AMDAR數(shù)據(jù)在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中的影響評估

呂文忠 蔡秀華 孫京利

（1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2 中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；3 北京玖天氣象科技有限公司，北京 100081）

0 引言

低成本、自動化的飛機(jī)觀測，現(xiàn)在已經(jīng)是繼地面觀測站和衛(wèi)星之后的第三大氣象數(shù)據(jù)來源。常規(guī)高空觀測雖然歷史長，資料質(zhì)量穩(wěn)定，但局限于固定臺站固定時(shí)次，其資料時(shí)空分辨率有限[1]。飛機(jī)氣象觀測在飛機(jī)航線上具有采樣頻率高、探測層次密集[2]等特點(diǎn)，對常規(guī)高空氣象觀測具有重要補(bǔ)充作用。飛機(jī)觀測主要集中在急流高度附近，對于確定很多天氣系統(tǒng)的驅(qū)動力或者說動能來源尤其有效。飛機(jī)觀測數(shù)據(jù)不僅能對常規(guī)高空數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，還提供了在水平和垂直方向其他設(shè)備很難觀測到的氣象要素。航空器氣象數(shù)據(jù)中繼（AMDAR）資料可以在天氣預(yù)報(bào)和航線氣象服務(wù)中用于一些極端天氣現(xiàn)象的預(yù)警[3]。高時(shí)空分辨率的飛機(jī)氣象資料是天氣預(yù)報(bào)重要的資料源之一，可為機(jī)場終端區(qū)的強(qiáng)對流天氣短臨預(yù)報(bào)提供高時(shí)間密度的垂直探測信息[4]?？山Y(jié)合衛(wèi)星資料用于研究淺層積云的分布和動力學(xué)特征[5]。利用飛機(jī)和風(fēng)廓線雷達(dá)觀測資料可以分析低層大氣的風(fēng)場結(jié)構(gòu)[6]。AMDAR資料可以提高大尺度的短期和中期天氣預(yù)報(bào)能力[7]，提高海洋上空的高層風(fēng)場預(yù)報(bào)，這種提高效果在探空資料稀疏的地區(qū)更明顯。在大霧天氣的數(shù)值模擬和分析過程中，AMDAR資料對氣溫場分析有顯著影響[8]。由于飛機(jī)觀測資料時(shí)空密度較大，AMDAR資料可以彌補(bǔ)現(xiàn)有常規(guī)探空資料在時(shí)空分布上的不足，是目前氣象行業(yè)發(fā)展垂直觀測業(yè)務(wù)的重要研究內(nèi)容。通過世界氣象組織（WMO）的AMDAR計(jì)劃，各國的飛機(jī)觀測氣象資料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全球交換。本文回顧了AMDAR業(yè)務(wù)的發(fā)展歷史，介紹并研判AMDAR資料在數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，希望對相關(guān)部門提供一定的參考價(jià)值。

1 飛機(jī)自動化觀測的發(fā)展歷程

利用飛機(jī)進(jìn)行氣象觀測始于20世紀(jì)30年代，最初是手動記錄觀測數(shù)據(jù)，由于在轉(zhuǎn)錄和遠(yuǎn)程通訊中易出錯(cuò)及飛機(jī)的位置和地球風(fēng)速不準(zhǔn)確，觀測數(shù)據(jù)的參考價(jià)值不大。首次自動記錄觀測數(shù)據(jù)是1974年在“全球大氣研究計(jì)劃”（GARP）的“大西洋熱帶試驗(yàn)”項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)觀測數(shù)據(jù)被保存在飛機(jī)的記錄系統(tǒng)里，而實(shí)時(shí)傳輸觀測數(shù)據(jù)則是從1978—1979年進(jìn)行的“GARP第一次全球試驗(yàn)”（FGGE）開始的。飛機(jī)觀測數(shù)據(jù)最初僅用于科研上，但隨著其量與質(zhì)的迅速提升，應(yīng)用范圍也大大拓展。飛機(jī)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量提升的關(guān)鍵是應(yīng)用了精準(zhǔn)長距離導(dǎo)航系統(tǒng)（Loran）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），它們可提供準(zhǔn)確的飛機(jī)位置及相關(guān)地球風(fēng)速[9]。

FGGE之后，“飛機(jī)至衛(wèi)星數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)”（ASDAR）項(xiàng)目的專用觀測設(shè)備被安裝在了商用飛機(jī)上，至此飛機(jī)觀測和數(shù)據(jù)傳輸全部實(shí)現(xiàn)了自動化。在隨后的20年里，隸屬8個(gè)航空公司的20架安裝了ASDAR的飛機(jī)源源不斷地提供觀測數(shù)據(jù)報(bào)告，這些報(bào)告證明了高質(zhì)量的風(fēng)速和溫度觀測數(shù)據(jù)可以利用商用飛機(jī)上獲取，特別是在可以影響氣旋生成和風(fēng)暴進(jìn)化的急流附近的高動能地區(qū)。

20世紀(jì)80年代，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）模式對北半球短期高空風(fēng)速預(yù)測的誤差在9～10 m/s（均方根風(fēng)速向量誤差），這些誤差增加了航空公司的運(yùn)營成本。聯(lián)邦航空管理局（FAA）為此設(shè)立了 “航空天氣預(yù)報(bào)工作隊(duì)”項(xiàng)目，以提高全球區(qū)域預(yù)報(bào)中心（WAFCs）和美國氣象局（NWS）應(yīng)用NWP模式預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。相應(yīng)地，5家美國航空公司允許WAFCs實(shí)時(shí)獲取和使用它們的飛機(jī)觀測報(bào)告。之后的20年里，全球范圍內(nèi)風(fēng)速預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性得到明顯提高，其中北半球的風(fēng)速誤差下降了約40%，從10 m/s下降到了6 m/s。更重要的是，在急流附近（風(fēng)速大于40 m/s的地區(qū)），風(fēng)速誤差從大于13 m/s降至小于8 m/s，減少了約45%的誤差，從而使飛機(jī)更為有效地避開意外強(qiáng)順風(fēng)或強(qiáng)逆風(fēng)，航空公司的運(yùn)營效率和燃油使用率因此得到顯著提高。

從20世紀(jì)90年代末開始，AMDAR項(xiàng)目擴(kuò)展到了全球10多個(gè)國家的39家航空公司的超過3500架飛機(jī)上，每天提供超過680000個(gè)風(fēng)速和溫度觀測報(bào)告。其中數(shù)據(jù)覆蓋密度最大的地區(qū)是北美和歐洲空中交通繁忙的地區(qū)。海洋觀測則局限于跨洋航線覆蓋的高對流層地區(qū)。根據(jù)WMO協(xié)議，AMDAR報(bào)告由NCEP進(jìn)行監(jiān)測。

近年來，AMDAR 資料在全球范圍內(nèi)都得到大力普及，包括一些發(fā)展中國家。許多研究[10-14]表明，在AMDAR 資料的輔助下，飛機(jī)氣象觀測所具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢使其成為天氣分析以及數(shù)值預(yù)報(bào)中非常重要的資料。

2 AMDAR氣象要素觀測特點(diǎn)

目前的常規(guī)觀測系統(tǒng)中對于高空的探測主要依賴于每日兩次的探空氣球觀測（個(gè)別區(qū)域站或汛期時(shí)次數(shù)有適當(dāng)增加），缺點(diǎn)是時(shí)間間隔過長，而風(fēng)廓線、微波輻射計(jì)等新型儀器探測高度相對較低，準(zhǔn)確性也還不能得到很好的保證[15]。相對于氣球探空觀測、雷達(dá)遙感觀測等高空氣象觀測，飛機(jī)觀測有其獨(dú)特的氣象觀測特點(diǎn)，飛機(jī)氣象觀測的主要目標(biāo)是探測高空大氣狀況及氣象要素分布，垂直分辨率相對較高[6]，AMDAR 資料可按高度進(jìn)行細(xì)化：＜1000 m、7000～8000 m、8000～9000 m和10000～11000 m。6000 m以下的AMDAR 資料可用來監(jiān)測、采集和分析機(jī)場上空對流層及中下層的大氣垂直結(jié)構(gòu)；6000 m以上高度的AMDAR 資料可體現(xiàn)飛行器飛行路線中對流層上層大氣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。AMDAR 資料水平分辨率為百米量級，時(shí)間分辨為幾秒至幾十秒，高于常規(guī)觀測資料的分辨率[16]；探測高度可達(dá)100～200 hPa。飛機(jī)氣象觀測的項(xiàng)目一般包括：飛機(jī)位置和時(shí)間、經(jīng)緯度、氣壓高度、溫度、濕度、水平風(fēng)矢量、垂直陣風(fēng)、湍渦擴(kuò)散率等。Moninger等[16]指出民用飛機(jī)觀測還包括：高空風(fēng)速、露點(diǎn)溫度、結(jié)冰和湍流；有時(shí)還包括大氣的水汽資料、飛機(jī)顛簸和積冰[17]。飛機(jī)探測資料配合其他氣象資料可以連續(xù)和有效地監(jiān)視機(jī)場及其附近區(qū)域的天氣演變趨勢，捕捉到一些常規(guī)資料難以發(fā)現(xiàn)的中小尺度天氣系統(tǒng)，有助于極端天氣的預(yù)警，如低空風(fēng)速切變現(xiàn)象。因?yàn)轱w機(jī)起飛和降落期間的氣象觀測相當(dāng)于探空，觀測結(jié)果具有較高的時(shí)空分辨率，經(jīng)過質(zhì)量控制后的飛機(jī)觀測數(shù)據(jù)可以是常規(guī)探測數(shù)據(jù)很好的補(bǔ)充。

3 AMDAR觀測的質(zhì)量評估和偏差糾正

為提高NWP的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，全球各NWP中心必須對所有進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和質(zhì)量控制（QC）。為保證錯(cuò)誤的AMDAR數(shù)據(jù)不被放入數(shù)據(jù)同化（DA）系統(tǒng)，所有飛機(jī)觀測報(bào)告會經(jīng)常被更新并傳輸?shù)狡渌腘WP中心進(jìn)行交叉比對，消除因機(jī)載設(shè)備和通信系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。

AMDAR數(shù)據(jù)通常只有很小的系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差會隨著季節(jié)和不同的飛機(jī)型號而波動。歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）采用了Isaksen等[18]2012年設(shè)計(jì)的糾正系統(tǒng)誤差的方案，明顯提高了對流層頂和平流層溫度分析的水平及與衛(wèi)星測量的契合度。其他NWP中心也計(jì)劃實(shí)施類似的誤差糾正方案。

4 AMDAR觀測對短時(shí)區(qū)域預(yù)報(bào)的影響

第一個(gè)短時(shí)區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)（NWP）模型是由NOAA的地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室（ESRL）研發(fā)，并在NCEP以小時(shí)為單位運(yùn)行。為考察AMDAR數(shù)據(jù)對短時(shí)地區(qū)預(yù)報(bào)的影響，Benjamin等[19]對比了一個(gè)80 km分辨率的快速更新循環(huán)（Rapid Update Cycle，RUC）預(yù)報(bào)模式中的MDCRS數(shù)據(jù)和由NWS操作的嵌套網(wǎng)格模型（NGM）依賴于探空觀測（探空）信息的一天兩次的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，連續(xù)的飛機(jī)數(shù)據(jù)使得250 hPa的風(fēng)速預(yù)報(bào)誤差減少了約10%。

2000年，Schwartz等[20]分析了模型分辨率和物理環(huán)境對MDCRS觀測的效用影響。通過比較一個(gè)60 km分辨率的RUC與一個(gè)40 km分辨率的RUC-2發(fā)現(xiàn)：RUC-2包括了更復(fù)雜的地表物理環(huán)境、地形狀況、更高的垂直分辨率。結(jié)果是：RUC-2在所有長、中時(shí)預(yù)測都有更好的表現(xiàn)，最大的差別體現(xiàn)于短時(shí)預(yù)測。在300 hPa以上、700 hPa以下的提高主要是由于更高的垂直分辨率以及更好的邊界層參數(shù)，然而在中等高度，由于當(dāng)時(shí)上升和下降階段資料的缺失，并沒有很好的提高。

在認(rèn)識到飛機(jī)上升和下降階段數(shù)據(jù)的重要性后，NWS和FAA在20世紀(jì)90年代末期一起與一些美國航空公司合作，增加了觀測頻率。Petersen[21]用當(dāng)時(shí)20 km分辨率的RUC對這些高頻率的風(fēng)速和溫度報(bào)告的影響進(jìn)行了對比和測試。結(jié)果表明，飛機(jī)上升和下降階段的溫度和風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)對所有高度的溫度和風(fēng)速預(yù)報(bào)都有不同程度的提高作用，其中對300 hPa以下的影響最大（圖1），相當(dāng)于把模型分辨率提高了兩倍。

圖1 飛機(jī)上升和下降階段觀測數(shù)據(jù)對NWP預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的影響程度（基于Petersen 2004年測試[21]）Fig. 1 The impact of the observation data on the NWP prediction accuracy in the rising and falling stages of the aircraft (Based on Petersen test in 2004[21])

通過把包括和不包括上升和下降階段數(shù)據(jù)進(jìn)行RUC 12 h預(yù)測對比，即可以分析得出AMDAR觀測的整體影響：AMDAR數(shù)據(jù)使所有高度風(fēng)速預(yù)報(bào)精度提高了0.2～1.2 m/s，相當(dāng)于從低層的5%一直提高到高層的20%。

近期的更多測試進(jìn)一步展示了飛機(jī)自動化觀測報(bào)告對美國短時(shí)預(yù)報(bào)的影響。在這些測試中，飛機(jī)觀測報(bào)告不止局限于在WMO全球電信系統(tǒng)（GTS）上的AMDAR報(bào)告，還包括了其他來源的數(shù)據(jù)。最值得關(guān)注的是，10%～15%的觀測數(shù)據(jù)是由裝載了“對流層空氣氣象數(shù)據(jù)報(bào)告”（TAMDAR）系統(tǒng)的飛機(jī)提供的，主要設(shè)計(jì)為在500 hPa以下和機(jī)場附近。

5 AMDAR觀測對全球數(shù)值預(yù)報(bào)的影響

評估AMDAR對全球數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的影響與評估其對地區(qū)數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的影響方法相同。首先，全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)必須把飛機(jī)的觀測報(bào)告與其他不同形式的大量觀測報(bào)告（大多基于衛(wèi)星并提供全球海洋數(shù)據(jù)）進(jìn)行整合；其次，結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)模型進(jìn)行“數(shù)據(jù)拒絕”式測試。早期的評估多專注于ECMWF的報(bào)告，近期則基于更為廣泛的全球各數(shù)值預(yù)報(bào)中心的報(bào)告。

Kelly等[22]進(jìn)行的一個(gè)長時(shí)全球研究，使用了ECMWF全球分析和預(yù)測系統(tǒng)對2002年8—9月、12月和2003年1月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，全球15家航空公司提供了相應(yīng)時(shí)段的AMDAR數(shù)據(jù)；Petersen[23]利用這些數(shù)據(jù)和ECMWF全球數(shù)值預(yù)報(bào)模型，對北半球以及AMDAR數(shù)據(jù)密度最大的北美地區(qū)做了更詳細(xì)的短時(shí)（12～48 h）預(yù)報(bào)分析，發(fā)現(xiàn)AMDAR溫度和風(fēng)速觀測對高層對流層的短時(shí)預(yù)報(bào)精度有顯著的影響（圖2）。

當(dāng)評估AMDAR對整個(gè)北半球數(shù)值預(yù)報(bào)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)對至少48 h內(nèi)的預(yù)報(bào)精度都有提高作用，第一天的提高幅度最大，從200、300～500 hPa，12 h平均溫度和風(fēng)速預(yù)報(bào)誤差分別減小了14%和8%。而在沒有AMDAR數(shù)據(jù)可用的高度上，預(yù)測精度的提高幅度則較?。ɡ缭?00 hPa溫度預(yù)報(bào)誤差只減小了3%～6%，風(fēng)速預(yù)報(bào)誤差只減小了2%～5%）。

當(dāng)只對北美進(jìn)行評估的時(shí)候，因?yàn)锳MDAR數(shù)據(jù)覆蓋密度大，對100 hPa以下的所有高度的預(yù)報(bào)精度都有影響，同時(shí)持續(xù)時(shí)間長，并且比對整個(gè)北半球的影響要高。在第一天中，200～300 hPa的溫度預(yù)測誤差減少了約23%，風(fēng)速預(yù)測誤差減少了12%～14%。對200～300 hPa溫度和風(fēng)速預(yù)測的提高一直持續(xù)兩天。

進(jìn)一步的研究表明，AMDAR數(shù)據(jù)對溫度和風(fēng)速預(yù)報(bào)精度的提高不僅限于北半球，對熱帶地區(qū)和南半球同樣有益。顯然，隨著以后AMDAR數(shù)據(jù)越來越多，所有地區(qū)和全球的數(shù)值預(yù)報(bào)精度也將相應(yīng)提高。

6 AMDAR觀測影響的近期測試

圖2 AMDAR對ECMWF在不同高度的溫度和風(fēng)速短時(shí)預(yù)測的影響（a，c）北半球結(jié)果；（b，d）北美地區(qū)結(jié)果（基于2002年8—9月和2002年12月—2003年1月的ECMWF試驗(yàn)）Fig. 2 The impact of AMDAR on the short-term prediction of ECMWF at different altitudes(a, b) the results for the Northern Hemisphere; (c, d) the results for North America (based on the ECMWF data from August to September 2002 and December to January 2003)

近年來，雖然全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)可用的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)增加了很多，但總體看只有不到5%的輻射（Radiance）數(shù)據(jù)得到了利用。相反，只有5%參與AMDAR計(jì)劃的飛機(jī)自動化觀測現(xiàn)在是DA最大的非衛(wèi)星數(shù)據(jù)來源，這說明了其質(zhì)量和重要性都在上升。

2012年，5個(gè)NWP中心（包括WAFCs，NCEP，ECMWF，Météo-France和GMAO）用不同來源的數(shù)據(jù)比較減少24 h預(yù)報(bào)誤差的貢獻(xiàn)。其中AMDAR排行第三，僅次于微波衛(wèi)星觀測（AMSU-A）和探空報(bào)告（Raobs）。相對其他數(shù)據(jù)，AMDAR數(shù)據(jù)表現(xiàn)最為連貫和穩(wěn)定。在飛機(jī)起降過程中獲得的機(jī)場、急流和大氣能量源附近的數(shù)據(jù)非常稀缺和重要，且很容易地被納入全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)里。同一航線的不同飛機(jī)帶來的報(bào)告還可以用來進(jìn)行交叉測試。

對于獨(dú)立事件，AMDAR的影響更大。例如在監(jiān)測和預(yù)報(bào)熱帶氣旋的發(fā)展和運(yùn)動，以及風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)和風(fēng)力分布時(shí)，AMDAR的作用是非常重要的，因?yàn)樽詣诱練庀筚Y料只能獲得近海的氣象情況，并且空間覆蓋很有限，衛(wèi)星資料的覆蓋范圍及時(shí)間也比較有限，而飛機(jī)自動化觀測數(shù)據(jù)能提供高空氣象情況和擁有較高的空間分辨率。Hoover等[24]使用海軍全球環(huán)境模型（NGEM）和海軍研究實(shí)驗(yàn)室變異DA系統(tǒng)，應(yīng)用AMDAR數(shù)據(jù)對預(yù)報(bào)Hurricane Sandy的影響作了研究。結(jié)果表明，AMDAR系統(tǒng)在預(yù)報(bào)登陸的地點(diǎn)和時(shí)間上都比其他數(shù)據(jù)來源有著更大的影響，是探空數(shù)據(jù)的兩倍。

7 我國AMDAR資料概況

我國從2002年開始建立AMDAR資料的數(shù)據(jù)物理鏈路與接收平臺及實(shí)時(shí)收集、處理業(yè)務(wù)流程。2003年以來，我國每月獲得的AMDAR資料數(shù)量占全球AMDAR資料數(shù)量的百分比為5%～20%。2003—2007年我國AMDAR資料數(shù)量并不穩(wěn)定，部分月份的缺報(bào)日數(shù)偏高，甚至出現(xiàn)整月資料缺報(bào)的情況。直至2007年11月，我國AMDAR資料的收集和傳輸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)?？偟膩碚f，早期AMDAR資料的資料量少，穩(wěn)定性較差，但可為一些中短期天氣系統(tǒng)的研究提供數(shù)據(jù)源。

2003年，我國參加AMDAR計(jì)劃的航空公司很少，資料主要集中在以北京為中心的幾條航線。隨著我國航空運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，大量配有氣象觀測儀器和信號處理軟件的飛機(jī)投入運(yùn)行，加入AMDAR計(jì)劃的航空公司也開始增加，AMDAR報(bào)量迅速增加，并形成了以北京、上海和深圳等航空運(yùn)輸量較大的機(jī)場為中心的幾個(gè)資料集中地區(qū)。早期資料主要集中在105°E以東地區(qū)，從2008年開始，西部地區(qū)的資料有所增加。2009年4月以后，云貴川地區(qū)以及新疆地區(qū)每月也能獲得一定數(shù)量的飛機(jī)觀測資料。

AMDAR資料質(zhì)量的好壞是直接影響其在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用的重要因素，為此美國NOAA開展了AMDAR資料與探空數(shù)據(jù)的相關(guān)比對研究，多年比較顯示飛機(jī)觀測的溫度誤差量級在1 ℃左右，而國內(nèi)在這方面開展的工作卻相對較少，一些學(xué)者[25-26]對AMDAR數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差特性分析及應(yīng)用探討。為了確保AMDAR資料的質(zhì)量，國家氣象信息中心借鑒了美國AMDAR資料質(zhì)量控制方案的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了針對中國AMDAR資料的6項(xiàng)控制流程，對原始的資料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)（圖3），包括重復(fù)觀測記錄的剔除和處理、元數(shù)據(jù)信息檢查、極值檢查、飛機(jī)飛行狀態(tài)檢查機(jī)修訂、空間一致性檢查、時(shí)間一致性檢查。

圖3 AMDAR數(shù)據(jù)質(zhì)控前后的質(zhì)量對比（紅線：質(zhì)控前；藍(lán)線：質(zhì)控后）Fig. 3 Quality comparison of AMDAR data before and after quality control (red line: before quality control; blue line: after quality control)

圖3顯示，不管是平均偏差，還是均方根誤差，質(zhì)量控制前的觀測數(shù)據(jù)（紅線）波動明顯大于質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)（藍(lán)線），所以相對于質(zhì)量控制前，質(zhì)量控制后觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量更加穩(wěn)定。隨著AMDAR數(shù)據(jù)質(zhì)量的不斷完善，在現(xiàn)有類型的氣象資料源中對提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，AMDAR數(shù)據(jù)占有了重要的地位。

2014年10月，我國正式參與WMO的GTS交換，通過GTS實(shí)現(xiàn)了我國AMDAR資料的全球交換，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和衛(wèi)星廣播系統(tǒng)向各級氣象部門提供實(shí)時(shí)的全球AMDAR資料。近年來，我國的AMDAR工作進(jìn)展快速，獲得了大量的相關(guān)氣象資料，包含了溫度、經(jīng)緯度、高度、風(fēng)速和風(fēng)向信息，提高了天氣預(yù)報(bào)包括數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。目前國家氣象信息中心整合全球9套歷史飛機(jī)報(bào)文資料，通過質(zhì)量控制評估，建成1973年以來的全球飛機(jī)觀測數(shù)據(jù)集（圖4），包含商用飛機(jī)飛行階段觀測的溫度、風(fēng)場和濕度數(shù)據(jù)。其中，2003年以來，歐洲、美國、日本、加拿大、韓國等地的觀測數(shù)量顯著提升，相對早期發(fā)布的同類產(chǎn)品，數(shù)據(jù)增量超過72.5%。

圖4 整合后的月溫度記錄數(shù)Fig. 4 Number of integrated monthly temperature records

由圖4可見，多源、多類報(bào)文整合后，相對美國NCEP釋放數(shù)據(jù)集，在中國、日本、韓國及北美地區(qū)的數(shù)據(jù)量優(yōu)勢明顯。

隨著我國AMDAR數(shù)據(jù)在質(zhì)量和數(shù)據(jù)上的不斷提高，其應(yīng)用也不斷增加。周顯敬等[28]設(shè)計(jì)發(fā)明了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的民用航空機(jī)場氣象監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，通過能見度觀測儀、風(fēng)速儀、雨雪傳感器、攝像頭、溫度傳感器和濕度傳感器將收集到的機(jī)場航道氣象數(shù)據(jù)經(jīng)過CPU分析處理后，由信號發(fā)射器發(fā)射信號傳輸給監(jiān)控中心，擴(kuò)展天線加強(qiáng)信號傳輸便于監(jiān)控中心人員了解機(jī)場的氣象狀況，方便指揮控制飛機(jī)的降落起飛，提高飛機(jī)的安全性。王曉峰等[29]將AMDAR數(shù)據(jù)用于局地強(qiáng)對流快速更新同化數(shù)值的模擬。尹金方等[30]搜集了常規(guī)觀測、雷達(dá)、地基GPS、飛機(jī)報(bào)等資料，將其進(jìn)一步優(yōu)化完善后，構(gòu)建了東亞區(qū)域大氣再分析數(shù)據(jù)集。采用多組物理過程參數(shù)化方案組合，開展了批量個(gè)例和長時(shí)間模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明再分析系統(tǒng)初步具有在全球再分析的基礎(chǔ)上提高區(qū)域再分析資料性能的能力，可將本再分析系統(tǒng)用于今后再分析數(shù)據(jù)的研制。

雖然飛機(jī)觀測資料在我國已有廣泛的應(yīng)用，但國內(nèi)的AMDAR觀測應(yīng)用技術(shù)的研究相對較為緩慢，自己的商用飛機(jī)探測、信息收集、處理系統(tǒng)還需要提高。

8 結(jié)論

AMDAR資料憑借高精度及大數(shù)據(jù)量已成為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)分析中不可或缺的一部分。AMDAR溫度和風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)對地區(qū)和全球短時(shí)和中時(shí)數(shù)值預(yù)報(bào)質(zhì)量有明顯提高作用。AMDAR在歐美已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，而在發(fā)展中國家并沒有得到很好的規(guī)劃。對于在數(shù)據(jù)稀缺地區(qū)擴(kuò)大AMDAR觀測網(wǎng)絡(luò)，合作和增加飛機(jī)數(shù)量是很好的方法。

AMDAR資料現(xiàn)已成為我國高空氣象觀測資料的重要組成部分，在國家及地區(qū)的資料同行、數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。建議有關(guān)部門加大我國的民用飛機(jī)的氣象探測項(xiàng)目的投入，借鑒國外比較成熟的飛機(jī)探測技術(shù)，盡快制定國家層級的飛機(jī)觀測系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和配套政策，構(gòu)建具有中國特色的飛機(jī)自動化觀測系統(tǒng)。