航空氣象預(yù)報(bào)中WAFS數(shù)值產(chǎn)品的應(yīng)用研究

陳煉

摘要：數(shù)值預(yù)報(bào)是現(xiàn)代航空天氣預(yù)報(bào)中的重要手段。運(yùn)用WAFS中的格點(diǎn)資料和圖形產(chǎn)品對航空氣象預(yù)報(bào)的應(yīng)用進(jìn)行簡要分析，充分發(fā)揮WAFS資料具有的定量化和時(shí)效性的優(yōu)勢，提高雷暴、積冰、顛簸等危險(xiǎn)天氣的預(yù)報(bào)能力，制作出更豐富的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，以滿足航空用戶的需求。

關(guān)鍵詞：航空氣象預(yù)報(bào)；數(shù)值預(yù)報(bào)；WAFS；格點(diǎn)資料

中圖分類號：P456.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0017－02

現(xiàn)代航空氣象中的數(shù)值預(yù)報(bào)經(jīng)過四維同化、資料采集、統(tǒng)計(jì)解釋、動(dòng)力診斷、質(zhì)量把控等步驟，從而實(shí)現(xiàn)了天氣形勢到天氣要素的數(shù)值預(yù)報(bào)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提升，豐富了氣象預(yù)報(bào)手段，提高了航空氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。由于數(shù)值預(yù)報(bào)具有定量化和客觀時(shí)效性的優(yōu)點(diǎn)，因此，很有必要加強(qiáng)其在航空氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

1數(shù)值預(yù)報(bào)格點(diǎn)資料種類概述

世界區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，由國際民航和世界氣象組織針對航空氣象設(shè)計(jì)的，簡稱WAFS（World Area Forecasl System）。該系統(tǒng)有2個(gè)預(yù)報(bào)中心，分別位于華盛頓和倫敦。作為全球化的航空氣象服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供的是字符、報(bào)文和圖表形式的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。20世紀(jì)末，我國初步建立起民航氣象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的共享，使WAFS數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在國內(nèi)航空氣象預(yù)報(bào)中得到了廣泛的應(yīng)用。

研究表明，根據(jù)飛機(jī)運(yùn)行的需求，航空氣象側(cè)重于風(fēng)向與風(fēng)速、風(fēng)切變、能見度、云高、飛機(jī)顛簸與積冰、雷暴等天氣的預(yù)報(bào)。目前，我國WAFS中的NWP格點(diǎn)資料有6～36 h間隔，每隔6 h對亞洲區(qū)域的100，250，500等7個(gè)層次的風(fēng)場和溫度場等格點(diǎn)場進(jìn)行預(yù)報(bào)，另外也對400 hPa、600 hPa、800 hPa和900 hPa的垂直速度和相對濕度格點(diǎn)資料，對流頂層的高度格點(diǎn)資料，最大風(fēng)速層資料等進(jìn)行預(yù)報(bào)。

2運(yùn)用格點(diǎn)資料作預(yù)報(bào)判斷

2.1對雷暴對流的分析預(yù)報(bào)

NWP系統(tǒng)參數(shù)具有不斷變化的特性，比如選取有效時(shí)段為10 h的WAFS預(yù)報(bào)資料，計(jì)算出850 hPa條件下水汽的運(yùn)動(dòng)散度。在特定地形圖中計(jì)算水汽的運(yùn)動(dòng)散度，可以測量出低層水汽的凝結(jié)聚集速度，其凝結(jié)的速度影響著雷暴對流程度，對確定雷暴發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間起判斷作用。又比如通過850 hPa到300 hPa所產(chǎn)生的氣塊溫差，可以計(jì)算出該層上升氣塊中所承受的浮力，為預(yù)報(bào)雷暴高度和強(qiáng)度提供重要的依據(jù)。

通常來說，雷暴對流的判定具有以下兩個(gè)因素：①根據(jù)低層產(chǎn)生的溫度差和水汽層的變化，確定白天的雷暴對流穩(wěn)定度是否較好；②當(dāng)海陸溫差不均勻時(shí)，表明海陸風(fēng)影響白天低層水汽的運(yùn)動(dòng)散度，為雷暴對流提供充足的水汽傳輸。同時(shí)，雷暴對流產(chǎn)生的高度也可以通過氣塊上升所承受的浮力計(jì)算得出。

2.2對飛機(jī)積冰的分析預(yù)報(bào)

飛機(jī)積冰會(huì)給飛機(jī)正常飛行帶來很大的阻礙，積冰會(huì)使機(jī)身重量增加，使飛機(jī)出現(xiàn)荷載超限的情況。另外，積冰也會(huì)對機(jī)翼的流體力學(xué)造成影響，導(dǎo)致飛機(jī)爬省能力嚴(yán)重下降，對飛行造成嚴(yán)重影響。引起飛機(jī)積冰的主要因素有環(huán)境溫度、飛機(jī)運(yùn)行情況和雨滴大小等。研究表明，在－14～0 ℃的環(huán)境中，當(dāng)飛機(jī)遇到較大、較冷的雨滴時(shí)容易產(chǎn)生積冰，而飛機(jī)積冰強(qiáng)度的極大值出現(xiàn)在－8～－5 ℃的環(huán)境溫度中。

通過WAFS提供的相對濕度的格點(diǎn)信息，可以估算出飛機(jī)的積冰指數(shù)，具體可表示為：

飛機(jī)積冰指數(shù)=［（RH－50）×2］ ×［T×（T+14/－49）］. （1）

式（1）中：RH——相對濕度；

T——環(huán)境的溫度。

積冰指數(shù)是正值，最大值可達(dá)100，用來表示積冰可能出現(xiàn)的位置。對于飛機(jī)積冰可能會(huì)發(fā)生的位置、高度和航線，可以利用航線剖面圖來分析，并在每條航線上標(biāo)注出積冰預(yù)報(bào)的相關(guān)信息。

同時(shí)，飛機(jī)垂直爬升也是造成飛機(jī)積冰的一個(gè)因素。隨著飛機(jī)的垂直爬升，飛機(jī)表面的較冷雨滴不斷增加，當(dāng)飛機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)較弱且環(huán)境溫度較低時(shí)，產(chǎn)生積冰懸浮。因此，可以通過分析飛機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)圖和上述參數(shù)，并結(jié)合積冰指數(shù)的剖面圖，為飛機(jī)積冰的分析預(yù)報(bào)提供有力依據(jù)。

2.3對飛機(jī)顛簸的分析預(yù)報(bào)

晴空顛簸是飛機(jī)在高空飛行時(shí)常常遇到的情況，在晴空環(huán)境下，飛機(jī)顛簸的概率計(jì)算公式為：

Ri=（g/θ）（αθ/αz）/|αv/αz|2.（2）

式（2）中：Ri——?dú)鈱哟髿庠诖怪憋L(fēng)切變增大的情況下，且大氣的穩(wěn)定度較差時(shí)，飛機(jī)可能產(chǎn)生顛簸的概率；

（g/θ）（αθ/αz）——?dú)鈱拥拇髿夥€(wěn)定度；

|αv/αz|2——大氣的垂直風(fēng)切變的平方值。

由式（2）可知，氣層之間是存在著風(fēng)切變極大值和極小值的，在風(fēng)切變達(dá)到極限值時(shí)，氣層之間會(huì)出現(xiàn)垂直翻轉(zhuǎn)情況。當(dāng)飛機(jī)穿過高空急流時(shí)，如果飛機(jī)垂直的風(fēng)切變較大，就會(huì)發(fā)生晴空顛簸現(xiàn)象。研究指出，由預(yù)報(bào)公式計(jì)算得出Ri為5或略小于5，但極限值卻小于1，這是因?yàn)轱w機(jī)顛簸的范圍小，產(chǎn)生時(shí)間短，而NWP系統(tǒng)本身沒辦法呈現(xiàn)區(qū)域氣象的變化狀況，只能提供區(qū)域氣象平均值的預(yù)報(bào)，對于極限值的預(yù)報(bào)還有所欠缺。

3數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用

世界區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)（WAPS）的數(shù)值產(chǎn)品在我國航空氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用是以高空風(fēng)和溫度的預(yù)報(bào)圖為主， WAPS的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品是具有全球性的，有著較多的垂直分層，同時(shí)，航空公司可根據(jù)飛行的需要，提取相應(yīng)區(qū)域的高空風(fēng)溫圖、對流層頂位置圖和急流位置圖。

WAFS數(shù)值產(chǎn)品在航站天氣預(yù)報(bào)中也得到有效的應(yīng)用，比如制作高度層的濕度場、形勢場、溫度平流、降水場等預(yù)報(bào)圖；制作航線剖面分析圖，并根據(jù)WAFS提供的相對濕度和溫度格點(diǎn)場，分析預(yù)報(bào)飛機(jī)的積冰指數(shù)和最可能出現(xiàn)飛機(jī)積冰的區(qū)域。

4結(jié)束語

與發(fā)達(dá)國家相比，我國的航空氣象預(yù)報(bào)起步較晚，但隨著我國航空氣象數(shù)據(jù)庫資料的不斷完善，航空氣象數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品將越來越豐富，這有利于進(jìn)一步提高航空氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，更好地提高航空企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保障乘客的飛行安全。

參考文獻(xiàn)［1］蘇麗蓉，溫軍.WAFS產(chǎn)品中GRIB資料中國區(qū)產(chǎn)品評估［J］.氣象科技，2005（4）.［2］王新煒，張軍，王勝國.中國飛機(jī)積冰的氣候特征［J］.氣象科學(xué)，2002（3）.〔編輯：劉曉芳〕Application of Aviation Weather Forecasting Value WAFS ProductsChen LianAbstract: The numerical prediction of modern aviation weather forecasting is an important tool. The use of WAFS gridded data and graphics products for the aviation weather forecasting application brief analysis of quantitative and give full play to the advantages of WAFS timeliness of the information has to improve thunderstorms, icing, turbulence and other dangerous weather forecasting capability to produce a richer forecasting products to meet the needs of aviation users. Key words: aviation weather forecasting; numerical prediction; WAFS; grid data