【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空气象预报保障领域，涉及一种飞机颠簸预测方法，具体涉及一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法。
技术介绍
1、颠簸是飞机在空中飞行时遭遇扰动气流作用，发生颠顿、摇摆以及局部抖动的现象。飞机颠簸时，仪表受到不规则的震动出现仪表误差，颠簸强烈时，由于仪表指示滞后于飞机实际状态，同时升降速度表、高度表、空速表等全、静压系统会发生不规则的变化，飞机高度的变化可达数十米以至数百米，仪表无法准确反映瞬间的飞行状态会给飞行员操纵飞机带来很大的困难。一般颠簸对飞机结构影响不大，但如果飞机长时间受到强烈颠簸时，飞机的机翼、尾翼等部位就可能产生变形甚至折毁。颠簸造成的机身振颤也会使进入发动机进气道的空气量显著减少，燃料消耗增大，严重时会导致发动机停车。此外，中等强度以上的颠簸，还影响空中射击、投弹的准确性，使空中摄影、编队、空中加油等难以顺利进行。颠簸对飞行的影响是多方面的，但又是飞行中经常会遇到的天气现象，强烈的颠簸甚至会危及飞行安全。准确预报航线空域颠簸的强度和位置，对于保障飞行安全、顺利完成飞行任务具有重要的意义。
2、近年来随着航空技术的发展，飞机性能的改善，后勤保障能力的提升，飞机飞行速度的加大，升限的提升，飞机颠簸探测传感器技术及防/融/除冰系统装置的配备，因飞机颠簸导致的飞行事故与历史水平相比有所减少，但恶劣气象条件导致的严重颠簸仍然难以清除，尤其运输机和直升机的危险性更大。
3、并且随着气候变化以及极端气候事件频发，不利的航空环境对飞行安全造成了很大影响。有学者统计未来气候变暖背景下飞机颠簸将
4、专利cn110968945a提出基于温度、湿度、风速和气流垂直速度等气象要素变化情况进行飞机颠簸变化的预测，该方法只是从可能引起飞行颠簸变化的机理出发，从天气角度对飞机颠簸情况进行的预测，但没有明确给出飞机颠簸强度的预测。
5、专利cn10108609202b公开的飞机颠簸预测方法是以设置在飞机上的传感器收集到的颠簸信息和飞行数据(风速、光照、气温、传感器位置、飞机型号、飞行时间、飞行路径以及飞机的加速度、速度、方向、温度、声音数据、经纬度位置)为基础，将飞机的飞行数据作为自变量，将颠簸信息作为因变量，采用神经网络算法对训练集进行演算，建立飞行数据和颠簸之间的关系式，得到颠簸预测方法。但该方法中的自变量的选取是将飞行数据统一都作为自变量进行训练，无论是训练效率还是效果，都需进一步验证。
6、综上所述，虽然目前公开的专利已经涉及了一些飞机颠簸预报方法或预报模型，但是基本都是基于环境计算的，对于数值预报的不确定性和飞机自身特点等考虑较少，而想要得到更精准的飞机颠簸预报方法，所要用到的算法计算量大的同时，还需要明确飞机飞行速度、翼载荷等信息。为了解决优化算法的准确性与时效性的矛盾，进一步提升飞机颠簸预报准确率，探寻精准的飞机颠簸预报指数是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，利用集合预报的思想，探究更好的飞机颠簸预报指标，提高飞机颠簸预报准确率。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，包括以下步骤：
4、步骤一、根据飞机报告有、无颠簸个例的时间提取era5再分析资料；
5、步骤二、采用wrf4.1数值预报模式对步骤一获得的era5再分析资料进行数值模拟，获得高分辨率气象数据；
6、步骤三、基于数值模拟结果，分别计算分析多种预报指数对飞机颠簸的指示效果；确定飞机颠簸预报效果评估方法，并剔除预报效果极差的颠簸预报指数；
7、步骤四、确定有、无颠簸集合预报指数；
8、步骤五、确定颠簸强度集合预报指数。
9、进一步地，所述步骤一包括：
10、s11.收集我国飞机报告飞机颠簸个例资料m个，包括航班飞行时间、位置、高度、航班号、机型、飞行速度及颠簸强度信息，加入n个无颠簸航班信息，m和n大体相近；
11、s12.根据已整理的飞机颠簸个例，下载飞机颠簸个例对应时间前推后延各一定量时间内的era5再分析资料，并作为模式初始场数据资料。
12、进一步地，所述步骤二包括：
13、s21.确定初始场资料：将步骤一获得的有、无飞机颠簸发生的m+n个天气过程的era5再分析资料作为初始场；
14、s22.信息预处理：将初始场资料进行插值与模式标准初始化；确认模拟区域；限定起报时间；
15、s23.wrf4.1数值模拟：wrf4.1模式采用三重嵌套网格模式；分别确定微物理方案、积云参数化方案以及边界层方案；模式结果逐小时输出；
16、s24.模拟结果后处理及可视化；
17、s25.数据分析。
18、进一步地，所述步骤三包括：
19、s31.分别计算分析理查森数、湍流动能、散度、锋生函数、湍流指数、ncsu指数对飞机颠簸的指示效果；
20、s32.确定飞机颠簸预报效果评估方法，并剔除预报效果极差的颠簸预报指数。
21、优选地，所述步骤s31包括：
22、1)理查森数ri：
23、
24、式中，g为重力加速度，θ为位温，z为高度，v为风速；
25、理查森数值越小，湍流发展越强烈，颠簸也越强；当4＞ri＞0.5时，飞机有轻度颠簸；当ri＜0.5时，有中度或强烈颠簸；
26、2)湍流动能tke：
27、
28、式中，u为纬向风速，v为经向风速；
29、湍流动能用来表征大气的湍流强度；
30、3)锋生函数fh：
31、
32、式中，t为时间，h为高度，θ为位温；代表位温水平梯度；
33、
34、锋生函数表示水平位温梯度随空气运动的变化率；
35、4)散度d：
36、
37、式中，u为纬向风速，v为经向风速，w为垂直速度；
38、散度表示气块在单位时间内单位体积的变化率；
39、5)湍流指数ti1：
40、
41、式中，u为纬向风速，为经向风速，x为经向距离，y为纬向距离，z为垂直高度；
42、湍流指数包含了风的垂直切变和水平形变；
43、6)ncsu指数
44、
45、式中，ri代表理查森数，u为纬向风速，v为经向风速，ζ为涡度；
46、ncsu指数是在理查森数的基础上，耦合了涡度和空气变形因素本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤一包括：
3.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤二包括：
4.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤三包括：
5.如权利要求4所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤S31包括：
6.如权利要求4所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤S32包括：
7.如权利要求4所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤四包括：
8.如权利要求7所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤四中，确定有、无颠簸集合颠簸指数为：
9.如权利要求4所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸强度预测方法，其特征在于，所述步骤五包括：
10.如权利要求9所述的一种基于集合预
...【技术特征摘要】
1.一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤一包括：
3.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤二包括：
4.如权利要求1所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤三包括：
5.如权利要求4所述的一种基于集合预报思想的飞机颠簸预测方法，其特征在于，所述步骤s31包括：
6.如权利要求4所述的一种基于集合预...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓慧，卢永吉，张守业，杜海龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军航空大学，
类型：发明
国别省市：
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