恶劣天气是糟糕的生意。如果您是航空公司或商业飞行员，情况尤其如此，尽管它会影响到所有人。天气相关的延误和取消每年会因生产力损失给经济带来数十亿美元的损失，其中大部分由航空公司自身承担。当然，天气偶尔也会造成人员伤亡。有时，快速形成的天气事件或飞行员的糟糕决定会导致生命丧失。人们在恶劣天气中飞行时丧生（您大多听说大型客机发生这种情况，但小型飞机 坠毁的频率比您想象的要高）。正因如此，技术巨头霍尼韦尔公司派遣工程师驾驶一架拥有 60 年历史的双引擎螺旋桨飞机在空中寻找风暴。今天，我也将与他们同行。
霍尼韦尔是一家您知道但可能不知道自己知道的科技解决方案公司（他们制造了从您办公楼里的消防安全系统、警察更好的防弹衣材料，到我们汽车更耐用的刹车片等各种产品），今天，他们正在展示一个针对我们可能未曾意识到的共同问题的解决方案：当我们登上飞往任何地方的航班时，驾驶舱里的飞行员对前方天气的视野非常有限。在某种意义上，他们几乎是在“盲飞”，驶入一个可能很快变得危险的大气层。
霍尼韦尔最新的飞机气象雷达系统通过以三维方式呈现前方天气的详细图像，消除了这种不确定性，甚至能够以 90% 的准确率预测风暴系统中何处隐藏着最恶劣的天气。这种准确性使飞行员能够在必要时偏离航线，并且在必要时，他们可以规划一条穿越或绕过恶劣天气的最佳路线——在这两种情况下都能节省燃油、时间和金钱。驾驶舱信息的改善应该能减少延误，缩短航程，并大大节省成本和燃油（更不用说更顺畅的旅行体验了）。而在那种罕见但可怕的情况下，这样的系统甚至可以拯救生命。
旧方法
我们的客机在很大程度上是老旧的机器——拥有老旧系统的飞机。气象雷达也不例外。安装在飞机机头，传统的雷达天线向飞机前方空间发送一个平坦的水平光束，并接收从物体（如云）反射回来的信号。在他们的显示屏上，飞行员只能看到飞机前方天空的一个狭窄的水平切片，就像我们在早晨气象广播中看到的云层鸟瞰图一样。飞行员可以向上或向下倾斜雷达光束以采样天空的不同切片，但在任何给定时刻，他们只能看到雷达所指向的地方。
考虑到风暴系统是复杂的且是三维的，二维水平雷达只能提供前方风暴的薄弱剖面。例如，想要定位一个来袭的雷雨云顶的飞行员，必须向上和向下倾斜雷达，寻找风暴不再出现在显示屏上的高度，然后根据雷达倾斜的角度计算出距离飞机的距离，同时还要考虑到飞机正在高速飞行的事实。如果计算正确——这里有很大的空间出现人为错误；飞行员在进行这些计算的同时还在驾驶飞机——驾驶舱人员就能对他们需要爬升多高才能避开风暴获得一个不错的估计。
前提是雷达能看到风暴。雷达系统——特别是那些工作在较短波长上的雷达——容易受到所谓的衰减影响。简单来说，当雷达光束被风暴散射或吸收，只返回一个非常微弱的回波时，就会发生这种情况。这种情况往往发生在更远的距离，以及当光束必须穿过许多水滴或大气中的冰晶时。因此，风暴越大、水汽越足，就越有可能衰减雷达光束。而在雷达屏幕上，衰减的雷达光束看起来什么都没有。它是黑色的，就像空旷的空间一样。最大的风暴可能看起来根本不存在。
更复杂的地面雷达和卫星也能跟踪非常恶劣的天气，空中交通管制员在有时间的情况下也会为飞行员提供更好的信息。但是，跟踪天气并利用这些信息优化调整航线的工作，完全由飞行员自己承担。您可能会惊讶地发现这些信息可能多么稀缺。飞行员并不知道很多，而他或她所知道的也受到技术和人为错误的双重影响。
展望 320 英里外的未来
“在传统雷达上是看不到这个的，”拉坦·卡特瓦博士说，他的脸和飞机客舱内安装的雷达屏幕几乎同时亮了起来。卡特瓦是霍尼韦尔航空航天公司的首席工程师，也是今天的司仪，我们正从杜勒斯国际机场起飞，乘坐霍尼韦尔公司今年已经 60 岁的 Convair 580 测试飞机，在弗吉尼亚州上空以约 20,000 英尺的高度巡航（它过去曾为联合航空运营客运航线）。他说的意思是，除非您是训练有素的飞行员、气象学家，并且非常幸运，否则您无法在标准二维雷达上看到我们面前雷达屏幕上显示的内容。即使那样，您也无法像这样“看到”它。您必须从数据中推断出来，并想象它实际上是什么样子。
霍尼韦尔称其技术为 IntuVue，原因不言而喻：我没有任何航空或气象学背景，却能直观地读懂这个屏幕。这是故意设计的。卡特瓦告诉我们，培训手册只有十页，而即使是十页的阅读也觉得枯燥的飞行员，也可以参加一个简短的在线培训课程。这是因为，通过在新型雷达天线上增加一层自动计算，IntuVue 确保飞行员只需最少的工作就能获得出色的雷达解释。它将倾斜光束、算术和猜测从这项任务中剔除，让飞行员对前方天空有一个相当完整的视图。
IntuVue 的重大创新在于，它能捕捉飞机前方 180 度整个范围内的天空的 3D 快照。它不仅仅是脉冲一个水平雷达光束来捕获一个平坦的大气层切片，而是快速地扫描和倾斜，以捕获从地面到 60,000 英尺高的雷达数据（它使用地形图数据来消除雷达撞击地面产生的信号噪声），然后迅速将这些数据计算成飞机前方整个空间的单一图像，范围可达 320 海里（它每隔几秒钟刷新一次图像）。它能捕获云的密度以及云中反射体（水分）的移动，并以我们熟悉的地方新闻台多普勒地图的绿色到红色尺度来推断天气强度。指示湍流的翻滚云朵显示为明亮的品红色斑块。IntuVue 甚至能够感知何时被衰减信号欺骗，并用交叉影线紫线标记那些它没有登记到任何信息，但认为风暴活动可能隐藏的区域。
在自动模式下，该系统仅向飞行员显示与其航线相关的天气——也就是说，飞机上方或下方 4,000 英尺内的天气。但由于整个可导航天空已被成像，考虑改变高度或航向的飞行员可以轻松地探索其他高度或航线上的天气。飞行员甚至可以获得二维雷达无法及时提供的东西：垂直剖面显示，从侧面（而不是通常的鸟瞰图）显示风暴单元从顶部到底部是什么样子，这样他们就可以确定风暴在更高或更低的高度是否更强烈。
但 IntuVue 最能将天气雷达带入 21 世纪的方面——这项技术在商业航空领域至少在 20 世纪 60 年代和 70 年代就已停滞不前——是它的预测能力。卡特瓦的雷达屏幕在我们朝着我们正在跟踪的位于美国西部卡罗莱纳州的一系列风暴前进时，不仅显示出变化中的绿色、黄色和红色大气活动斑块，而且还在这些风暴簇内显示出指示系统预测存在闪电和冰雹的符号。
在这里，这项技术超越了我们所知道的雷达和飞行员的直觉，达到了即使是最好的头脑使用二维雷达也只能做出半知半解猜测的水平。卡特瓦说，雷达数据都是原始的，由飞机机头的天线收集。但通过一些计算能力，该系统还可以推断出原始数据无法看到的内容。通过快速运行雷达数据和一些概率算法，它可以推断出风暴单元内可能存在危险飞机活动的具体位置（目前仅限于闪电和冰雹，尽管未来算法肯定会变得更好、更广泛）。霍尼韦尔已经将 IntuVue 的预测与地面上的其他气象数据进行了核对，并声称其预测闪电和冰雹的准确率高达十分之九。
从我们在飞机客舱的位置看，我们不仅可以看到天气即将到来，还能看到它在何处以及会是什么样的天气，甚至在数百英里之外。现在，我们的屏幕显示着一个巨大的风暴单元，距离我们约 80 海里，点缀着锯齿状的黄线，这是表示电力的通用符号。这就是我们一直在寻找的雷暴，我们正直奔它而去。
追逐风暴
在我们前方有典型的层层叠叠的阴云，IntuVue 显示出各处的湍流。飞行员建议我们系好安全带，颠簸开始出现，Convair 飞机开始摇晃，让我们经历一些你偶尔在客机上遇到的轻微颠簸，那些让你胃里打结的颠簸，在我们这架小型双引擎飞机上更为明显。飞机外面，我们被云层笼罩。“外面就像暴风雪一样，”一个模糊的声音从耳机里传来，我无法分辨是谁说的。当我们再次颠簸时，飞行员开口了：“我们probably 不应该再靠近十到二十英里了。”没有人反对。
恶劣天气看起来是什么样的？在屏幕上，它看起来很大——边缘是绿色，向内移动是黄色，有红色斑块表示风暴最强烈的区域——并点缀着闪电符号以及一些看起来像棒棒糖的符号，表示有发生冰雹的可能性。它还层叠着品红色——大量的品红色——表示湍流，以及闪电和冰雹，这些都是飞行员想避开的。
我们的风暴实际上显示出相当轻微的闪电和冰雹，但有很强的湍流。而且它看起来很大。当我们接近主要风暴单元的边缘时，情况实际上变得平稳了，我们爬出了周围的云层，进入了阳光。我抓起相机，走到驾驶舱，希望能拍到我们前面巨大的雷雨云的照片，但我只按了几次快门，飞行员就告诉我必须掉头了。我们一直在寻找的雷雨云就在正前方，我们正在接近它。“你需要什么吗？”飞行员问道？我不需要（飞机驾驶舱里的光线很糟糕），但我们必须掉头。关键是，我们知道我们必须掉头，而且要快。我们训练有素的试飞员面前拥有正确的信息，知道即使是他们也不想与这场风暴较量。
但有时作为飞行员，你别无选择。在高交通流量的航线上，空中交通管制员要协调大量的飞机，飞行员必须保持在非常狭窄的航线上，几乎没有偏离的空间。我们的飞行员选择不飞得离我们想看的充满湍流的雷雨云更近，但在返回杜勒斯的途中，我们得到了一个真实但非计划的 IntuVue 演示。在我们接近交通繁忙的华盛顿特区东海岸走廊时，我们又迎头撞上了一场风暴，这次我们无处可避，也无法掉头。
在客舱的雷达显示屏上，我们既能看到风暴，也能看到飞行员对此的处理方式。风暴单元的形状长而窄，但横对着我们，在两端都有剧烈活动区域——左侧有闪电，右侧有冰雹。当我们穿透云层时，客舱再次变暗。湿气开始沿着飞机后部的窗户流淌，一阵冰雹拍打在机身右侧，吓到了靠窗的我们。然后我们就通过了——我们在雷达屏幕上看到，飞行员是如何小心翼翼地将我们穿过风暴最严重的两个区域，这两个区域现在已经消失在雷达屏幕后面。我们在阳光下着陆。
