一 、背景
低空经济的战略地位
- 2024年是我国低空经济发展的元年，被写入《政府工作报告》并列为战略性新兴产业。
- 多个省份出台专项政策支持低空经济发展。
低空飞行的复杂性
- 低空飞行器包括有人机、无人机、eVTOL等，飞行高度低，受地形影响大。
- 飞行区域复杂，包括城市、森林、农田、山区、湖泊等。
湍流的形成机制
- 湍流分为热力湍流和机械湍流，实际大气中常出现两者耦合。
- 主要形成机制包括急流带边缘风切变、强对流天气、地表受热不均、地形作用、下垫面摩擦等。
湍流强度的表示方式
- 理查逊数（Ri）：用于诊断湍流。
- 湍流动能（TKE）：反映湍流运动的剧烈程度。
- 涡旋耗散率（ε）：通过结构函数描述湍流的空间统计特征。
- 锋生函数：描述水平风的梯度变化。
湍流监测设备
- 地面自动气象站、风廓线雷达、超声风速计、微波辐射计、多普勒天气雷达等。
- 各设备探测方式、时空分辨率、探测要素差异大。
湍流监测问题
- 现有设备不能直接监测湍流，需从探测信息中计算湍流强度。
- 探测数据时空分辨率不一致，缺乏低层探测数据。
二 、问题描述
飞行活动的时空规划
- 飞行活动需要在时间和空间两个维度上进行规划，以保障飞行安全。
问题一：湍流强度计算模型
- 利用风廓线雷达和微波辐射计资料，建立不同高度上湍流强度的数学模型a。
- 仅利用风廓线雷达资料，建立时间维度、空间维度或融合两个维度的湍流强度计算模型b。
- 以模型a的结果为标准，验证并优化模型b，确立统一的湍流强度计算模型b。
问题二：三维空间湍流强度计算模型
- 融合地面自动气象站、风廓线雷达、多普勒天气雷达等设备的探测资料，构建三维空间上湍流强度计算模型c。
- 输出产品覆盖范围为矩形区域、高度2km以下、垂直分辨率50m、水平分辨率100m。
问题三：低空航路湍流预警及航路规划
- 利用多种观测资料和数值天气预报数据，计算并验证湍流强度。
- 研发基于数值天气预报数据的湍流强度计算模型d，进行05点-08点的湍流强度预报。
- 在给定起点、终点及飞行允许区域内，规划最优航路。
- 构建非线性的时间维度上的湍流外推模型e，形成05点-06点的湍流强度预测结果，并规划最优航路。
提交材料要求
- 算法框架、逻辑结构说明。
- 数学或物理方法说明。
- 模型结果对比验证分析。
- 可运行的程序。
名词解释
- 位温：气块在干绝热过程中被压缩或膨胀至标准气压时的温度，用于描述气块热力状态。
参考文献
- 涵盖了多普勒气象雷达湍流目标检测、风廓线雷达湍流探测应用、湍流强度计算方法等领域的研究文献。
附录1 ：观测资料说明
- 提供南京市范围内连续3小时的综合观测资料，包括地面自动气象站、微波辐射计、多普勒天气雷达、风廓线雷达等。
- 各设备的分布、观测要素、时空分辨率等详细信息。