航空氣象現代化作業系統氣象技術增強計畫成果介紹

莊清堯

飛航服務總臺

摘要

飛航服務總臺(下稱總臺)鑑於全球航空運輸業之持續擴張與成

長，為提升航空氣象服務之效率及品質，自 1997 年 7 月起推動「航

空氣象現代化作業系統」建置計畫，與美國大氣科學大學聯盟所屬之

美國國家大氣科學研究中心合作，在臺美航空氣象現代化作業系統發

展技術合作協議下，先後進行了三期之航空氣象現代化作業系統計畫。

本文即針對 2011 年至 2014 年進行之「航空氣象現代化作業系統氣象

技術增強計畫」(即三期計畫)，進行相關成果介紹。

關鍵詞：航空氣象現代化作業系統、氣象技術增強、AOAWS-TE、臺北

航空氣象中心、航空氣象服務

一、 前言 航空氣象與飛行安全關係密切，根據資料顯示，劇烈或惡劣天

氣常為造成飛機失事、延遲及機場關閉之主要因素。隨著航空工業的

快速發展，航空運輸量亦急速成長，使得航機能夠避開危險天氣之空

域逐漸減少。為增進飛行安全與空域使用效能，國際各飛航情報區紛

紛建置現代化之航空氣象作業系統。

總臺鑒於航空運輸業之持續擴張與成長，為提升航空氣象服務

之效率及品質，自 1997 年 7 月起推動「航空氣象現代化作業系統」

建置計畫，與美國國家大氣科學研究中心合作，於 2002 年 7 月完成

「航空氣象現代化作業系統」之建置。該系統整合氣象資料之綜合處

理、即時傳播及查詢顯示等功能，令飛航相關人員（特別是駕駛員與

簽派員），得以快速取得臺北飛航情報區（以下簡稱本區）之各類航

空氣象資訊。

圖 1、航空氣象現代化作業系統

其後自 2006 年 1 月至 2010 年 12 月進行期程 5 年之「航空氣象

現代化作業系統強化及支援計畫」，將航空氣象資訊服務提升至穩定、

友善及便捷之服務層次。

2011 年 1 月起則再度與美國國家大氣科學研究中心合作，進行

為期 4 年之「航空氣象現代化作業系統氣象技術增強計畫」，引入國

際間之最新即時預報技術，並依使用者回饋意見，打造更為符合使用

者需求之操作介面，使本區之航空氣象服務朝向客製化及精緻化邁

進。

二、 計畫成果及效益 (一) 發展即時積冰診斷產品(CIP)

1、成果：

透過提升數值預報準確度，及引入空中報告與閃電偵測資料

(如圖2)，發展出積冰機率、過冷大水滴(Supercooled Large Drop，

SLD)潛勢及積冰強度等三種即時積冰預報產品(如圖 3至圖 5)。

圖 2、飛行中積冰診斷產品使用資料

圖 3、CIP 積冰強度 圖 4、CIP 積冰機率

圖 5、過冷大水滴潛勢

2、效益：提供更為即時且準確之積冰診斷產品

根據個案研究，及比對早先之積冰預報產品(FIP)及預報員

預報結果，指出發展 CIP 之效益如下：

(1) CIP 之整體可偵測率(Percentage of Detection；POD)達

95%。

(2) CIP 之短期 POD 值優於 FIP 約 5%。

(3) CIP 與預報員所進行之長時間預報結果進行比較， CIP 亦

優於預報員預報結果約 10%。

此外，CIP 建置完成後，資料更新速率由原本(FIP)的每 6

小時更新一次，提升為每半小時更新一次，大大提升資料品質及

使用效率。而 CIP 著重於短期預報資料之準確性，而原 AOAWS 之

FIP 著重於長時間預報結果(如圖 6)。因此臺北航空氣象中心預

報人員將目前使用的以模式預報資料進行診斷的積冰預報產品

(FIP)，現可搭配 CIP 的即時預報(Nowcasting)技術，在可同時

間兼顧短時間預報準確性及長時間預報結果之優勢下，提供本區

更為即時且準確的積冰預報資訊。

圖 6、飛行中積冰預報產品(CIP)與積冰預報產品(FIP)應用時間

圖

(二) 發展即時亂流偵測產品(NTDA)

1、成果：

透過完整之資料傳輸監控程序，即時取得並處理五分山、墾

丁、七股及花蓮等四座雷達之回波強度、波譜寬度及徑向風場等

資料，演算出不同高度及位置之渦流消散係數(EDR)，作為界定

亂流強度的客觀標準(EDR 越大表示亂流強度越大)，以提供不同

空層之雲中亂流強度診斷結果(如圖 8)。

圖 8、NTDA 產品及剖面圖

2、效益：擴展亂流預報適用範圍及準確率

完成 NTDA 產品發展之後，「航空氣象現代化作業系統」業可

同時提供晴空(無雲狀態)及雲中亂流預報資訊。另據研究結果指

出 NTDA 效益如下：

(1) NTDA 對於實際發生亂流情況之 POD 值可達 80%，對未發生亂流情況之 POD 值可達 77%。

(2) NTDA 結果與機載裝備所測 EDR 結果進行比對，可得其相關係數為 0.57，另在 EDR 大於 0.5 以上時，兩者相關係數可

達 0.77，顯示 NTDA 所演算結果與航機真實感受亂流強度接

近。

(3) NTDA 與 ITFA 互為輔助後，對於整體亂流之 POD 值可達

(小時) 

91%。

此外由於雲中亂流常發生於快速發展的對流天氣系統中，而

對流天氣系統亦常有移動快速之情況。NTDA 之高更新率(每 5 至

7 分鐘更新一次)，正可有效診斷出對流天氣系統中之亂流情況。

(三) 發展機場雲冪與能見度預報產品

1、成果：

以數值天氣預報模式(Weather Research and Forecast Model，

WRF)預報資料所建立之原始模式輸出統計預報(Model Output

Statistics，MOS)為基礎，將觀測資料修訂 MOS 預報值方法，由

線性外延改為線性權重調整方式(如圖 9)，並依相關結果發展及

測試調整後之機場雲冪高及能見度預報產品，將預報更新頻率由

每 30 分鐘提升為每 15 分鐘，並將預報有效時間由原本 18 小時

延長為 24 小時，有效提升預報資料可用範圍。

圖 9、MOS 資料調整線性權重方法

2、效益：

(1) 提升預報準確率 經比較新舊演算法各種氣象參數之均方根誤差值

(Root-Mean-Square Error， RMSE)分析結果顯示，新演算法之

均方根誤差值在所有的氣象參數中均呈現明顯降低的趨勢(圖

10)，同樣的現象也出現所有民航機場的平均RMSE分析結果中，

亦即在整體性的天氣變化中有降低誤差的趨勢。經統計均方根

誤差值改善的幅度大約為 20%左右，而影響飛航安全重要的風

速、雲冪及能見度等氣象參數之改善幅度更達 25%，可見新產

品可提供較接近實際天氣之預報資訊。

圖 10、松山、桃園及高雄三個機場之各氣象參數之預報均方根誤差

平均值分析圖

另經統計本區機場天氣預報準確率結果(如圖11)，可見2011

至 2014 年之機場天氣預報呈現逐年成長的趨勢，顯示機場雲冪

及能見度預報產品之強化對預報準確率之提升確有幫助。

圖 11、歷年機場預報準確率圖

(2) 以客觀工具取代人為主觀判斷 不同天氣系統可能造成同一機場出現類似的天氣情況，而

相同的天氣系統亦可能造成不同機場出現不同的天氣狀態。其

主要原因在於地形可能使天氣系統之影響出現變化。而過去主

觀判斷結果的好壞，多半需要氣象人員對於當地環境及氣候特

性之經驗累積後，才能給予較佳的預報結果。而機場雲冪及能

見度預報產品即是利用統計方式比對實際天氣與數值天氣模式

之關聯性，而其關聯性即隱含著地形影響結果，因此將關聯性

納入演算法後，系統即可產出較為客觀的預報結果，藉此降低

人為因素對預報之影響。

(四) 強化顯示系統

1、成果：

(1) 強化新一代航空氣象多元產品顯示系統(JMDS) 新一代航空氣象多元產品顯示系統(JMDS)於 2007 年完成

建置，為一跨平臺、不受特定系統主機限制之顯示系統，可透

過航空氣象服務網之對外服務網路，提供各類即時航空氣象產

品。本計畫持續依使用者需求提升其功能如下：

A、 強 化 世 界 區 域 預 報 中 心 所 提 供 之 區 域 高 層(FL250~FL630)天氣預報資料顯示功能(如圖 12)。

B、 新增航路報告點資料查詢功能(如圖 13)。 C、 新增氣象圖形工具(meteogram)(如圖 14)。

D、 新增紅外線衛星雲圖差分資料查詢功能(如圖 15)。

80.10%

82.60%

84.70%

86.40%

87.90%

2010 2011 2012 2013 2014

年度

機場天氣預報準確率

圖 12、世界區域預報之圖形化資料 圖 13、航路報告點查詢資料

圖 14、氣象圖形工具 圖 15、紅外線差分雲圖

(2) 強化航空氣象服務網 航空氣象服務網於 2008 年建置，本計畫亦持續蒐集使用者

意見進行強化如下：

A、 建置機師專區及簽派員專區 B、 增設機場颱風警報影音說明檔 C、 顯示 AOAWS-TE 所整合之新資料

2、效益：

(1) 強化服務效率 透過上述 JMDS 與航空氣象服務網之強化，有效提升服務效

率及品質，進而使 JMDS 及航空氣象服務網之使用率明顯成長，

根據網站登入次數統計，本計畫執行期間，航空氣象服務網登入

人數由 2010 年之 32,987 人成長至 2014 年之 139,765 人，成長

幅度達 323%(如圖 16)。

圖 16、航空氣象服務網網站年度瀏覽人數

(2) 符合使用者需求 除強化使用者介面外，亦同時依使用者需求提供客製且精緻

化之服務內容，如設立機師與簽派員專區及機場颱風警報影音說

明檔等，幫助使用者快速蒐集且瞭解資訊內容，並能正確的將其

使用於日常作業之中。

(五) 評估及改善低空風切警報系統(LLWAS)

1、成果：

(1) 機場低空風切警報系統(LLWAS)評估

架設於松山、桃園機場之低空風切警報系統(LLWAS)自

2002 年起已運作超過 10 年，為減低環境變遷對 LLWAS 測風

感應器之衝擊，並且評估各測風感應器及資料運算主機是否

出現老化情況，爰就各測風感應器之架設環境進行完整檢視

與評估。

圖 17、LLWAS 系統畫面

3298742869

68337

106263

139765

020000400006000080000100000120000140000160000

99 100 101 102 103

年度

網站年度瀏覽人數

(2) 辦理低空風切警報系統使用者說明會

令使用者對架設於松山、桃園機場之 LLWAS 系統有更深

一層之認識，加強其對松山、桃園機場所發布低空風切資訊

之信心，同時蒐集相關回饋意見。

2、效益： (1) 確保松山及桃園機場低空風切警報資訊之正確性

透過完整檢視系統軟硬體、測風感應器、測風塔以及各

測站環境，了解系統運作情況與資料之與警報資料之準確

性。

(2) 了解國際間低空風切偵測系統發展趨勢

藉由本項工作之進行，與此領域之專家權威進行交流，

了解近年來國際間低空風切偵測系統之發展趨勢，提供未來

進行系統汰換升級時參考。

(3) 提升服務品質

經由舉辦使用者說明會，請相關專家針對使用者疑問進

行說明，以提升使用者對松山、桃園機場所發布低空風切資

訊之信心，進而提升服務品質。

(六) 資料系統升級及整合

1、成果：

(1) 整合航空氣象資料

A、整合新一代衛星資料

透過日本氣象協會(Japan Weather Association，JWA)，

取得歐洲 METEOSAT、美洲 GOES 衛星資料、日本 MTSAT 衛星

原始格式資料及全球衛星整合資料，並順利引進系統中(如圖

18 至 22)。其中日本 MTSAT 衛星資料另分離出紅外線第 1 至

第 4 頻道雲圖產品，氣象人員可依不同紅外線雲圖特性進行

更為細緻的天氣系統分析。

圖 18、MTSAT-2 可見光雲圖 圖 19、MTSAT-2 紅外線雲圖

圖 20、METEOSAT 紅外線雲圖 圖 21、GOES-East 紅外線雲圖

圖 22、全球紅外線雲圖(可提供全球雲圖資訊)

B、整合飛機報告資料

透 過 日 本 氣 象 協 會 取 得 全 球 AMDAR(Aircraft

Meteorological Data Relay)及例行空中報告(Routine

AIREPs，ARP)，同時針對本區之 ACARS 及特別空中報告

(SPECIAL AIREPs；ARS)，協調長榮及中華航空公司提供飛

機 通 信 定 址 與 報 告 系 統 (Aircraft Communication

Addressing and Reporting System，ACARS)資料格式，以

強化解讀其資料之能力(如圖 23)，使「航空氣象現代化作

業系統」得以完整顯示空中報告資料。

圖 23、AMDAR 資料

C、整合世界區域預報資料

配合世界預報中心(World Area Forecast Center，

WAFC)2012 年 6 月以世界區域預報系統網際網路檔案服務

(The World Area Forecast System Internet File Service，

WIFS)取代ISCS衛星廣播提供世界區域預報資料；及於2013

年 11 月改提供 GRIB2 取代 GRIB1 格式資料之進程。「航空

氣象現代化作業系統」提前於 2012 年 6 月完成 GRIB2 格式

資料之切換，以新格式資料提供服務。

圖 24、世界區域預報中心所提供之 GRIB2 風場預報資料

D、整合機場地面氣象觀測系統資料

為令使用者得以取得更為即時之機場天氣資訊，「航空

氣象現代化作業系統」於 2008 年完成松山、桃園及高雄機

場地面氣象觀測系統(AWOS)資料顯示介面，提供使用者透

過單一畫面取得特定機場之 AWOS 儀器資料。

其後尚持續配合各機場 AWOS 汰換期程，陸續新增金門、

馬祖北竿、馬祖南竿、豐年、綠島、蘭嶼、七美、望安及

恆春機場之 AWOS 資料(如圖 25)。

圖 25、AWOS 資料顯示介面

2、 效益： (1) 擴展航空氣象資料範圍與種類

透過致力與航空公司協調提供飛機報告資料，增加空中

報告資料來源；與軍方氣象單位協調，提升其機場觀測及預

報資料品質；與日本氣象協會協議取得歐洲 METEOSAT、美洲

GOES 衛星資料、日本 MTSAT 衛星原始資料格式及全球衛星合

成圖等相關資料，有效拓展資料供應之範圍與種類，提升服

務品質。

(2) 提供更為即時之航空氣象資訊

透過整合於系統之 AWOS 資料，令使用者可直接了解機場

天氣變化之趨勢，進而及早因應，有效提升服務品質。

三、 結論 「航空氣象現代化作業系統氣象技術增強計畫」引進了國際先

進之航空氣象資訊與技術，將即時診斷及預報概念納入 AOAWS 系統中，

除完成「提升航空氣象預報準確率」、「增進航空氣象服務品質與效率」

及「增進系統開發及維運能力」等計畫目標外，更將本區之航空氣象

服務帶向客製化及精緻化之新境界。未來本區仍將持續關注並適時引

進國際間之最新科技，朝高品質及高效率之服務目標大步邁進。

參考文件

[1] Cory A. Wolff, Frank McDonough, Marcia K. Politovich, Ben C. Bernstein, and Gary M. Cunning. FIP Severity Technical

Document.

[2] Ben C. Bernstein, Frank McDonough, Cory A. Wolff, Marcia K. Politovich,Gary Cunning, Steven Mueller and Stephan Zednik.

THE NEW CIP ICING SEVERITY PRODUCT.

[3] The Graphical Turbulence Guidance (GTG) Algorithm. http://www.ral.ucar.edu/projects/itfa/turbdesc.html

[4] Graphical Turbulence Guidance. http://aviationweather.gov/exp/gtg/mdtter.php

[5] NCAR Turbulence Detection Algorithm (NTDA). http://www.rap.ucar.edu/projects/ntda/

[6] Turbulence Detection Algorithm (NTDA). http://www.rap.ucar.edu/general/press/brochures/turbulen

ce_9_06.pdf

[7] 航空氣象現代化作業系統航空氣象產品手冊.2014 年 11 月版. [8] 航空氣象現代化作業系統氣象技術增強計畫（AOAWS-TE）結案

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