(guī)避天氣風(fēng)險(xiǎn)，保證試驗(yàn)科目的正常試飛。常規(guī)天氣保障類似于一般民航運(yùn)行中的航空氣象服務(wù)，但運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)飛機(jī)所處的狀態(tài)差異化制定。

1.2氣象行業(yè)現(xiàn)狀

預(yù)報(bào)員都是借助數(shù)值天氣預(yù)報(bào)對未來天氣進(jìn)行分析預(yù)報(bào)。國際主流的數(shù)值天氣模式都是全球模式，包括歐洲中心的中期天氣模式、美國的GFS模式，以及中國的T639。基于對這些模式產(chǎn)品的分析，可以把握大尺度的天氣形勢、大范圍的降水落區(qū)。2016年中國氣象局自主研發(fā)的全球-區(qū)域通用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)GRAPES模式正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行，宣告了我國掌握了區(qū)域預(yù)報(bào)模式的技術(shù)，GRAPES-Meso可以實(shí)現(xiàn)3km水平分辨率的預(yù)報(bào)，時(shí)間分辨率為3小時(shí)。國內(nèi)各區(qū)域氣象中心、民航空管氣象中心基于WRF模式建立了自己的區(qū)域數(shù)值模式，基本可以實(shí)現(xiàn)3km的72小時(shí)較精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要包括少數(shù)幾個(gè)高度層的氣壓場、風(fēng)場、溫度場、濕度場。

1.3試飛氣象現(xiàn)狀

試飛氣象的要求不同于氣象局的公眾氣象服務(wù)和空管、航空公司的民航氣象服務(wù)。試飛氣象時(shí)間上要求有3天以上的提前量，空間要求上要定位到機(jī)場和空域。在試飛現(xiàn)場，氣象保障需要對風(fēng)、能見度、降水、雷暴等氣象要素精確預(yù)報(bào)到小時(shí)，對云底高度預(yù)報(bào)需要精確到幾百米。特殊氣象條件試飛科目需要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)相關(guān)要素的氣象條件，一方面要確保抓住極端天氣，另一方面還要保證安全性。

2 試飛氣象展望

2.1特殊氣象科目

根據(jù)不同特殊氣象科目試驗(yàn)的氣象要求，分別建立相應(yīng)的氣候到天氣尺度的模型。利用大氣溫濕層結(jié)資料，結(jié)合云微物理基本概念，建立綜合溫度、濕度、云頂溫度等要素的結(jié)冰潛勢模糊邏輯診斷方法，構(gòu)建適用于民機(jī)自然結(jié)冰試飛需求的結(jié)冰潛勢算法，滿足自然結(jié)冰試驗(yàn)需要。開展大風(fēng)氣候分布特征分析，開發(fā)機(jī)場風(fēng)速風(fēng)力降尺度預(yù)報(bào)產(chǎn)品，初步建立基于高分辨率數(shù)值模式的局地大風(fēng)預(yù)報(bào)模型，滿足大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)需求。

2.2 研發(fā)試飛氣象數(shù)值預(yù)報(bào)應(yīng)用技術(shù)

針對不同試飛需求，研發(fā)建立高分辨率的試飛航空專業(yè)數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)，針對低云、能見度、大風(fēng)、結(jié)冰、顛簸等航空高影響天氣，評估當(dāng)前模式對試飛氣象服務(wù)的支持能力，提高模式產(chǎn)品后處理水平。以加強(qiáng)區(qū)域試飛領(lǐng)域的數(shù)值預(yù)報(bào)能力為目標(biāo)，提高強(qiáng)對流、云、結(jié)冰、湍流等要素的預(yù)報(bào)方法及能力。

2.3建立試飛氣象數(shù)據(jù)集

機(jī)場觀測數(shù)據(jù)、飛行報(bào)告、試飛報(bào)告是開展試飛氣象保障和尋求目標(biāo)試飛機(jī)場的依據(jù)。針對不同試飛科目的需求，通過多種渠道，收集國內(nèi)外機(jī)場的觀測實(shí)況和報(bào)文數(shù)據(jù)，建立歷史資料機(jī)場氣象數(shù)據(jù)庫。在氣候統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，機(jī)場數(shù)據(jù)結(jié)合氣象部門數(shù)據(jù)開展大數(shù)據(jù)分析，完成各類試飛科目氣象報(bào)告，確定各試飛科目的建議試驗(yàn)機(jī)場、窗口期，并根據(jù)試飛要求變化，逐年更新。

3 對試飛氣象的啟示意義

3.1完善試飛氣象服務(wù)保障模式

試飛氣象服務(wù)有別于傳統(tǒng)的民航氣象服務(wù)和公眾氣象服務(wù)，對氣象條件具有嚴(yán)苛的要求。在總結(jié)前期試飛預(yù)報(bào)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)國外較為成熟的氣象保障模式，加強(qiáng)在氣候分析、預(yù)報(bào)服務(wù)、加密觀測、現(xiàn)場保障、氣象設(shè)備采購和支持、人員培訓(xùn)等方面提供全套的氣象服務(wù)解決方案，并提供具有較高專業(yè)程度的決策建議。

3.2 探索試飛氣象決策服務(wù)

基于影響預(yù)報(bào)的概念模型，結(jié)合集合預(yù)報(bào)應(yīng)用技術(shù)，建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣，針對試飛的需求，開展試飛天氣影響預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)試驗(yàn)，提供不同場景（最好、最差、中等天氣條件）的預(yù)報(bào)和可能性分析，供試飛機(jī)組決策參考。基本實(shí)現(xiàn)從基于現(xiàn)象的天氣預(yù)報(bào)向基于影響的預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變，從基于產(chǎn)品的參考服務(wù)向基于用戶決策的服務(wù)轉(zhuǎn)變。

3.3試飛氣象先進(jìn)性

試飛天氣的捕捉和驗(yàn)證往往需要多種地基、空基和天基等氣象探測設(shè)備的配合，尤其是對于空域氣象探測要求較高的自然結(jié)冰科目。因此需要利用多種氣象探測手段，如便攜式氣象設(shè)備、氣象車、氣象飛機(jī)、氣象雷達(dá)、機(jī)載設(shè)備及其他氣象遙感探測設(shè)備，對某一空域進(jìn)行定向式的高精準(zhǔn)氣象觀測。除此之外，數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展需要對大氣的多種探測資料的驗(yàn)證和支撐。利用試飛試驗(yàn)獲取的多源探測資料，尤其是空中探測資料，可以對數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行反饋，驗(yàn)證數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，不斷促進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式的改進(jìn)和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]何椿. 2016. 第56個(gè)世界氣象日，飛機(jī)和天氣有啥關(guān)系試飛就是要尋找特殊氣象. 大飛機(jī)報(bào). 2016年3月23日第002版.