低空气象网发展趋势、面临挑战及重点发展方向
思瀚产业研究院    2024-12-10

1. 发展趋势与面临挑战

传统气象网主要包括地面观测、气象卫星观测、气球探空观测和雷达观测等技术。地基观测技术是低空气象观测的基本手段，涵盖自动气象站、微波辐射计和测风塔等设施。激光雷达是利用激光束反射原理来探测大气中气溶胶、温湿度和风速等要素的设备。

气象雷达技术是低空飞行气象观测中的核心工具，能够识别和跟踪强降水、雷暴、冰雹等灾害性天气现象。气象卫星观测以高空的广域视角为低空飞行提供大气环境背景信息，尤其是云系覆盖、气溶胶分布、温湿廓线等。无人机观测技术通过无人机搭载多种气象传感器，可实时获取飞行路径中的气象数据，适合复杂气象条件和特殊区域的低空观测。

低空飞行气象观测网在满足各地区、各场景的多样化低空飞行需求上逐步形成了“高精度观测—智能数据服务—精准气象保障”的一体化模式。未来的低空气象网发展方向将着重于观测设备的标准化升级和智能化应用，通过优化观测技术和完善数据管理，推动低空气象观测网向高效、自动化方向发展。

为提高数据兼容性，建立统一的设备标准和数据采集流程，推动多部门的数据共享机制，以便观测数据能够为航空、环境监测、城市管理等多个领域提供实时支持。同时，人工智能和大数据分析将逐步应用于低空气象网，推动实时数据的自动分析、预测模型的构建和风险评估，使得灾害预警和响应更加高效、精准。智能化、协同化的观测系统将使低空气象网具备自主分析与决策能力，能够在极端天气发生前提前识别风险，为低空经济发展和公共安全提供更强的支撑

低空气象技术现阶段面临分辨率不够精细、缺乏低空层次观测数据和实时观测能力，难以满足低空飞行的需求。

一是气象观测站点间距较大，无法提供低空层关键要素的精确数据支持。

二是气象观测设备覆盖空间有限，尤其在复杂地形区域，未能有效观测低空气象状况。

三是观测网中各类设备的技术水平参差不齐，不同数据源的采集方式、数据格式和标准存在差异，数据一致性和质量控制面临困难，特别是多源数据融合和处理难度较大。

因此，低空飞行需要在升级传统观测网的基础上加设专用的气象观测系统，要实现全面、精细化的低空气象监测，亟需解决设备性能、技术规范和空间分布等问题，提高观测的空间和时间分辨率，确保数据的准确性和稳定性，以支撑更高要求的气象预报和低空飞行服务。

2. 重点布局方向

2024 年，中国气象局（CMA）在国家层面大力推动低空飞行气象观测网络布局，依靠其在全国的气象站点优势，扩展地面观测网络。低空气象网通过布设微波辐射计、激光雷达、声雷达等先进观测设备，加强对低空层的大气温湿结构、风场等要素的监测，进一步完善了低空气象观测站点分布，提高数据的空间分辨率，这些站点的建设大大增强了低空层的实时气象要素数据获取能力。如何将分布在不同地理位置的气象传感器和数据采集设备连接在一起，形成广泛覆盖的观测资源池，成为低空气象网重点布局方向。

重点布局方向 1：低空气象监测系统和实时感知技术加强

城市低空气象监测设备的建设，增加民航自动气象站的建设密度，对风向、风速、降水、能见度、气压、气温、湿度等气象要素开展近地面观测。布设天气雷达，通过雷达回波的捕获与分析实现对降水的大范围实时监测。

同时，为了更好地观测低空垂直风场状况，需要在飞行器起降平台附近建设垂直风场观测系统，相关监测技术包括：在大气边界层观测塔（约 300 米）或铁塔上安装垂直梯度风观测设备，实现低空大气边界层垂直风速和风向实时监测；建设S波段低空连续波测风雷达以实现20-1000米高度实时和连续高精细三维风场反演；部署激光测风雷达，实现垂直风廓线的精确观测；基于多部相控阵雷达联合观测数据反演大范围三维风场等。

另外，应加强建设气象感知通讯网：基于 5G 通讯和高速网络通讯网，对多源气象监测数据实时采集和汇聚，实时分发到气象监测、气象预报、飞行监管、运营服务等系统使用，实现对城市低空气象环境的实时动态感知。

重点布局方向 2：面向低空通航的灾害性天气预报预警技术

通过在机场或机巢等飞行器起降平台附近加强低空大气状态观测，实现对风速、风切变、降水、能见度、云底高度等气象变量的重点监测，并综合多源观测资料，构建气象监测预警模型，服务于飞行器起降研判决策。具体来说，气象监测预警模型需要实现对部分起降安全事故的成功规避，例如极端大风或强风切变出现时，对附近飞行器实施紧急飞行管控和避险引导。

其次，依据气象局权威发布的气象灾害预警信息，重点关注并分析台风、大风、暴雨、沙尘暴、雷电、冰雹、大雾、霾等严重影响低空通航的预警信号，一旦灾害性天气预警信号生效，需提前实施飞行管控，取消飞行计划，引导飞行器及时停飞降落。再次，基于气象数值模式输出气象预报数值产品，发展针对低空通航预报预警的数值天气预报解释应用技术，研发面向低空通航应用场景的灾害性天气预警预报、飞行器起降风险分级等算法模型。

此外，研发基于雷达回波的短时邻近降水预报系统，使用深度学习等前沿智能时空预测技术探索雷达回波外推规律，提升短时邻近（2小时以内）定量降水预报水平，提升暴雨预警预报水平。

重点布局方向 3：高分辨率区域气象数值模式和城市近地面大气边界层精细化数值模拟技术

基于区域气象数值模式，研发适用于特大城市群低空大气边界层的高分辨率数值模拟技术，实现对城市街区亚公里尺度（水平空间约500 米分辨率）和低空大气边界层（高度1000 米及以下，垂直分辨率约 50 米）的三维网格精细化模拟。发展低空气象多源观测资料同化技术，构建成熟稳定运行的气象数值预报系统，实现对低空大气边界层三维风场、降水、能见度等全气象要素网格预报，在可计算空域框架下为低空三维网格提供基础气象数据源。

重点布局方向 4：低空通用航空专业气象服务技术

应重视面向低空经济特定行业的气象服务技术的研发，丰富气象服务应用产品。建设气象数据物联互通的通讯系统，依托5G通讯、高速网络、多 MEC 骨干节点、现地边缘计算一体机设备、海量采集数据分布存储等基础设施，构建气象数据服务一张网。

加强研究低空飞行器气象导航技术，综合利用气象监测、气象数值预报系统、气象低空服务模型等数据资料，为飞行控制、调度优化、航线规划、防灾避险等功能提供支持。将气象数据和气象模型算法模块接入到低空飞行监管控制系统（如资源调度系统、飞行计划系统、政务飞行系统等）和低空运营服务平台，针对特定无人机应用服务场景提供个性化的气象服务功能。

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