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新質觀察|低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的總體路徑

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按照2024年制定的行動計劃,各地的低空經(jīng)濟基礎設施建設工作將逐漸進入實戰(zhàn)狀態(tài)。在低空經(jīng)濟基礎設施總體框架中,氣象基礎設施是相對獨立且功能完備的附屬系統(tǒng),適宜先行先試。經(jīng)過一年多的實驗準備和技術探索,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的總體路徑已初步顯現(xiàn)。
一、低空經(jīng)濟氣象基礎設施的定位與特征
隨著實踐的不斷深入,低空經(jīng)濟基礎設施的構成和分類越來越清晰,基本已經(jīng)算是形成共識,大致分為四個部分:
一是物理類基礎設施,主要為起降基礎設施,包括土建、電力配套、標識物等;
二是飛行管理(服務支撐)類基礎設施,主要為信息基礎設施,諸如通信、導航、監(jiān)視、氣象、無線電頻譜管理等;
三是科研和檢測檢驗類基礎設施,主要為測試場、實驗室、風洞、虛擬軟件、數(shù)字孿生系統(tǒng)等;
四是安全監(jiān)管類基礎設施,主要為指揮中心(平臺)、安全監(jiān)管平臺、反無人機系統(tǒng)等。
在定位上,低空經(jīng)濟氣象基礎設施屬于飛行管理(服務支撐)類型基礎設施,主要任務是規(guī)劃、設計、建設低空經(jīng)濟所需的氣象監(jiān)(探、觀)測設備網(wǎng)絡、信息傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)運算存儲設備設施、計算方法(判斷邏輯)和相關軟件系統(tǒng),最終目的是提供低空經(jīng)濟飛行和安全管理所需的氣象信息,滿足低空經(jīng)濟發(fā)展對氣象信息的需求。
低空經(jīng)濟氣象基礎設施具有三個主要特征:
首先,它是典型的附屬設施,依附于低空經(jīng)濟主設施存在,獨立建設沒有實際意義;
其次,它又可以自成體系,從低空氣象監(jiān)測到數(shù)據(jù)傳輸,再到數(shù)據(jù)運算和結果分發(fā),這個過程可獨立完成,不依賴于其他低空經(jīng)濟基礎設施;
再次,它既可以利舊,也可以復用。即低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設過程中,既可以充分利用現(xiàn)有的公共氣象基礎設施,減少新建成本。
同時,未來的低空經(jīng)濟氣象基礎設施,也可以為氣象應急保障、新能源天氣管理等領域提供衍生服務,實現(xiàn)設施復用。低空經(jīng)濟氣象基礎設施的這些特征相較于低空經(jīng)濟的其他基礎設施來說,其社會效應更加突出,投入產(chǎn)出比更高。
二、低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的技術路線
根據(jù)低空經(jīng)濟發(fā)展對氣象的實際需要和技術需求,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的主技術路線是:實況為主、預報為輔、疏密有致、多源融合、統(tǒng)一基準。
實況為主是指在需要相對精準掌握氣象信息,或者需要依據(jù)真實氣象信息做出決策的空間點和時間點,要盡可能實現(xiàn)對天氣信息的實際監(jiān)測,在應用中將實況天氣數(shù)據(jù)(通過直接監(jiān)測獲取的天氣數(shù)據(jù))設定為第一優(yōu)先級。
預報為輔是指天氣預報數(shù)據(jù)主要用于輔助低空經(jīng)濟活動的計劃制定。預報數(shù)據(jù)雖然不作為低空經(jīng)濟活動真實決策的第一優(yōu)先級數(shù)據(jù),但在中長期計劃安排和活動籌劃方面卻是必不可少的。尤其在低空飛行的風險控制方面,輔助預報預警技術,具有保障安全的重要戰(zhàn)略價值。
疏密有致是指在低空氣象監(jiān)(探、觀)測設備布局和組網(wǎng)、天氣預報預警數(shù)據(jù)生產(chǎn)等過程中,要根據(jù)低空經(jīng)濟的實際需要,按照功能完備、成本節(jié)約的原則,當疏則疏,當密則密,恰當設定低空經(jīng)濟氣象觀測網(wǎng)和低空經(jīng)濟氣象數(shù)據(jù)生產(chǎn)使用標準。
多源融合是指要充分利用現(xiàn)有的氣象數(shù)據(jù)源,從利舊角度優(yōu)化資源配置,從現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)源中,選取適用于低空經(jīng)濟需要的數(shù)據(jù)源接入并實現(xiàn)有效融合,盡量減少數(shù)據(jù)源的新建,降低總體成本。
統(tǒng)一基準是指無論是針對低空經(jīng)濟需求所建的氣象設施,還是現(xiàn)有的氣象數(shù)據(jù)源,都需要按照一個相對統(tǒng)一的基準進行數(shù)據(jù)處理,既要保障低空經(jīng)濟氣象數(shù)據(jù)使用時的統(tǒng)一與高效率,也要保障低空經(jīng)濟氣象數(shù)據(jù)復用時的便捷性和低成本。
以上主技術路線是對低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的總體要求。在這個技術路線基礎上,針對不同場景,不同實際需要進行低空經(jīng)濟氣象基礎設施的規(guī)劃設計,有助于統(tǒng)一認識,減少分歧,可以作為接下來低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的核心準則。
三、低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的社會分工
沿著低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的主技術路線思考,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的主要內容可以凝練為三個數(shù)據(jù)源建設,其社會分工和投資邏輯大致如下:
第一數(shù)據(jù)源建設。第一數(shù)據(jù)源主要指針對低空經(jīng)濟發(fā)展需要的中長期、大范圍、多尺度天氣預警預報數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)源,可以理解為是對大天氣背景信息的掌握,核心任務是滿足低空經(jīng)濟對大天氣系統(tǒng)預警預報信息的需求,如臺風天氣、強對流天氣、高低溫轉變天氣等。
就目前的技術水平而言,現(xiàn)有的天氣預報系統(tǒng)基本可以滿足這一需求,但仍需要進一步加工,也會新增一些工作任務。從這個角度看,第一數(shù)據(jù)源建設的關鍵是利舊,即對現(xiàn)有公共氣象基礎設施和技術的開發(fā)利用??紤]到現(xiàn)實情況,第一數(shù)據(jù)源建設宜由中國氣象局系統(tǒng)牽頭建設,中央資金投入并納入后續(xù)預算,利用現(xiàn)有的氣象設施,建設大區(qū)域、中長期、粗時空分辨率的低空經(jīng)濟大天氣系統(tǒng)預警預報數(shù)據(jù)源。采用標準化接口,作為各省市區(qū)低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的第一數(shù)據(jù)源(天氣背景數(shù)據(jù)),解決低空經(jīng)濟宏觀管理中的天氣預警預報數(shù)據(jù)獲取問題。
第二數(shù)據(jù)源建設。第二數(shù)據(jù)源主要指低空經(jīng)濟公共區(qū)域(空域)的天氣實況監(jiān)(探、觀)測數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬計算數(shù)據(jù)、短臨天氣預警預報數(shù)據(jù)等。第二數(shù)據(jù)源建設的主要內容是低空公共區(qū)域(如公共航路、試驗區(qū)等)氣象監(jiān)測網(wǎng)建設和多源數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)建設。低空經(jīng)濟氣象基礎設施的公共部分宜由地方政府投資??梢酝ㄟ^地方政府的低空管理部門協(xié)同地方氣象部門組織規(guī)劃設計,地方資金投入,納入預算或混合社會投資,自行建設,自主運營,自負盈虧。
第二數(shù)據(jù)源覆蓋本地低空經(jīng)濟的公共區(qū)域,包括公共航線區(qū)域,管制區(qū)域等不能或不宜由社會投資主導的低空氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時,第二數(shù)據(jù)源可以作為本地低空經(jīng)濟氣象數(shù)據(jù)的核心運營商,對上接入第一數(shù)據(jù)源,對下采用標準化數(shù)據(jù)接口,成為本地低空經(jīng)濟運營單位氣象基礎設施建設的主要參與者和數(shù)據(jù)供應商。面向本地所有低空經(jīng)濟運營單位開放分發(fā)低空氣象數(shù)據(jù),解決本地公共區(qū)域天氣實況數(shù)據(jù)和天氣背景數(shù)據(jù)的獲取問題。
第三數(shù)據(jù)源建設。第三數(shù)據(jù)源主要指低空經(jīng)濟運營單位的場內氣象監(jiān)(探、觀)測數(shù)據(jù)和自主研發(fā)的其他低空氣象數(shù)據(jù)。第三數(shù)據(jù)源建設的核心任務是場內部分的氣象基礎設施建設和自用氣象數(shù)據(jù)研發(fā)。第三數(shù)據(jù)源由低空經(jīng)濟運營單位自主投入建設。主要內容是低空經(jīng)濟具體場景內部的天氣實況監(jiān)測,第一和第二數(shù)據(jù)源的接入,對應的軟件系統(tǒng)開發(fā),管理規(guī)則設定等,重點是解決低空經(jīng)濟具體場景的天氣管理問題。
總的來說,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的社會分工和投資邏輯可以簡單表述為:中長期天氣背景場的氣象監(jiān)測和預警預報任務歸國家,由中央財政投入、省市做好數(shù)據(jù)接收;地方公共區(qū)域的氣象監(jiān)測和短臨預警預報任務歸地方,由地方政府投入,做好數(shù)據(jù)匯總分發(fā)和數(shù)據(jù)安全管理工作;運營單位作為低空經(jīng)濟運營管理的第一責任人,場內氣象監(jiān)測和天氣管理的任務歸自己,由運營單位自行投入、自主設計、自主研發(fā),接入并恰當利用第一和第二數(shù)據(jù)源,完成低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設運營的“最后一公里”。
四、低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的其他問題
此外,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設還面臨一些其他問題需要統(tǒng)籌考慮。
一是相關法律法規(guī)問題。雖然低空經(jīng)濟屬于一個新事物,但在一些上行法律法規(guī)中,實際上一些條款也涵蓋了對低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設的要求和規(guī)范,需要注意。
比如,2016年11月7日,第十二屆全國人民代表大會常務委員會第二十四次會議第三次修正的《中華人民共和國氣象法》第九條、第十條規(guī)定。國務院氣象主管機構應當組織有關部門編制氣象探測設施、氣象信息專用傳輸設施、大型氣象專用技術裝備等重要氣象設施的建設規(guī)劃,報國務院批準后實施。氣象設施建設規(guī)劃的調整、修改,必須報國務院批準。重要氣象設施建設項目應當符合重要氣象設施建設規(guī)劃要求,并在項目建議書和可行性研究報告批準前,征求國務院氣象主管機構或者省、自治區(qū)、直轄市氣象主管機構的意見。這意味著,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設過程中,也要重點考慮并恰當處理現(xiàn)行法律法規(guī)的問題。
二是技改和研發(fā)問題。低空經(jīng)濟氣象基礎設施的技術需求主要包括三個:首先是滿足低空經(jīng)濟氣象監(jiān)測需求的裝備體系需要做進一步的技術改進,至少要在現(xiàn)有基礎上進行小型化、低成本、穩(wěn)定性、靈活性和環(huán)境友好性等方面的改造;其次是天氣預警預報技術和服務方式需要根據(jù)低空經(jīng)濟的運行邏輯進行調整,打破技術理解障礙、縮短技術使用鏈條,降低應用環(huán)節(jié)的主觀誤差積累;再次是填補低空經(jīng)濟領域所需的天氣機理研究方面的空白,比如低空空域突變天氣的主要特征與識別方法,低空空域中小尺度臨近預報預警的技術方法等。
三是時間和空間安排問題。低空經(jīng)濟氣象基礎設施作為低空經(jīng)濟的附屬基礎設施,雖然可以自成體系,卻屬于典型的附屬設施,必須依賴主設施才能發(fā)揮作用。因此,在時間和空間安排上,低空經(jīng)濟氣象基礎設施建設既不能一下子全面鋪開,先于低空經(jīng)濟其他基礎設施建設,也不能太過于滯后,遲滯低空經(jīng)濟發(fā)展的進度。
結合實際情況,其時間和空間安排策略大致是:第一數(shù)據(jù)源建設可以整體先行,先保障低空經(jīng)濟天氣背景場信息的獲??;第二數(shù)據(jù)源建設則根據(jù)各地的實際情況和低空經(jīng)濟發(fā)展進度由地方政府統(tǒng)籌安排;第三數(shù)據(jù)源建設則由低空運營單位自行決定。理論上講,先期階段,在飛行密度不高,頻次有限的情況下,僅使用第一數(shù)據(jù)源和第三數(shù)據(jù)源也能基本維持運營所需。
(作者蔡銀寅為南京信息工程大學教授、中國氣象服務協(xié)會低空經(jīng)濟專業(yè)委員會主任委員)





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