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Titelaufnahme

Titel
Probabilistic Forecasting of Low-Visibility Procedure States : From Nowcasts to the Predictability Limit
Weitere Titel
Probabilistic Forecasting of Low-Visibility Procedure States
VerfasserDietz, Sebastian Josef
Begutachter / BegutachterinnenVislocky, Robert L. ; Thorarinsdottir, Thordis L.
Betreuer / BetreuerinnenMayr, Georg J. ; Zeileis, Achim
Erschienen2018
Umfang100 Seiten
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2018
Datum der AbgabeSeptember 2018
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Vorhersage
Schlagwörter (EN)Forecast
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-33154 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist frei verfügbar
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Probabilistic Forecasting of Low-Visibility Procedure States [1.93 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Niedrige Sichtweiten verlangsamen den Flugverkehr an Flughäfen durch die Anforderung spezieller Sicherheitsanwendungen. Die notwendigen Anwendungen reduzieren dabei die operationelle Flughafenkapazität und werden durch horizontale und vertikale Sichtweitenniveaus bestimmt, welche in den Low-Visibility Procedure (lvp) Klassen definiert sind. Um sichtweitenbedingte Flugverspätungen und die daraus folgenden Konsequenzen zu minimieren benötigt das Flughafenmanagement genaue Vorhersagen der lvp Klassen, welche es bisher jedoch noch nicht gibt.

Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wird ein Kurzfristvorhersagesystem für lvp-Wahrscheinlichkeiten am Wiener Flughafen vorgestellt, welches auf statistische Modelle beruht. Dazu wird ein geordnetes logistisches Regressionsmodell benutzt, welches auf meteorologischen Beobachtungen vom Flughafen beruht. Das Kurzfristvorhersagesystem erstellt automatische Vorhersagen für die nächsten 2 Stunden mit halbstündiger Auflösung. Dieses System generiert genauere Vorhersagen als die Persistenzvorhersage und ist vergleichbar Vorhersagen von menschlichen Vorhersagern.

Im zweiten Teil der Arbeit wird dieses Vorhersagesystem verbessert durch die Ersetzung des geordneten Regressionsmodells mit flexibleren, Entscheidungsbaum-basierten Modellen und durch die Zugabe von räumlich gemittelten und zeitlich verzögerten Modellprädiktoren. Zudem wird die zeitliche Modellauflösung, sowie der Vorhersagezyklus von 30 Minuten auf 10 Minuten erhöht.

Der dritte Teil der Arbeit befasst sich mit lvp Vorhersagen für längere Vorhersagezeiträume zur Verbesserung der strategischen Flugplanung. Zu den Modellprädiktoren werden dazu Informationen aus numerischen Wettervorhersagemodellen hinzugefügt. Der maximale Vorhersagehorizont, bei welchen die statistisch basierten Vorhersagen besser als die Klimatologische Vorhersage sind, ist bei einer Dauer von 12 Tagen erreicht.

Zusammenfassung (Englisch)

Low visibility conditions slow down the air traffic by forcing special procedures to ensure flight safety at airports. The necessary procedures accord to levels of horizontal and vertical visibility, determined by the low-visibility procedure (lvp) states, and result in reductions of the operational airport capacity. To minimize low-visibility-caused flight delays and their consequences, air traffic managers require accurate lvp state predictions. No direct methods for probabilistic forecasts of the lvp states, however, have been available so far.

In the first part of this thesis a statistically-based, probabilistic lvp state nowcasting system for Vienna International Airport is proposed using ordered logistic regression models combined with meteorological observations at the airport. This system generates predictions up to 2 h lead time with half-hourly output. It outperforms persistence even on the shortest time scale and is competitive with human forecasters.

The second part of this thesis improves the nowcasting system by replacing the ordered regression models with more flexible tree-based statistical models and extending the predictor setup with spatially averaged and temporally lagged information. Moreover, the output resolution and the update cycle is increased from 30 min to 10 min.

Finally, the third part focuses on lvp state predictions with longer forecast horizons for strategic flight planning. Output of numerical weather prediction models is added to the predictor setup. The predictability limit (improvement over climatology forecasts) of lvp states is reached at 12 days lead time.

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