PHẦN MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề − Tổng quan vấn đề
Ngành hàng không hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn phải đối mặt với những thách thức, đặc biệt là từ thời tiết Các chuyên gia khí hậu cảnh báo rằng ngành du lịch, đặc biệt là hàng không, sẽ phải đối diện với thời kỳ thời tiết hỗn loạn ngày càng gia tăng Các hiện tượng thời tiết như nắng nóng và mưa bão kéo dài đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động bay toàn cầu Do đó, nhu cầu về dịch vụ thời tiết đang tăng cao trên toàn thế giới Bài nghiên cứu này sẽ tìm hiểu cách mà hệ thống dịch vụ thời tiết có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến thời tiết trong ngành hàng không.
1.1 Lí do và sự cần thiết
Theo số liệu thống kê FAA vào năm 2005, thời tiết là nguyên nhân của khoảng 70% sự trì hoãn các chuyến bay.
Hình 1 Thống kê số liệu giờ bị hoãn của Hệ thống không phận quốc gia từ tháng 1/2001 đến tháng 7/2002
Thời tiết đóng vai trò quan trọng trong các tai nạn hàng không, với 23% vụ việc được báo cáo bởi NTSB liên quan đến yếu tố này Nắng nóng kéo dài ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động khai thác chuyến bay, làm giảm lực nâng do không khí ấm Một ví dụ điển hình là vụ rơi máy bay trực thăng ở Bắc Coten d’Ivoire, nguyên nhân được xác định là do thời tiết xấu Những vấn đề thời tiết này dẫn đến việc hoãn, trì trệ hoặc điều chỉnh lịch bay, gây tác động tiêu cực đến nền kinh tế hàng không và xã hội Do đó, việc nghiên cứu dịch vụ thời tiết trong ngành hàng không trở nên cần thiết.
“Nghiên cứu về hệ thống dịch vụ thời tiết đối với ngành hàng không”.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Tại Việt Nam, có 1 số nghiên cứu đóng góp đáng kể vào đề tài này, bao gồm:
Nghiên cứu “Xây dựng công nghệ dự báo thời tiết điểm với thời hạn tới 3 ngày cho Việt Nam” (VNMHA, 2019) tập trung vào việc phát triển công nghệ dự báo thời tiết mới dựa trên các mô hình dự báo số trị hiện có Hệ thống này sẽ chia sẻ các sản phẩm dự báo thời tiết để hỗ trợ công tác dự báo địa phương và đáp ứng nhu cầu của cộng đồng Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn còn thiếu các giải pháp chi tiết để cải thiện khả năng thích ứng với khí hậu và nâng cao độ chính xác của dự báo thời tiết.
Hệ thống mô hình nghiên cứu và dự báo thời tiết WRF của AGPC, được phát triển vào năm 2017, phục vụ cho hai mục đích chính: nghiên cứu hoạt động trong khí quyển và dự báo thời tiết Mô hình WRF sử dụng dữ liệu từ hệ thống dự báo toàn cầu (GFS) làm đầu vào, tuy nhiên, điều này cũng cho thấy sự phụ thuộc vào nguồn dữ liệu bên ngoài Để nâng cao độ chính xác, WRF cần được cải tiến bằng cách tích hợp thêm bộ thu thập dữ liệu, giúp đối chiếu sai số với GFS và giảm thiểu sai sót trong dữ liệu đầu vào.
Các nghiên cứu ngoài nước có giá trị với đề tài, gồm:
Nghiên cứu “Đánh giá về tác động lớn của thời tiết đến khí tượng hàng không” của Ismail Gultepe và các cộng sự (2019) đã chỉ ra tầm quan trọng của việc cải tiến đo lường và dự báo thông tin khí tượng Bằng việc áp dụng hệ thống NWP (Numerical Weather Prediction), nghiên cứu đã xác định các yếu tố thời tiết như gió, bão, sương mù, và mưa có ảnh hưởng lớn đến thu thập dữ liệu khí tượng và điều hành bay Hệ thống cảm biến mới được lắp đặt nhằm nâng cao độ chính xác trong việc xác định các thông số này Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá độ chính xác của các thông số và đề xuất biện pháp cải tiến trong đo đạc, dự báo thời tiết, cũng như nhận diện các thách thức trong tương lai Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn chưa giải quyết triệt để vấn đề tránh sai sót trong thu thập dữ liệu khi gặp thời tiết xấu.
Nghiên cứu “Những tác động từ việc quan sát sấm chớp đến điều hành trung tâm thời tiết hàng không từ Pseudo-GLM” của Terborg, A và G T Stano vào ngày 1/27/2017, phân tích quy trình quan sát chu kỳ sấm chớp, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc tiên đoán thời tiết và nâng cao an toàn cho các chuyến bay Nghiên cứu giới thiệu mô hình Geostationary Lightning Mapper (GLM), giúp mở rộng tầm quan sát và thu thập dữ liệu về sấm chớp trên diện rộng, từ đó xác định chính xác các vấn đề thời tiết hiện tại và dự báo tương lai Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra hạn chế trong việc khắc phục thiếu sót dữ liệu của mô hình GLM, do nhiễu động từ sét có thể gây sai sót trong việc xác định số lượng và vị trí tia chớp.
Mục đích và mục tiêu nghiên cứu
Hệ thống dịch vụ thời tiết đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ảnh hưởng và thiệt hại do thời tiết gây ra đối với ngành hàng không, hỗ trợ hiệu quả cho hoạt động điều hành bay.
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống dịch vụ thời tiết giúp nhận diện nhược điểm như tính chính xác và tìm ra biện pháp khắc phục Đồng thời, việc phân tích những ưu điểm như tính công nghệ tiên tiến sẽ hỗ trợ trong việc phát triển hệ thống dịch vụ này.
Dịch vụ thời tiết hoạt động dựa trên nguyên lý thống kê, phân loại các hình thức quan sát thời tiết để cung cấp thông tin chính xác Việc tóm tắt tình hình thời tiết giúp người dùng nắm bắt nhanh chóng các biến động khí hậu, từ đó đưa ra quyết định phù hợp cho các hoạt động hàng ngày.
Thể hiện được vai trò quan trọng của hệ thống dịch vụ thời tiết trong việc báo cáo thời tiết phục vụ các chuyến bay.
Đề xuất biện pháp giải quyết vấn đề.
Nghiên cứu và tham khảo các tài liệu liên quan đến hệ thống dịch vụ thời tiết để tổng hợp và hệ thống hóa kiến thức, thông tin.
Thu thập số liệu, thống kê về hoạt động dịch vụ thời tiết từ đó phân tích và làm rõ vai trò của hệ thông trong ngành hàng không.
Cải thiện tính chính xác của hệ thống dịch vụ thời tiết.
Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống dịch vụ thời tiết ngành hàng không tại Mỹ.
Phạm vi nghiên cứu
Về nội dung: nghiên cứu tầm quan trọng của hệ thống dịch vụ thời tiết ngành hàng không Mỹ.
Về không gian: Cục hàng không liên bang Mỹ.
Về thời gian: nghiên cứu được thực hiện từ 6/11 – 30/11.
Giả thuyết khoa học
Luận điểm: Tầm quan trọng của dịch vụ thời tiết đối với ngành hàng không dân dụng nói chung và hoạt động bay nói riêng.
Lượng mưa, tuyết hoặc băng không phải là yếu tố thời tiết duy nhất ảnh hưởng đến các chuyến bay; gió, mức độ mây và nhiễu động cũng có thể gây ra sự chậm trễ tốn kém Do đó, việc tiếp cận thông tin định tuyến và dự báo thời tiết chính xác, kịp thời là cực kỳ quan trọng đối với những người lập kế hoạch và vận hành các chuyến bay.
Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) đã ban hành Phụ ước 3 (ANNEX 3) về Dịch vụ Khí tượng cho không vận quốc tế, nhằm thiết lập các tiêu chuẩn và khuyến cáo cho công tác khí tượng hàng không dân dụng Phụ ước này áp dụng cho tất cả các quốc gia thành viên, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động hàng không.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp chính: Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lí thuyết, phương pháp thu thập số liệu.
Phương pháp bổ trợ: Phương pháp phân tích và tổng hợp thực nghiệm.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Dữ liệu từ các quan sát bề mặt và độ cao là nền tảng cho mọi dự báo thời tiết, tư vấn và cuộc họp giao ban Các loại quan sát thời tiết bao gồm bề mặt, trên không, radar và vệ tinh.
1.1.1 Quan sát thời tiết hàng không bề mặt
Quan sát thời tiết hàng không bề mặt (METARs) cung cấp thông tin về điều kiện thời tiết hiện tại tại các trạm mặt đất trên toàn Hoa Kỳ Mạng lưới này bao gồm các cơ sở tư nhân và chính phủ, đảm bảo thông tin thời tiết liên tục và chính xác Các nguồn tự động như Hệ thống quan sát thời tiết tự động (AWOS) và Hệ thống quan sát bề mặt tự động (ASOS) cũng đóng góp quan trọng trong việc thu thập dữ liệu thời tiết.
Quan sát bề mặt cung cấp thông tin thời tiết địa phương và các yếu tố liên quan cho từng sân bay, bao gồm loại báo cáo, số nhận dạng trạm, ngày giờ, gió, khả năng hiển thị, Tầm nhìn đường cất hạ cánh (RVR), hiện tượng thời tiết, tình trạng bầu trời, và các chỉ số nhiệt độ, độ ẩm Thông tin này có thể được thu thập từ người quan sát, trạm tự động hoặc trạm tự động được hỗ trợ bởi người Dù báo cáo chỉ phản ánh một khu vực nhỏ, khi kết hợp nhiều báo cáo từ các trạm khác nhau, phi công có thể hình dung rõ ràng hơn về điều kiện thời tiết trong một khu vực rộng lớn hơn.
Nghiên cứu cơ sở lí luận của vấn đề
Các loại quan sát
Dữ liệu từ các quan sát bề mặt và độ cao là nền tảng cho mọi dự báo thời tiết, tư vấn và cuộc họp giao ban Có bốn loại quan sát thời tiết chính: bề mặt, trên không, radar và vệ tinh.
1.1.1 Quan sát thời tiết hàng không bề mặt
Quan sát thời tiết hàng không bề mặt (METARs) là tổng hợp các yếu tố thời tiết hiện tại tại các trạm mặt đất trên khắp Hoa Kỳ Mạng lưới này bao gồm các cơ sở do chính phủ và tư nhân hợp tác, cung cấp thông tin thời tiết liên tục Các nguồn thời tiết tự động như Hệ thống quan sát thời tiết tự động (AWOS) và Hệ thống quan sát bề mặt tự động (ASOS) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu quan sát bề mặt.
Quan sát bề mặt cung cấp thông tin thời tiết địa phương và các dữ liệu liên quan cho sân bay, bao gồm báo cáo, số nhận dạng trạm, thời gian, gió, khả năng hiển thị, Tầm nhìn đường cất hạ cánh (RVR), hiện tượng thời tiết, tình trạng bầu trời, nhiệt độ, độ ẩm, và áp suất Thông tin này có thể được thu thập từ người quan sát, trạm tự động, hoặc trạm tự động được nâng cấp bởi người Quan sát bề mặt mang lại thông tin quý giá về thời tiết tại các sân bay trên toàn quốc, giúp phi công hình dung rõ ràng hơn về điều kiện thời tiết khi xem xét nhiều báo cáo từ các trạm khác nhau.
Quan sát thời tiết trên không trung phức tạp hơn so với việc theo dõi bề mặt Tuy nhiên, có nhiều phương pháp để thực hiện quan sát hiện tượng thời tiết trên không, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong việc dự báo thời tiết.
Radiosonde, báo cáo thời tiết phi công (PIREPs), Hệ thống chuyển tiếp dữ liệu khí tượng máy bay (AMDAR) và Hệ thống thu thập và báo cáo dữ liệu khí tượng (MDCRS) là những công cụ quan trọng trong việc thu thập dữ liệu khí tượng Radiosonde là một thiết bị nhỏ được treo dưới quả bóng khí, bay lên với tốc độ khoảng 1.000 feet mỗi phút để đo nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, cũng như tốc độ và hướng gió Dữ liệu thu thập được sẽ được truyền về các trạm mặt đất qua máy phát vô tuyến, góp phần nâng cao độ chính xác trong dự báo thời tiết.
Chuyến bay khinh khí cầu có thể kéo dài lên đến 2 giờ hoặc hơn, đạt độ cao tối đa 115.000 feet và trôi dạt xa tới 125 dặm Trong suốt chuyến bay, nhiệt độ có thể giảm xuống tới -130°F và áp suất cũng thấp hơn nhiều so với mực nước biển.
Khi quả bóng bay tăng lên trong khí quyển, áp suất giảm khiến nó mở rộng cho đến khi đạt giới hạn đàn hồi, thường là khi đường kính vượt quá 20 feet Tại thời điểm này, khinh khí cầu bật lên và radiosonde rơi trở lại Trái đất, quá trình này được làm chậm nhờ vào dù Dù giúp bảo vệ người và tài sản trên mặt đất Hàng năm, có hơn 75.000 quả bóng bay được phóng đi, trong đó 20% được phục hồi và trả lại để tái sử dụng, với hướng dẫn trả lại được in trên mỗi radiosonde.
Phi công đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin thời tiết trên không trung, bao gồm sự nhiễu loạn, độ đóng băng và độ cao của đám mây Họ thu thập và báo cáo thông tin này trong suốt chuyến bay, tạo thành nguồn dữ liệu thời gian thực duy nhất Cùng với PIREPs, các quan sát từ thiết bị đo đạc tự động cũng được truyền tải qua hệ thống dữ liệu liên kết, góp phần vào việc cải thiện dự báo thời tiết hàng không.
Hệ thống chuyển tiếp dữ liệu khí tượng máy bay (AMDAR) là một chương trình quốc tế sử dụng máy bay thương mại để cung cấp quan sát thời tiết tự động, với khoảng 220.000 - 230.000 lượt quan sát mỗi ngày Chương trình này sử dụng cảm biến và đầu dò trên máy bay để đo gió, nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu động và dữ liệu đóng băng, từ đó cải thiện an toàn và hiệu quả hoạt động cho cộng đồng hàng không AMDAR còn nâng cao dự báo thời tiết ngắn hạn và trung hạn cho các dịch vụ như thời tiết phục vụ quốc phòng, thời tiết công cộng và giám sát môi trường Thông tin được truyền tải xuống mặt đất qua hệ thống liên lạc tần số cao (VHF) hoặc liên kết vệ tinh, đảm bảo tính chính xác và kịp thời của dữ liệu khí tượng.
Hệ thống thu thập và báo cáo dữ liệu khí tượng (MDCRS) là chương trình quan sát thời tiết tự động tại Hoa Kỳ, thu thập và phân phối quan sát thời tiết từ các hãng hàng không tham gia theo thời gian thực Dữ liệu thời tiết được truyền qua ACARS và quản lý bởi Công ty Điện tử Hàng không (ARINC) cùng nhiều công ty khác, sau đó chuyển đổi sang định dạng BUFR cho NWS và dữ liệu thô cho Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Khoa học Trái đất (ESRL) Hơn 1.500 máy bay cung cấp thông tin về gió, nhiệt độ, nhiễu loạn và độ ẩm Các hãng hàng không phối hợp với nhà sản xuất hệ thống điện tử để cung cấp dữ liệu khí tượng cụ thể Dữ liệu được giám sát và thu thập trong quá trình cất cánh, bay và hạ cánh thông qua Hệ thống Giám sát và Thu thập Dữ liệu Chuyến bay (FDAMS) và truyền qua ACARS Khi máy bay ra ngoài phạm vi ACARS, báo cáo sẽ được chuyển tiếp qua ASDAR và lưu vào bộ đệm cho đến khi máy bay trở lại phạm vi hoạt động của ACARS.
Hình 1.2 Ví dụ về phạm vi radar thời tiết 1.1.3 Quan sát radar
Có hai loại radar cung cấp thông tin về lượng mưa và gió:
Radar giám sát sân bay FAA thường được sử dụng để phát hiện lượng mưa Mặc dù radar này chủ yếu phục vụ cho việc phát hiện máy bay, nó cũng có khả năng xác định vị trí và cường độ mưa Thông tin này rất quan trọng để định tuyến giao thông hàng không xung quanh các điều kiện thời tiết khắc nghiệt tại sân bay.
Radar trên không là thiết bị quan trọng trên máy bay, giúp xác định vị trí và mức độ nhiễu loạn thời tiết Thiết bị này thường hoạt động ở băng tần C hoặc X, tương ứng với khoảng 6 GHz và 10 GHz, cho phép phát hiện cả những vùng có lượng mưa lớn.
Gần đây, sự tiến bộ trong công nghệ vệ tinh đã mở ra cơ hội sử dụng thương mại cho các liên kết thời tiết Nhờ vào các dịch vụ đăng ký vệ tinh, người dùng hiện có thể nhận tín hiệu truyền qua vệ tinh, cung cấp thông tin thời tiết gần thời gian thực cho khu vực Bắc Mỹ.
Báo cáo thời tiết hàng không
Báo cáo thời tiết hàng không, như METARs và PIREPs, không chỉ cung cấp thông tin chính xác về điều kiện thời tiết hiện tại mà còn được cập nhật vào các thời điểm khác nhau.
1.2.1 Báo cáo thời tiết định kỳ hàng không (METARs)
METAR là báo cáo thời tiết bề mặt hiện tại theo định dạng quốc tế, được công nhận toàn cầu Mặc dù mã METAR được áp dụng rộng rãi, mỗi quốc gia có quyền điều chỉnh mã này để phù hợp với quy trình địa phương và đơn vị đo lường cụ thể Những thay đổi này thường là nhỏ nhưng rất cần thiết.
METARs được phát hành theo lịch trình định kỳ, trừ khi có sự thay đổi thời tiết đáng kể Trong trường hợp này, một METAR đặc biệt (SPECI) có thể được phát hành bất kỳ lúc nào giữa các báo cáo METAR thông thường.
Một báo cáo METAR điển hình chứa các thông tin sau theo thứ tự tuần tự:
Báo cáo METAR có hai loại chính: báo cáo METAR thông thường được phát đi theo khoảng thời gian đều đặn và báo cáo hàng không đặc biệt SPECI, được cung cấp khi có sự thay đổi nhanh chóng về điều kiện thời tiết, rủi ro cho máy bay hoặc thông tin quan trọng khác.
Mã định danh trạm là một mã gồm bốn chữ cái do Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO) quy định Tại 48 trạng thái tiếp giáp, mỗi mã định danh ba chữ cái độc nhất được đặt trước chữ "K" Ví dụ, Sân bay Hạt Gregg ở Longview có mã định danh riêng.
Texas được xác định bằng mã ICAO “KGGG”, trong đó “K” đại diện cho quốc gia và “GGG” là mã sân bay Tại các khu vực khác như Alaska và Hawaii, hai chữ cái đầu tiên của mã ICAO cho biết khu vực hoặc tiểu bang, với Alaska luôn bắt đầu bằng “PA” và Hawaii bằng “PH” Để tìm số nhận dạng trạm, người dùng có thể liên hệ với FSS, văn phòng NWS hoặc tìm kiếm trên các trang web như DUATS và NOAA's Aviation Weather Digital Data Services (ADDS).
Báo cáo thời tiết được ghi lại với ngày và giờ theo định dạng sáu chữ số (161753Z), trong đó hai chữ số đầu tiên chỉ ngày, còn bốn chữ số sau thể hiện thời gian theo chuẩn METAR / SPECI Thời gian này luôn được tính theo giờ phối hợp quốc tế (UTC) và có chữ "Z" ở cuối để chỉ rõ rằng thời gian được đưa ra theo giờ Zulu (UTC), khác với giờ địa phương.
Công cụ sửa đổi trong METAR/SPECI cho biết báo cáo đến từ nguồn tự động hoặc đã được sửa chữa Khi ký hiệu “AUTO” xuất hiện, điều này xác nhận rằng báo cáo là từ nguồn tự động Ngoài ra, phần “Nhận xét” cũng sẽ chỉ ra loại cảm biến lượng mưa được sử dụng tại trạm tự động thông qua các ký hiệu “AO1” (không có bộ phân biệt lượng mưa) hoặc “AO2” (có bộ phân biệt lượng mưa).
Gió được báo cáo bằng năm chữ số (14021KT) trừ khi tốc độ vượt quá 99 hải lý/giờ, khi đó sẽ được báo cáo bằng sáu chữ số Ba chữ số đầu tiên thể hiện hướng gió thực tế, trong khi hai chữ số cuối cho biết tốc độ gió tính bằng hải lý Nếu gió thay đổi, nó sẽ được ghi là “VRB” Trong trường hợp gió giật, chữ “G” sẽ được thêm vào theo sau tốc độ gió (ví dụ: G26KT), với tốc độ gió đỉnh được ghi lại Nếu hướng gió thay đổi hơn 60° và tốc độ lớn hơn sáu hải lý/giờ, một nhóm số riêng biệt sẽ được phân tách bằng chữ “V” để chỉ ra các cực trị.
Khả năng hiển thị phổ biến được đo bằng dặm quy chế, thường được biểu thị bằng ký hiệu “SM” Thông tin này được báo cáo dưới dạng cả dặm và phân số dặm, giúp người đọc dễ dàng hiểu rõ hơn về điều kiện thời tiết và tầm nhìn.
Tầm nhìn đường băng (RVR) là khoảng cách mà phi công có thể nhìn thấy trên đường băng khi máy bay đang di chuyển RVR thường được báo cáo bằng chữ "R" theo sau là số đường băng và phạm vi tầm nhìn tính bằng feet Ví dụ, R17L / 1400FT có nghĩa là tầm nhìn là 1.400 feet trên đường băng 17 bên trái.
Thời tiết xung quanh sân bay được mô tả bằng cường độ nhẹ, trung bình hoặc nặng, với ký hiệu “VC” chỉ ra hiện tượng thời tiết cụ thể trong phạm vi từ năm đến mười dặm Các hiện tượng thời tiết có thể bao gồm mưa, che khuất và các hiện tượng khác như đám mây phễu.
Nhiệt độ không khí và điểm sương được đo bằng độ C (°C), trong đó nhiệt độ dưới 0°C được ký hiệu bằng chữ "M" để thể hiện điểm trừ.
Áp suất khí quyển được ghi nhận bằng inch thủy ngân (“Hg”) trong một mã số bốn chữ số (A2970), với chữ “A” đứng đầu Sự thay đổi áp lực có thể được thể hiện trong phần “Nhận xét” với ký hiệu “PRESRR” cho áp lực tăng và “PRESFR” cho áp lực giảm.
Giờ Zulu: một thuật ngữ được sử dụng trong ngành hàng không cho UTC, đặt toàn bộ thế giới theo tiêu chuẩn một lần.
1 đám mây phễu: đám mấy có hình phễu được tạo ra khi ngưng tụ không khí, là dấu hiệu cho thời tiết khắc nghiệt
Phần nhận xét trong METAR bắt đầu bằng "RMK" và có thể có hoặc không xuất hiện Nó cung cấp thông tin quan trọng như dữ liệu gió, khả năng hiển thị, thời gian của hiện tượng thời tiết, thông tin áp suất và nhiều thông tin cần thiết khác Ví dụ, nhận xét về hiện tượng thời tiết không thuộc danh mục nào khác có thể là OCNL LTGICCG, nghĩa là thỉnh thoảng có sét giữa các đám mây Các trạm tự động cũng sử dụng phần này để thông báo về thiết bị cần bảo trì.
1.2.2 Báo cáo thời tiết thí điểm (PIREPs)
Dự báo hàng không
Các báo cáo điều kiện thời tiết quan sát được là cơ sở để tạo ra dự báo cho khu vực cụ thể Nhiều sản phẩm dự báo khác nhau được phát triển nhằm hỗ trợ quá trình lập kế hoạch trước chuyến bay Phi công cần nắm rõ các loại dự báo quan trọng như dự báo sân bay (TAF), dự báo khu vực hàng không (FA) và các tư vấn thời tiết trong chuyến bay (SIGMET, AIRMET).
1.3.1 Dự báo sân bay đầu cuối (TAF)
TAF là một báo cáo thời tiết được thiết lập cho bán kính 5 dặm xung quanh, có hiệu lực trong 24 hoặc 30 giờ và được cập nhật bốn lần mỗi ngày vào các thời điểm 0000Z, 0600Z, 1200Z và 1800Z Báo cáo này sử dụng các mô tả và viết tắt tương tự như trong báo cáo METAR Nội dung của TAF bao gồm các thông tin quan trọng được trình bày theo thứ tự cụ thể.
Loại báo cáo: TAF có thể là dự báo thông thường (TAF) hoặc dự báo sửa đổi (TAF AMD).
Mã định danh trạm ICAO: mã định danh trạm giống như mã định danh được sử dụng trong METAR.
Ngày và giờ xuất xứ trong mã TAF được thể hiện bằng sáu số, với hai số đầu tiên chỉ định ngày và bốn số cuối cùng chỉ định thời gian Thời gian này luôn được cung cấp theo chuẩn UTC, được ký hiệu bằng chữ Z sau khối thời gian.
Ngày và giờ trong khoảng thời gian hợp lệ: khoảng thời gian hợp lệ TAF (0812/0912) tuân theo ngày / giờ của nhóm nguồn gốc dự báo Theo lịch trình TAFs
TAF được cấp lại bốn lần mỗi ngày vào lúc 0000, 0600, 1200 và 1800Z, với hai chữ số đầu tiên (08) chỉ ngày trong tháng bắt đầu TAF Hai chữ số tiếp theo (12) biểu thị giờ bắt đầu (UTC), trong khi 09 là ngày kết thúc TAF và hai chữ số cuối (12) là giờ kết thúc (UTC) của khoảng thời gian hiệu lực Dự báo bắt đầu lúc nửa đêm UTC được ghi là 00, và nếu thời gian kết thúc là nửa đêm theo múi giờ UTC, nó được ghi là 24 Ví dụ, TAF 00Z cấp vào ngày 9 của tháng và có giá trị trong 24 giờ sẽ có thời hạn hiệu lực từ 0900 đến 0924.
Dự báo gió được thể hiện qua một mã số năm chữ số, ví dụ như 15011KT Ba chữ số đầu tiên chỉ ra hướng gió so với phía bắc thực sự, trong khi hai chữ số cuối cùng thể hiện tốc độ gió tính bằng nút, ký hiệu bằng “KT” Đối với gió có tốc độ lớn hơn 99 hải lý/giờ, nó sẽ được mã hóa bằng ba chữ số.
Khả năng hiển thị dự báo được xác định theo dặm quy chế và có thể được thể hiện dưới dạng số nguyên hoặc phân số Nếu giá trị dự báo vượt quá sáu dặm, nó sẽ được mã hóa là “P6SM”.
Dự báo tình trạng bầu trời: được đưa ra ở định dạng tương tự như METAR
Nhóm thay đổi dự báo bao gồm các thông tin về điều kiện thời tiết và khoảng thời gian dự kiến cho bất kỳ thay đổi đáng kể nào trong khoảng thời gian TAF Thông tin này có thể được hiển thị dưới dạng “FM” và “TEMPO” “FM” được sử dụng khi có sự thay đổi nhanh chóng và đáng kể, thường xảy ra trong vòng một giờ, trong khi “TEMPO” dành cho các biến động tạm thời của thời tiết, dự kiến kéo dài dưới 1 giờ.
PROB30: một tỷ lệ phần trăm nhất định mô tả xác suất giông bão và lượng mưa xảy ra trong những giờ tới.
1.3.2 Dự báo khu vực (FA)
FA cung cấp dự báo thời tiết chi tiết về các đám mây, điều kiện thời tiết chung và điều kiện khí tượng thị giác (VMC) cho một khu vực rộng lớn bao gồm nhiều tiểu bang Dự báo khu vực này được cập nhật ba lần mỗi ngày và có hiệu lực trong vòng 18 giờ Thông tin này rất quan trọng cho các hoạt động bay, cũng như cho các sân bay nhỏ hơn.
Dự báo khu vực thường được phổ biến trong bốn phần và bao gồm các thông tin sau:
Tiêu đề: cung cấp mã định danh vị trí của nguồn FA, ngày và giờ phát hành, thời gian dự báo hợp lệ và khu vực phủ sóng.
Trong bài viết này, chúng tôi mô tả các trạng thái phòng ngừa liên quan đến điều kiện IFR, hiện tượng che khuất núi và nguy cơ giông bão Các thông tin về chiều cao được trình bày theo tiêu chuẩn MSL, và nếu có thông tin khác, chiều cao AGL hoặc trần (CIG) sẽ được ghi nhận rõ ràng.
Tóm tắt nội dung: đưa ra một bản tóm tắt ngắn gọn xác định vị trí và chuyển động
Mây và Thời tiết VFR cung cấp thông tin chi tiết về các điều kiện bầu trời, khả năng hiển thị, cũng như dự báo thời tiết trong 12 giờ tới và triển vọng trong 6 giờ tiếp theo.
Tư vấn thời tiết trên chuyến bay
Khuyến cáo thời tiết trên chuyến bay cung cấp thông tin chi tiết về các điều kiện thời tiết nguy hiểm tiềm tàng cho máy bay Những thông tin này được gửi cho phi công trước khi khởi hành, giúp họ lập kế hoạch bay an toàn Các khuyến cáo này được phân loại thành ba hình thức chính: AIRMET, SIGMET và SIGMET đối lưu.
AIRMET (WAs) là khuyến cáo thời tiết dành cho chuyến bay, được phát hành mỗi 6 giờ và cập nhật khi cần thiết cho các khu vực dự báo cụ thể Thông tin trong AIRMET rất quan trọng đối với hoạt động của tất cả các máy bay, đặc biệt là những hiện tượng thời tiết có thể gây nguy hiểm cho máy bay hạng nhẹ và các máy bay có khả năng hoạt động hạn chế.
Mỗi bản tin AIRMET có mã chữ và số cố định, được đánh số theo thứ tự bắt đầu từ lần báo cáo đầu tiên trong ngày Mã Sierra biểu thị tình trạng IFR và độ che khuất núi, trong khi mã Tango thể hiện sự hỗn loạn của gió và mức độ đóng băng.
SIGMET (WS) là những cảnh báo thời tiết không đối lưu quan trọng cho tất cả các chuyến bay, báo cáo về các hiện tượng nguy hiểm như đóng băng nghiêm trọng, nhiễu động cực đoan, và bão bụi hoặc cát gây giảm tầm nhìn Các thông báo này có giá trị trong 4 giờ, nhưng nếu liên quan đến bão, thời gian hiệu lực sẽ kéo dài đến 6 giờ.
SIGMET được phát hành theo định danh chữ cái từ tháng 1 đến tháng 12, với lần phát hành đầu tiên được chỉ định là SIGMET thời tiết khẩn cấp (UWS) Các SIGMET sẽ được đánh số tuần tự cho cùng một hiện tượng thời tiết cho đến khi hiện tượng đó kết thúc.
SIGMET đối lưu (WST) là khuyến cáo thời tiết quan trọng trên chuyến bay, cảnh báo về các điều kiện đối lưu nguy hiểm có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của các chuyến bay Khuyến cáo này được phát hành cho những cơn giông bão nghiêm trọng với sức gió bề mặt vượt quá 50 hải lý/giờ, mưa đá có đường kính từ 3/4 inch trở lên hoặc sự xuất hiện của lốc xoáy Ngoài ra, SIGMET cũng được sử dụng để thông báo cho các phi công về những cơn giông bão, dòng giông bão hoặc những cơn bão có lượng mưa lớn, ảnh hưởng đến diện tích 40% hoặc hơn 3000 ô vuông dặm.
SIGMET đối lưu được phát hành cho các khu vực miền đông (E), miền tây (W) và miền trung (C) Hoa Kỳ, với báo cáo được công bố vào lúc 55 phút sau giờ Các SIGMET đối lưu đặc biệt có thể được phát hành tạm thời và có giá trị trong 2 giờ Mỗi báo cáo được đánh số tuần tự từ 1 đến 99 mỗi ngày, bắt đầu từ 00Z (giờ Zulu, tương đương 6 giờ sáng).
Phân tích thực trạng vấn đề và nguyên nhân
Hiện nay, hệ thống dự báo thời tiết số (NWP) đang được nghiên cứu rộng rãi và được ứng dụng phổ biến trên toàn cầu Các nhà nghiên cứu nhận định rằng NWP đã được thiết lập một cách hoàn hảo, mang lại độ chính xác cao trong việc dự đoán thời tiết.
Nghiên cứu của Richard Carbone chỉ ra rằng hoạt động của NWP còn nhiều sai sót và chưa dự đoán thời tiết chính xác Sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng, nghiên cứu đã thu thập và phân tích số liệu để chứng minh luận điểm ban đầu của Carbone Kết quả cho thấy cả hai mô hình của NWP đều dự đoán sai về thời gian và cường độ mưa.
Hình 2.3 Sai sót số liệu hàng năm từ Khí tượng thủy văn của NCEP
Qua bảng biểu, có thể nhận thấy sự sai lệch đáng kể giữa hai hệ thống dự báo thời tiết số (NWP), với một số năm lượng mưa tính toán sai lên tới 0.5 inch Các nghiên cứu hiện tại cho rằng việc NWP cung cấp thông tin dự báo thời tiết chính xác là không khả thi, chứng minh rằng các nghiên cứu trước đây còn nhiều sai sót.
Nhiều nguyên nhân dẫn đến việc phán đoán sai về NWP trong các nghiên cứu hiện nay, bao gồm yếu tố thu thập dữ liệu, hoạt động của bề mặt khí quyển, sự biến mất của đám mây và sai số trong đo đạt nhiệt độ Những số liệu này rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu thành và luôn biến đổi theo thời gian, do đó, sai sót trong thu thập dữ liệu khi đưa vào hệ thống là điều khó tránh khỏi.
Một sự cố nghiêm trọng đã xảy ra với chiếc Boeing 737 khi bay ở độ cao FL280, khi máy bay bị lệch hướng do nhiễu động thời tiết Hệ thống lái tự động mất kết nối, với tham số dọc ghi nhận lên tới +2.16 g, khiến một tiếp viên bị thương May mắn thay, phi hành đoàn đã kịp thời chuyển hướng và hạ cánh an toàn tại một sân bay khác.
Nguyên nhân: do tàu bay đối mặt với nhiễu động không khí mà không được báo trước.
Sự thiếu sót trong dự đoán nhiễu động được gây ra bởi những thay đổi trong các thông số trong quá trình thu thập dữ liệu.
Giải pháp về vấn đề nghiên cứu
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sự phát triển của ngành hàng không đòi hỏi ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ để đảm bảo an toàn bay Trong đó, dịch vụ thời tiết hàng không đóng vai trò quan trọng, cung cấp dự báo thời tiết giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình bay.
Thông tin thời tiết được cập nhật liên tục đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu rủi ro trong ngành hàng không và hỗ trợ hiệu quả cho quản lý bay Mặc dù đã trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển, dịch vụ thời tiết hàng không vẫn gặp phải nhiều thách thức trong thực tế.
Trong thời gian tới, hệ thống dịch vụ thời tiết cần tăng cường mật độ trạm quan trắc bề mặt và tự động, đồng thời nâng cao năng lực công nghệ thông tin và truyền tin Việc nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong điều hành hệ thống sẽ cải thiện độ chính xác của dự báo thời tiết Các giải pháp đề xuất trong chuyên đề này là những bước cơ bản và cần thiết cho sự phát triển của nghiên cứu Với tính bất định và diễn biến phức tạp của thời tiết, cần có chiến lược đầu tư nghiên cứu hợp lý để tối ưu hóa hệ thống và kiểm soát các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai.