直升機飛行氣象要素的精細化數值預報

李紅金，李 鯤，蘇 鋒

(1.陸軍航空兵學院飛行理論系，北京 101123;2.北京市應用氣象研究所，北京 100029)

0 引言

精細化預報是現代數值預報的發展趨勢之一，它有兩層含義:一是制作準確定量的客觀預報;二是面向不同的應用，開發細致的分類指標預報產品。隨著我國數值預報體系的不斷完善和發展，各類數值預報產品也愈趨豐富，但在業務應用中一個不可回避的問題是，預報員對數值預報產品的使用仍過多地停留在形勢預報和降水落區預報產品上，不可避免地造成了數值預報產品資源的巨大浪費。另一方面，現代航空保障，也對氣象提出了特殊的需求。因此，在常規數值預報產品的基礎上，進一步制作直升機飛行氣象保障專用產品，是深化數值預報產品使用水平的需要，對提高直升機飛行氣象保障水平具有重要的指導意義，也將為建立以“配料法”為基礎的高影響天氣區的客觀定量預報和基于最優集成預報技術的單站要素預報奠定重要的技術基礎。

1 直升機飛行氣象保障產品診斷分析模塊的設計

1.1 產品設計

在充分考慮直升機飛行氣象保障特點和我國數值預報產品技術條件的基礎上，設計了本模塊的深加工產品。經本模塊加工處理的產品根據用途和保障內容可以劃分為兩個大類，包括了24個產品，產品清單見表1。從表1看到，直升機飛行氣象保障參數中主要包括了對飛行活動有重要影響的天氣參數，如云的宏觀參數、湍流參數、積冰參數等;重要天氣區產品中包括了根據基本數值預報產品和上述飛行氣象保障參數，進一步由臨界指標判斷出的危險天氣區。

表1 直升機飛行氣象保障專用參數產品

1.2 計算流程

直升機飛行氣象保障產品診斷分析模塊采用了模塊化設計思想，實行“卡片式”作業的提交和管理。因此，用戶既可以根據本單位的保障特點定制產品，也可以比較方便地將其嵌入到其他的數值預報業務系統中。

圖1給出了其計算流程。從圖可以看到，該模塊在計算中主要分為以下幾步:首先，對各類氣象信息網絡系統下發的數值預報產品或本地制作的數值預報產品進行解碼和信息提取等處理，轉換為診斷分析模塊可以使用的文件格式;其次，基于常規數值預報產品，計算飛行氣象保障參數;然后，計算重要天氣區;最后，對各類產品以標準格式存儲，以滿足大部分數值預報產品可視化平臺和預報平臺的需要。

2 直升機飛行氣象保障產品診斷分析模塊的實現

使用Fortran語言完成了各診斷產品(具體計算方法參見文獻［1］～［10］)計算程序的開發，并利用C shell實現了整個模塊的集成管理。圖2給出了C shell編寫的模塊運行控制卡片的參數設置部分。從圖可以看到，通過修改參數可以比較方便地實現時間、診斷范圍、格點數和路徑等信息的設置。模塊具有較好的可移植性，可以比較方便地運行于Linux和Unix計算平臺;模塊同樣具有較好的拓展性，可以根據用戶需求，增減診斷計算程序和進行二次開發。

圖1 飛行氣象保障產品診斷分析模塊計算流程圖

3 產品演示

以2008年7月05日～06日的天氣過程為例，給出該模塊對本地中尺度數值預報模式基本預報量場的主要診斷分析產品。

圖2 診斷分析模塊的運行控制卡片

3.1 過程簡介

圖3給出了2008年7月5日至6日天氣實況。從500hPa形勢圖上看，副熱帶高壓勢力強勁，588線控制了整個東南沿海地區，脊線位于27oN左右;新疆北部-甘肅西北部-內蒙西北部有一高壓脊逐步加深發展;受這兩個高壓系統的共同作用，貫穿東北-華北-華中地區的深厚低槽形成，我國中東部的環流形式呈經向環流型;在對流層中低層，副高西側的偏南氣流與南支槽前偏南氣流的共同作用，形成了自廣西、廣東沿海直至華北、東北地區的水汽通道。在此天氣背景下，我國東北、華北、華南地區出現了大范圍的降水，部分地區出現了大到暴雨。

3.2 云宏觀參數

3.2.1 總云量

圖4給出了2008年7月6日08時總云量，通過與實況云圖的對比可以看到，兩者在主要云系上，如東北地區的氣旋波云系、中緯度的短波槽云系以及南支波動云系都有很好的對應關系。

3.2.2 云厚和云底高度

圖5給出了2008年7月6日08時云厚和云頂高度。

圖3 2008年7月5日08時實況圖

圖4 2008年7月6日08時總云量和低云量

圖5 2008年7月6日08時云厚和云頂高度

3.3 低空急流區和飛機積冰區

圖6給出了2008年7月6日08時的低空急流區和積冰區，從圖可以看到對流層低層位于安徽、江蘇、黃海和朝鮮半島等地上空近于東北-西南走向的低空急流區和其中的急流核，以及400hPa高度上可能發生飛機積冰的區域(陰影區)。

3.4 視線無云概率和風切變強度

圖7給出了2008年7月6日08時視線無云概率和850hPa風切變強度。

圖6 2008年7月6日08時低空急流區和飛機積冰區

圖7 2008年7月6日08時視線無云概率和風切變強度

4 結論

基于常規數值預報產品，進一步制作直升機飛行氣象保障專用參數產品是現代航空氣象保障技術的發展趨勢之一。本文開發的飛行氣象保障專用參數診斷分析模塊已在某些保障單位成功投入到了業務應用，其提供的形象直觀的飛行氣象保障專用參數產品已成為直升機飛行氣象保障的重要手段之一。

［1］吳國雄，等.濕位渦和傾斜渦度發展［J］.氣象學報，1995，53(2):387-404.

［2］汪鐘興，孫淑清.暴雨系統中環境渦度場與散度場之間相互關系［J］.氣象學報，1988，46(3):492-496.

［3］章淹等.暴雨預報［M］.北京:氣象出版社，1990.

［4］陶詩言.中國之暴雨［M］.北京:科學出版社，1980.

［5］丁一匯，王笑芳.1983年長江中游梅雨期的熱源和熱匯分析［J］.熱帶氣象，1998，4(2):134-145.

［6］陶詩言，等.1998夏季中國暴雨的形成機理與預報研究［M］.北京:氣象出版社，2002.

［7］吳國雄，等.濕位渦和傾斜渦度發展［J］.氣象學報，1995，53(4):387-404.

［8］汪鐘興，孫淑清.暴雨系統中環境渦度場與散度場之間互相關系［J］.氣象學報，1988，46(4):492～496.

［9］鄭良杰，等.中尺度天氣系統的診斷分析和數值模擬［M］.北京:氣象出版社，1989.

［10］李鯤等.梅雨鋒三類暴雨特征數值模擬研究［J］.大氣科學，2005，29(2):236-248.