会议实录:低空经济气象若干关键科学问题

2024-09-10 22:29

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近日,2024 低空经济发展大会在安徽芜湖成功举办并圆满落幕,在大会的分论坛 ——“低空气象(人工影响天气)服务与低空经济发展报告会” 上,我们有幸聆听了中国气象科学研究院二级研究员郭建平老师关于 “低空经济气象若干关键科学问题” 的精彩分享。低空新视界新媒体基于现场视频回放和录音,我们将其整理成文,以飨读者。


演讲人:郭建平(中国气象科学研究院二级研究院)

目次

1

低空经济的发展背景与基本概念

2

通用航空发展回顾及对低空经济的启示

3

低空气象特征及面临的挑战

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低空气象研究的探索与成果

5

低空气象的发展方向与工作方案

一、低空经济的发展背景与基本概念

发展背景

● 2021 年低空经济概念首次出现在国家文件(交通部综合立体交通规划网纲要)中。

● 2023 年习近平总书记在黑龙江提出新的生产力概念。

●   2024 年李强总理政府工作报告和三中全会都将低空经济作为新兴产业发展。

● 以深圳为例,早在四五年前就开始部署低空经济试点,2024年今年 3 月已有空中出租车、全球首条跨海跨城电动垂直起降航空器航线和低空物流航线。

●地方上,如安徽省出台加快培育发展低空经济实施方案及若干措施。

发展背景


低空经济主要依托三公里以下低空空域,以有人和无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引,带动相关产业融合发展的综合性经济形态。其中气象是支柱和底座产业,也是服务行业。其载体包括传统通用航空和热门的无人驾驶航空。





二、通用航空发展回顾及对低空经济的启示

※ 通用航空发展阶段及问题

自改革开放以来,中国通用航空经历了萌芽期到 2010 年进入产业链觉醒期,但当时并未真正 “飞起来”。


※ 与发达国家的对比及启示

  • 结构性差异:中国与美国在通用航空机场数量、运力、用途及对经济的支撑作用上存在结构性差异。中国通用航空机场约 450 个,美国约 5200 个;中国通用航空运力小,用途多集中在飞行培训,对经济运输方面贡献较少。


  • 航空科技水平:飞机制造的气动、发动机、航电系统等关键技术难以弯道超车,是制约低空经济动能的痛点问题。但在无人机制造领域,全球前十大企业中有七家是中国企业,成为新赛道和新引擎。


  • 产业技术数据:2023 年低空经济运营数据显示,无人驾驶相关经济形态在航空技术经营企业数、飞行员总飞行时数等方面占比达 90% 以上,全球无人机助力经济发展态势明显。

三、低空气象特征及面临的挑战

※ 低空气象特征

低空(三公里以下)气象要素变化剧烈,包括边缘层的湍流、云覆盖时的复杂变化、城市下垫面和复杂地形导致的机械摩擦产生的湍流(如背风坡的涡旋)等。


※ 气象监测预警挑战

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事故原因分析

气象条件是导致低空飞行安全事故的主要原因之一,如伊朗总统飞机事故、科比飞机事故等。中国因气象因素导致的小飞机事故占比约 63%,美国约 29%,这显示中国在气象科技方面与发达国家存在差距。

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具体气象因素

不利气象条件包括风切变、雷暴、降水等,目前对这些因素的观测产品存在欠缺,如对不同距离塔流的观测产品缺失。

3

无人机气象要素总结

目前无人机气象要素总结不专业,多为常规气象要素,缺乏对低空特殊气象条件(如低云、低能见度、湍流等)的专业总结。

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预警能力不足

以 530 风标线过程为例,现有预警能力在分钟级降水和百米级天气变化时失效,无法提前预警,而未来放开空域后,低空飞行面临更大风险。

5

观测难点与大国竞争

全球低空观测难度大,尤其是风廓线和湿度廓线的观测,欧美与中国在这一领域竞相争夺前沿阵地。中国在卫星观测一公里以下低空方面数据较少,约占 8% 左右,但中国有全球最密的地基遥感观测系统。

四、低空气象研究的探索与成果




观测手段探索

● 传统与新型观测手段结合:传统动力观测在 300 米以下,编程顶在一公里以上,而云的对流发展在编程线以上,导致现有观测手段难以全面监测气象变化。目前一代观测手段是静止卫星加上天气雷达,但无法给出云底高度等关键信息。


● 关键一环缺失:从晴空到有云的发展过程中,最缺的是有云覆盖条件下的观测,这是制约预警能力的卡点问题。


● 团队观测成果:团队收集了 240 多万个气球进行秒级探空,拥有全球最稠密的大气垂直观测网,包括分割线、云雷达等,有源雷达有 110 多台。这些观测手段对研究低空气象变化提供了数据支持。




研究成果及应用

● 全编程低空演变机制:通过遥感观测(微波,非激光测风),发现高原地区不同地表环境(如干旱裸地和森林覆盖区)的湍流强度不同;在台湾海峡的观测中,看到了风的变化对湍流的影响,以及地形起伏与湍流强度的关系,为物质交换提供了观测证据。


● 非均匀性下跌案例分析:通过雷达的同志观测,直观展示了风从北到南变化过程中,城市方向来风使湍流逐渐增强的过程。


● 云体相关研究:利用多种观测手段,研究了云底高度与降水的关系。例如,降水前云底高度的变化对飞行器安全至关重要,通过云雷达、静止卫星等手段,可以观测到云底高度在降水前的快速变化,以及云体的垂直结构。这对飞行路线规划和短期预报有帮助。


● 低空风切变和雷暴大风研究:利用全国秒级探空与分辨率数据,发现白天和晚上地转、湍流的变化对天气的影响;在雷暴大风研究中,发现从无到有、从三十分钟开始风的旋转变化规律,这些观测经验对发展 AI 预测模型有帮助。

五、低空气象的发展方向与工作方案

  • 发展方向

最终目的是面向低空气象发展中国自己的数字模式,目前低空与气象的融合不够,传统观测在城市下垫面的低空区域存在盲区,需要进行融合性监测网布局、模式发展、丰富产品种类、优化参数化方案、加强对流观测等工作。


  • 工作方案

中国项目已部署低空经济创新发展工作方案,团队在牵头围绕低空气象理论监测预报服务和应用示范这条主线开展工作,并欢迎各界领导专家提建议。


以上是中国气象科学研究院二级研究员郭建平老师分享的内容。若存在错误之处,欢迎添加我们的小助手进行指正。


后续,低空新视界将结合视频与录音,把更多嘉宾的优质分享整理成文字,以供业内人士学习交流。欢迎大家关注我们的公众号,以便及时获取文章信息。

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