[发明专利]模拟、记录和预测对流气象的自学习即时预报系统

说明书

本文所述的系统、方法和装置提供了集成的气象预报产品，该产品被设计成协助运营经理做出与指定事件或事件集相关的运营决策。本公开提供了一种处理来自各种源并具有包含不同空间分辨率和时间分辨率的各种数据格式的气象数据的方法，以生成集成的和内聚的气象预测产品，使得气象预测产品在空间和时间域相对于指定事件或事件集都是连续的。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月30日提交的美国专利申请第15/966,633号的优先权，该申请要求2017年5月1日提交的美国临时申请第62/492,729号的优先权，二者的内容通过完整引用并入本文。

技术领域

本文所述的系统、方法和装置涉及一种集成的气象即时预报系统，该系统被设计成有助于与指定事件或事件集相关的操作决策。

背景技术

气象会影响许多企业的安全、效率和运营能力。在某些情况下，气象条件可能迫使企业完全停止运营，从而对企业造成不利的经济影响、客户不满和其他此类不受欢迎的后果。对于运营可能受气象条件影响的企业来说，旨在协助运营决策的气象预测产品尤其有用。受影响的企业同样可以从一些决策支持工具中受益，这些工具包括涵盖广泛空间范围和时间范围的气象预测产品作为输入，从而促进主动和被动的运营管理，并最大限度地减少气象对使用这些工具的企业的不利影响。

目前存在各种气象预测产品，用于向运营经理提供适合运营决策的战略和战术阶段的气象信息。例如，气象预报产品通常依赖于大气中各种物理过程之间以及地表和大气之间相互作用的基于物理的数值模拟。这种基于物理的模型通常假设大气层的初始和边界条件，并在时域中求解表示这种物理过程的微分和偏微分流体动力学方程。基于物理的模型通常进行数据同化，数据同化是这样一个数值过程：其将模型预报场与当前时间步长的可用气象观测相结合；最小化预报和这种观测之间的差异；并且调整模型预报轨迹，以便以这样的时间间隔在未来时间步长改进预报模型，从而获得未来预测大气状态（即气象预报）的最佳结果。

相比之下，气象即时预报产品通常基于气象雷达和卫星观测到的气象特征的跟踪和推断，在大多数情况下，所述跟踪和推断在短距离时间和空间内是持续和连续的。通过使用高效的图像处理和统计技术来代替气象预报中使用的基于物理的方程，气象即时预报能够生成短期气象预测，例如，未来两小时或更短时间内，并以非常高的频率提供气象预测更新，几乎每隔几分钟。气象预报技术目前不可能以这样的速度更新气象预测，因为使用基于物理的模拟计算和处理数据涉及繁杂的计算，因此太费时。然而，因为气象预报技术是基于物理的，因此可以比气象即时预报技术预测未来更久的气象。

作为一个说明性示例，空中交通管制（“ATM/C”）人员需要在ATM/C的各个阶段（例如飞行计划、起飞顺序、滑行和起飞期间的塔台控制、飞机升降期间的航站楼雷达接近控制以及巡航期间的航路区域交通控制）不同空间和时间范围内的气象信息，以实现和保持ATM/C的安全性、操作效率和空域容量。

通常，在战略规划阶段，例如预定航班起飞前两个多小时，ATM/C决策取决于气象预报，以准备和调整飞行计划。在战略阶段，能够获得相关气象信息的ATM/C人员有能力主动管理空中交通，方法是生成绕过因气象受阻的空域的改道计划，或者执行地面延迟程序或地面停止程序，以防止给已经减小的空域容量增加额外负担。战略ATM/C地面延迟程序和地面停止程序实现了更好的运行航空安全、平衡的空域需求和容量以及更少的航空燃料燃烧。

在战术阶段，例如，预定航班起飞前两个小时内，ATM/C决策取决于实时气象观测和“即时预报”，即非常短期的气象预测。在战术阶段，ATM/C决策往往是反应性的，可能涉及这样的ATM/C机制，如在不利气象影响结束之前空中等待，或将遇到不利气象且燃料水平限制其空中飞行时间的飞机转到替代机场。