山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍

介绍了影响飞机增雨飞行安全的积冰、颠簸、对流等不利气象条件的指数计算方法,及其对应的积冰、颠簸、对流发生强度等级标准。利用中尺度数值预报系统输出的温度、相对湿度、风场、过冷水含量等模式预报结果,制作了相关指数预报产品,并在飞机增雨天气保障业务中进行了应用。以2005年5月16—17日飞机增雨作业过程为例,简要分析了积冰指数等预报产品在安全飞行气象保障中的应用情况。     

飞机积冰过程的诊断分析及强度预报建模

利用NCEP再分析数据和观测数据,对2000年6月6日甘肃省人工增雨作业时的一次飞机积冰过程进行诊断分析,利用WRF模式对72个飞机积冰实例的天气过程进行了数值模拟,在此基础上结合飞机飞行速度建立了积冰强度预报模型,通过统计分析和拟合得到预报模型的参数,并利用飞机实测报告对该模型的预报效果进行了回报检验。结果表明,该模型对飞机积冰强度的预报准确率为69.44%,强度预报结果偏弱占比25%,偏强占比5.56%。     

安庆地区一次飞机积冰的气象条件分析

利用卫星、雷达、探空、飞机等观测资料和NCEP再分析资料,以及数值模拟结果,对2016年3月8—9日我国安庆地区的云系特征和飞机积冰气象条件进行了分析,并对比了几种积冰指数算法的计算结果。结果表明,此次飞机积冰发生在寒潮天气背景下,强冷空气造成锋面逆温。实测飞机积冰现象出现在对流降雨结束后的层积云层顶部,积冰高度对应高空锋区逆温层底部,云顶高度约为3.4 km,云顶温度为-10℃,无降水和雷达回波,云中主要为过冷水,丰沛时段飞机观测过冷水平均值为0.36 g·m~(-3),基本无冰相粒子。当云顶高度再度抬升,冰相粒子增多时,过冷水含量减少,不利于积冰现象发生。多种积冰指数对比分析表明,CIP初始积冰潜势算法较好体现了此次层积云飞机积冰特征。CPEFS模式模拟出了与实测比较一致的云宏微观结构。     

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。     

“04.12.21”飞机积冰天气过程数值特征分析

通过对2004年12月21日发生在民航太原机场附近的飞机积冰过程分析认为：华北地面高压和河套地区高空槽形成的“回流＋倒槽”形势是此次积冰的天气背景,在具备暖湿环境的条件下,在冷暖空气交汇区域靠近冷空气一侧易发生积冰;除去飞机动力增温影响后,强积冰所需环境温度大致在-6～-10℃之间;弱上升气流和冷平流已经侵入的区域内有利于积冰的形成;WAFS数值预报产品可较有效地描述天气系统发展的动力结构和机制,具有较好的积冰形势预报能力,而在国际民航组织向成员国推荐的积冰指数基础上重新构造的积冰指数可以更好地预报积冰天气的发生区域.     

直升飞机自然积冰试验方案设计与实例应用

针对直升机自然积冰试飞，结合直升机飞行特性，分析了不同气象条件下试验飞行路线确定原则。利用模式预报和实况监测产品，设计了直升机积冰试验飞行方案，并在2018年3月新疆乌鲁木齐外场试验中进行了应用和检验。结果表明，直升机自然积冰试验飞行方案的确定原则需要充分考虑直升机的飞行特性。在层状云中进行自然积冰试飞，根据积冰区相对云区位置，考虑从云底或云顶进入积冰区的原则。建立了飞机积冰飞行方案设计流程。利用积冰潜势预报系统提前72 h开展概率预报，利用云降水显式预报系统提前24 h开展云条件预报，利用卫星雷达探空等观测资料提前3 h开展积冰条件监测预警。预报和监测结果显示，计划试验当天云的宏微观条件较为理想，符合飞机积冰形成的条件。针对此云层设计了采取云底进入探测区和云底退出的规避方式，在云中采用多次往返爬升和平飞寻找过冷水区以完成积冰探测。实际飞行也采用了云底入云并云中探测到了积冰和过冷水，是一次比较成功的飞机积冰航线设计和应用实例。     

飞机积冰预报方法及应用场景研究北大核心CSCD

基于两种常用的飞机积冰诊断指数,利用ERA5再分析资料作为积冰发生的大气环境场,构建了飞机积冰诊断预报模型,对采集到的25个华东地区春季积冰个例进行了回算,并分别计算了我国不同纬度典型城市上空飞机积冰发生的时空分布特征,模拟了一次冷空气活动过程中浙江新昌上空积冰区域的时空分布,提出了飞机积冰预报方法的几种应用场景。结果表明:在选取的积冰个例中,积冰(IC)指数法诊断准确率为80%,假霜点温度经验法诊断准确率为92%;假霜点温度经验法考虑了飞机飞行速度与动力增温的影响,并且与冰水粒子浓度和中、低云的云量相关性更好,但在没有飞机真实空速情况下预测的积冰强度不够准确,400 hPa以上高度空报较多;IC指数法和假霜点温度经验法均能有效诊断出积冰易发生高度层和积冰高发时段,也可以有效预报某站点高空积冰强度分布情况,另外假霜点温度经验法可以反演发生积冰时的飞机临界飞行速度。     

2014年山东首场透雨人影服务和作业条件监测分析

2014年春季山东遭遇了较为严重的旱情。针对4月25—27日全省性降水天气过程,山东各级人影部门积极开展人工增雨作业。文中详细地介绍了利用天气实况、卫星、雷达等实时观测资料和多家数值预报资料开展对增雨作业条件的提前预报分析、作业时机和作业部位的临近监测识别以及山东省人工影响天气办公室组织开展的飞机人工增雨作业服务情况,为开展飞机增雨作业积累经验。     

飞机积冰业务预报技术研究

分析研究了飞机积冰的物理过程和影响因子，试验对比积冰算法。采用MM5中尺度数值模式和预报产品，建立了飞机积冰预报模型，用历史飞机报告检验及业务运行验证，预报效果较好。     

基于模糊逻辑的飞机积冰预测指数

使用北京人工影响天气办公室提供的2014-2017年京津冀地区飞行记录积冰个例样本与机载观测数据,2016年全国空中报告积冰、非积冰个例样本和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代全球气候大气再分析数据（ERA5）,基于模糊逻辑隶属度函数,定义了以气温和相对湿度为判别基础并考虑垂直速度和云量影响的积冰指数I_p（icing potential index）,用于判断飞机在空中发生积冰事件的可能性。检验结果表明:该指数对积冰事件的判别准确率为80.2%,与目前国内常用的经典积冰指数（I_c）相比,其判别准确率有明显提升,且漏报率和虚警率均显著降低（分别为9.4%和10.4%）,结合数值预报产品可对飞机在空中特定位置发生积冰事件的可能性进行预测。     

飞机积冰气象条件研究进展

飞机积冰的直接影响气象因子包括大气温度、云中过冷水含量、过冷水滴大小。飞机积冰气象条件的研究对于飞行安全保障、飞机适航验证、人工影响天气等方面具有重要意义。近年来在飞机积冰气象条件研究方面取得了很大进展,文章对飞机积冰气象条件的外场观测、天气系统、监测识别、预报方法、气候分布等方面进展进行了简要综述,并对有关问题进行了讨论。飞机探测结果表明,过冷水时空分布具有明显不均匀性,国外以大量飞机积冰观测试验为基础统计分析了积冰环境,并制定了用于飞机积冰适航验证的一系列标准。产生飞机积冰的主要天气系统是锋面、高空槽线和切变线,冻雨往往产生强积冰。综合多源遥感数据各自的优势信息,建立飞机积冰区域识别技术是主要趋势。具有对云水显式预报能力的中尺度模式为预报飞机积冰提供了更好的工具。同时将多种监测数据、模式数据相融合的实时积冰潜势系统是新的发展方向。     

人工增雨效果的数值统计评估方法

利用1995～2001年河南省春季降水资料，采用数值预报与统计相结合的方法，对飞机人工增雨的效果进行检验。该方法的基本思路是根据降水的气候特征设定增雨效果的评估区，在同一评估区内应用数值模式MM5V3对历史降水过程的降水量进行数值预报，从而获得一组预报雨量，对非增雨过程的数值预报雨量与降水实况进行统计分析，建立预报雨量与实况雨量的数理统计关系。对增雨作业过程的降水同样采用相同的数值模式进行预测，并与增雨后的实况雨量比较，从而得到飞机人工增雨效果。评估结果表明：1995～2001年春季飞机人工增雨效果比较明显，豫北区(Ⅰ区)平均为16．7％，豫东区(Ⅱ区)平均为19．3％。     

山西省不同重现期下电线覆冰厚度空间分布及区划

利用山西省18个积冰站电线积冰观测资料和91个气象站常规观测资料,采用逐步回归分析方法,针对不同气候区分别构建电线覆冰设计冰厚的气象估算模型,推算各站30 a、50 a、100 a重现期下的设计冰厚。在此基础上,结合DEM数据和电网运行覆冰观测资料,对设计冰厚进行地形订正和易冰区微地形运行经验修正,最终得到山西省电网电线覆冰厚度空间分布及区划结果。结果表明:(1)山西省电线覆冰的设计冰厚整体与气温、相对湿度、风速、水汽压等密切相关,其中高山区的设计冰厚还与降水量、日照时数关系密切,且受连续3 d的气象条件影响,而丘陵和平原区则与当日和前一日或前二日的气象条件密切相关;(2)构建的分区设计冰厚气象估算模型对各气候区的覆冰厚度模拟效果较好,估算偏差五台山前约2 mm,其余地区小于1.2 mm;(3)地形订正后的结果更为合理地反映山西省各重现期下电线覆冰厚度的空间特征,即覆冰厚度随纬度降低而减小,中、重冰区主要分布在恒山、五台山、管涔山、吕梁山、太岳山和太行山等高海拔地区,而沿黄河一带和盆地为轻冰区,且盆地覆冰最轻;(4)易覆冰区经运行经验修正后,其覆冰厚度能够更加精确表达局部微地形区覆冰真实情况,这对电力部门具有实际参考价值。     

两次高压电线积冰过程气象成因分析

对2008年2月25—26日和2009年1月5—9日湖北省500 kV高压输电线路张恩1回线307号杆塔采集到的两次积冰过程进行分析,结果表明:两次积冰过程具有相似的环流形势即500 hPa中高纬为两槽一脊。低纬度地区有短波槽活动,700 hPa低空急流明显,地面处于冷锋前。低空急流、地面冷锋均有利于冰冻雨雪天气发生,且积冰过程中均有良好的温湿条件,并都伴有降水发生,这些条件都为积冰形成提供了良好的动力及热力条件。而2008年积冰过程大气温度垂直结构存在暖层,是造成两次过程形成机制不同的原因之一。     

中国中部区域一次低槽冷锋天气过程人工增雨潜力区研究

低槽冷锋天气系统为中国中部区域春秋季主要的人工增雨作业天气类型,根据地面冷空气活动路径及西太平洋副高位置,具体分为低槽西路冷锋型、低槽东路转西路冷锋型和副高西伸型3种类型,其中低槽西路冷锋型占比最多。选取2012年11月24日中部区域一次典型低槽西路冷锋降水个例,首先利用多种资料进行增雨潜力区初判,再利用WRF模式模拟结果,综合给出增雨潜力区位置。结果表明:本次过程降水主要出现在500 hPa和700 hPa槽前及地面冷锋后部区域,过程典型时刻2012年11月3日14时初判人工增雨潜力区位于河南东北部、山东西南部、湖北东部和安徽大部分地区,模式模拟的过冷水分布区域与其基本一致。综合分析得到此次中部区域典型低槽西路冷锋天气过程人工增雨潜力区位于500 hPa和700 hPa低槽前部、700 hPa急流左侧且更靠近急流轴一侧、地面冷锋后部及锋线附近。     

青海省道路结冰变化时空分布特征及其影响等级划分

利用2004—2012年10月至次年4月青海省主要公路沿线自动气象站逐时气象资料,分析了青海省道路结冰的时空分布特征,讨论了道路结冰与地面和气温之间的变化关系,以及积雪深度与地面最高温度的关系。分析表明,青海省道路结冰的空间分布为从东南向西北逐渐减少,结冰时间主要集中在1—4月。由于道路结冰主要取决于气温和积雪深度变化,而地面温度与气温,积雪深度与地面最高温度之间存在显著的线性相关关系,因此分别建立了地温和积雪深度预报模型,从而对道路结冰进行预警。根据道路结冰的持续时间,将道路结冰对交通安全影响程度划分为4个气象等级,分别为极严重、严重、较重和轻度道路结冰。     

飞机积冰诊断预报方法研究

收集了山东省150例飞机积冰报告,利用物理量场模拟数据,结合3种积冰算法（Ic,RAP,RAOB）,分别进行积冰的诊断预报试验,并对3种诊断预报方法进行了准确率检验。为进一步提高预报准确率、降低漏报率,在对Ic和RAOB两种预报效果较好的算法重新调整积冰温度、湿度阈值以及相应系数后,新Ic算法在保持漏报率较低的前提下,...     

电线积冰及路面温度研究的新进展

2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制,研究积冰增长率及其影响因子,建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究,观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化,并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线,不求大而全,学习梳理相关的代表性研究成果,主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面,并对电线积冰未来的研究提出了建议。