日前，以“科教融汇创新，全链协同攻关”为主题的技术研讨与成果发布会在中国民航大学东丽校区召开。会上，中国民航大学空中交通管理学院以魏志强为负责人的校聘团队，发布了复杂气象环境“探—算—造—管”全链技术成果。该成果从探测反演、仿真计算、风场再造、风险管控四大维度，创新性形成整体链条，聚焦破解复杂气象对飞行器安全高效飞行的制约难题，构建起全链条技术解决方案。
复杂气象环境是飞行器安全、高效飞行的重要威胁源之一。针对这一挑战，魏志强团队致力于通过技术创新提升对危险天气的感知、预测与测试能力，自主研发了激光雷达探测、分钟级气象预报、阵列风扇风场模拟等系统，为实现更安全、更可靠的低空飞行运行提供关键技术支撑。
探测反演：激光雷达“看透”复杂气象
探测反演是认知气象世界的关键。激光雷达发射的激光束，遇到大气中的气溶胶颗粒后会产生反射激光，发射和反射的频率差就反映了颗粒物的风速大小。这个原理就是多普勒效应，类似于生活中救护车警笛声在靠近时音调变高（频率增加）、远离时音调变低（频率降低）。研究团队突破激光雷达气象要素反演算法，攻克背景风场干扰剔除、尾涡参数反演、AI（人工智能）尾涡识别预测等技术难题，让“气象激光眼”看得更清、判得更准，帮助飞行器更好地应对复杂风场的威胁。
该项研究的相关成果已成功转化应用到航天新气象科技有限公司、南京牧镭激光科技有限公司等企业的激光雷达产品中，让设备对尾涡、风切变、湍流的监测更精准。
仿真计算：实现分钟级气象预报
借助仿真计算的灵活可重复优势，团队在数字世界里构建了一个高度逼真的“虚拟大气环境”。这个数字模型不仅能够模拟风雨雷电等自然天气现象，更能将城市特有的“非自然”气象因素——如建筑群导致的复杂风场、沥青和混凝土带来的“热岛效应”，甚至工业生产、交通排放对局部气候的影响，以及空中飞行器之间产生的气流波动影响，都一一纳入计算，致力于攻克城市复杂风场分析、快速仿真、短临预报等难题。
团队利用北京聚恒博联捐赠给中国民航大学的航空气象自动观测设备，已实现温度、湿度、气压、能见度等要素的分钟级短临预报，为飞行决策提供及时参考。
风场再造：自研设备摆脱测试困境
要准确测试一架飞机或无人机在混乱气流中的飞行性能，是让设计师和制造商头疼的难题之一。过去，他们主要依赖两种方法：一是把缩比模型放在传统的“风洞”里吹，但这种设备只能产生均匀、稳定的风，无法模拟真实世界千变万化的乱流，而且造价极其昂贵；二是直接进行户外真机试飞，但天气无法控制，同样的测试条件难以复现，风险高且数据采集困难。
为了解决这些痛点，团队教师刘聪等人从2020年起自主研发了一套名为“阵列风扇式可控风墙”的颠覆性设备。这套设备的核心是一面由大量风扇组成的“墙”，每个风扇都能被独立精确控制。通过协调这些风扇的转速和角度，研究人员就像指挥一支交响乐团，能定量“编织”出各种复杂的风场——例如瞬间改变风向和速度的“风切变”、令人措手不及的“十字风”，以及无规律的“湍流”，完美复现了现实世界中最危险也最复杂的飞行环境。
当前，相关成果也已通过科技成果转化实现落地应用，为低空飞行器气动特性测试提供新路径。
风险管控：筑牢低空运行安全防线
为了让低空飞行器既“飞得起来”又“飞得安全”，团队提出了“适航+运行”的双重保障思路。“适航”好比是确保飞机本身是一辆“质量过关的好车”；而“运行”则是为这辆车制定“交通规则”、建设“智能公路”并实施“空中交警”式的全程管控。
结合空中交通管理学院的学科优势，团队重点做好“后适航时代”的飞行器测试、风险预测与运行管控，针对性破解复杂低空环境下无人机运行风险评估与监测难题。
基于国家重点研发项目“有人无人驾驶航空器融合运行安全风险监测技术”的研究成果，团队教师孟令航提出了航迹符合性概念，解决了无人机运行中的空中与地面风险评估难题，构建了安全间隔计算模型，支撑国家低空空域航线划设间隔标准研究、四川自贡无人驾驶航空实验区有人无人机融合运行安全间隔评估，以及浙江绍兴低空无人机航线运行风险评估等工作。课题组研制了复杂电磁环境采集与分析系统和高精度航迹符合性测试装备，在山东滨州建设无人机航迹符合性测试试验场，为低空空域准入航迹保持能力测试提供体系化解决方案；研制了低空空域融合运行安全风险仿真评估系统，提供数字化空域基座、运行场景建模、跨平台开发接口、快速仿真引擎等功能，支持低空空域规划、空域容量评估、低空运行风险监控预警、在线机器学习等仿真和运行评估，为搭建低空安全研究学科平台奠定基础。
团队负责人魏志强表示，此次发布的“探—算—造—管”全链技术成果，紧紧围绕学校“深耕航行体系安全，保障低空经济发展”战略赛道展开。团队充分借助科技创新研究院与空中交通管理学院的协同机制，在一流平台中凝练重大课题、推进实用成果落地，努力作出一流贡献。同时，团队也深度融合“交通运输工程”一级学科博士点与“交通运输”博士专业学位授权点的资源优势，与空中交通运行控制、航空气象、航空交通安全与环境等民航特色学科交叉协同，坚持“把科研论文写在祖国的天空之上”，以实实在在的科研成果助推学科跨越式发展，服务行业现实需求。
通讯员 陈红叶