龍嘉機場夏季雷暴監(jiān)測試驗方法研究

王 曉

（民航東北空管局，遼寧 沈陽110043）

1 引言

1999-2002年長春大房身機場出現(xiàn)204 架次飛行延誤，其中有86 架次（占42%）為雷雨原因造成，2006年是龍嘉機場運營的第一年， 全年由于天氣原因造成航班延誤共74 架次，雷雨天氣造成航班延誤55 架次，占74%，可見雷暴在7 種引起延誤的天氣原因中是高居首位的。

龍嘉機場現(xiàn)沒有可靠的雷暴監(jiān)測試驗工具，機場雷暴監(jiān)測試驗技術(shù)壓力很大，機場于2005年8月27日啟用,在僅僅趕上的最后5 個夏日當(dāng)中，就有3天出現(xiàn)了雷暴。2006年4月28日出現(xiàn)了開航以來的首次春雷， 導(dǎo)致國航和南航的兩架航班在空中繞飛等待分別達20 多分鐘。

本文介紹了龍嘉機場雷暴監(jiān)測試驗和研究的進展，其中包括：可聞函數(shù)--雷達回波參數(shù)方法，高空探測要素因子診斷方法， 本站氣象要素模型識別方法。

2 雷暴監(jiān)測試驗方法的分別敘述

2.1 可聞函數(shù)--雷達回波參數(shù)方法

2.1.1 技術(shù)路線

根據(jù)雷暴來自中小尺度天氣系統(tǒng)、 預(yù)報難度大的特點，把預(yù)報范圍劃分成兩片區(qū)域，分別對應(yīng)雷暴可聞和不可聞區(qū)，不可聞區(qū)不預(yù)報有雷暴，可聞區(qū)有無雷暴用雷達回波3 個參數(shù)的指標(biāo)值判斷。 劃分成兩片的手段是把有無雷暴問題轉(zhuǎn)化為雷達回波強中心的位置問題,由強中心位置產(chǎn)生可聞函數(shù)，由可聞函數(shù)給出機場可聞雷暴區(qū)域的邊界。 解決分片有無預(yù)報問題之后,通過雷達回波資料的統(tǒng)計分析，確定可聞區(qū)未來3 小時有無雷暴的回波最大強度 （第一條件）、最大高度（第二條件）、≥40 dbz 的強核高度（第三條件）判別指標(biāo)(見表1)，利用回波移動方向和時速等進行4 個方面的預(yù)報消空， 并形成預(yù)報流程框圖。

表1 6-8月有無雷暴雷達回波參數(shù)

2.1.2 可聞函數(shù)的構(gòu)建

龍嘉機場與大房身機場相距50 km，采用大房身老機場的近年氣象監(jiān)測資料制作雷暴可聞函數(shù)，然后應(yīng)用龍嘉新機場的雷暴資料對雷暴可聞函數(shù)進行檢驗。

利用老機場氣象臺1996-2003年共計8 a 夏季（6-8月） 雷暴觀測資料及吉林省氣象臺的雷達回波資料， 根據(jù)回波強中心位置分布確定的雷暴可聞函數(shù)F 描述為：

其中,a 表示雷達回波強中心所在方位,r 表示雷達回波強中心到雷達的距離。 聞雷與否不僅取決于距離,還與雷暴早期所在方位有關(guān)系,當(dāng)強中心位于可聞區(qū)域以外，不報機場有雷暴，不可聞區(qū)域8 a 歷史樣本準確率P=186/207=89.9%。

2.1.3 可聞區(qū)域的預(yù)報流程

在雷暴可聞區(qū)域以內(nèi)， 通過雷達回波參數(shù)來判斷是否發(fā)生雷暴的問題,核心技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)預(yù)報準確率最高的原則,確定雷達回波參數(shù)的臨界值。

2.1.4 雷暴對可聞函數(shù)的檢驗

龍嘉機場2005年8月27日-2006年7月10日觀測到的雷暴共26 d， 有對應(yīng)雷暴時刻的716 型雷達監(jiān)測資料23 d。 分別提取23 個雷暴日雷達回波觀測資料的相關(guān)雷達參數(shù)，統(tǒng)計結(jié)果有14 次符合有雷暴的判別預(yù)警條件準確率14/23=61%。

2.2 高空探測要素因子診斷方法

2.2.1 技術(shù)路線

將天氣形勢因子向雷暴氣象要素數(shù)量因子轉(zhuǎn)換，讓組合因子的有效性和雷暴事件概率之間聯(lián)動，經(jīng)過反復(fù)精選，用準確率高的組合因子相互搭配，繪制分類點聚圖， 把雷暴早期識別建立在組合因子的預(yù)報概率上，以組合因子描述物理意義，以點聚圖形式劃分雷暴集合區(qū)域。

2.2.2 對應(yīng)龍嘉機場進近區(qū)域預(yù)報范圍的設(shè)定

把長春氣象站探空起始原點向龍嘉機場方向移動50 km，使長春、德惠、九臺、農(nóng)安四個氣象臺站圍繞龍嘉機場， 其中若任一臺站20時之前出現(xiàn)雷暴，則確定為一個雷暴日。

2.2.3 組合因子配方

采用長春8 a 的7-9月08 點探空逐日資料，對高空氣象要素因子進行篩選和組合。 預(yù)報預(yù)警雷暴的組合因子配方主要有：A 指數(shù);（TT 地面+TT925+TT850） -（TT600 +TT500 +TT400）; （TT300 -Td300 -Td0℃）/（hh300-hh0℃）+（TT 地面-Td 地面-Td0℃）/(hh0℃-239);(t-td)850+(t-td)700+(t-td)600+(t-td)0℃在反復(fù)篩選因子的過程中發(fā)覺， 各月因子具體內(nèi)容不完全相同。

2.3 本站氣象要素模式識別方法

將判別雷暴的能力建立在經(jīng)驗?zāi)Ｊ降幕A(chǔ)上，本站各種天氣要素的綜合變化和天氣形勢有密切關(guān)系，表現(xiàn)在風(fēng)、氣壓、氣溫、濕度、降水強度等氣象要素在雷暴發(fā)生前發(fā)生后相互協(xié)同的變化特點， 總結(jié)提煉的基本規(guī)律見表2。通過系列氣象要素變化客觀化分析，依據(jù)模式識別原理，把氣象要素的變化數(shù)量化、指標(biāo)化，提高確率，完成雷暴監(jiān)測試驗。

2.4 用模式提煉結(jié)果評價航空風(fēng)險

表2 雷暴出現(xiàn)前后多種氣象要素規(guī)律的模式提煉

有雷電就意味著有風(fēng)險，風(fēng)險的強度有高有低。本文將同時滿足雷電持續(xù)時間長度≥90 min，機場觀測降水量≥15 mm 兩個條件者，確定為高風(fēng)險類別，反之則確定為低風(fēng)險類別。 根據(jù)上述兩個條件的劃分，長春龍嘉國際機場2006年發(fā)生初雷至8月份期間共聞雷29日次當(dāng)中, 高風(fēng)險類別雷電為16日次,低風(fēng)險類別雷電為13日次。

從本場兩種不同種類風(fēng)險的聞雷前3 h-聞雷后1 h 的氣溫、氣壓、相對濕度和露點溫度的逐小時變化百分率看出高風(fēng)險類別雷電的特點： 高溫、 高濕、高露點溫度及氣壓快速下降。 與低風(fēng)險雷相比高風(fēng)險類別雷電氣象要素的早期變化幅度小， 且力度更強烈。

3 小結(jié)

龍嘉機場雷暴監(jiān)測組合試驗， 目前采用了3 種方法，包括雷達方法、高空探測要素因子診斷方法、地面氣象要素模式識別方法。

(1)可聞函數(shù)--雷達回波參數(shù)方法，把未來有無雷暴問題轉(zhuǎn)換成雷達回波強中心空間位置問題，創(chuàng)建了兩個自變量構(gòu)成的可聞函數(shù)， 同時給出了可聞區(qū)域的預(yù)報預(yù)警流程，單站3 h 雷暴滾動預(yù)報歷史樣本識別率達77.24%。

(2)龍嘉機場雷暴監(jiān)測試驗第二種方法：高空探測要素因子診斷方法，以位勢傾向原理為基礎(chǔ)，高空探測要素因子傳統(tǒng)和創(chuàng)新相結(jié)合， 歷史識別率超過70%。 保持A 指數(shù)傳統(tǒng)性的同時，資料的高空層次增多在應(yīng)用高空850 hPa、700 hPa、500 hPa 基礎(chǔ)上，垂直方向用到300 hPa 層， 考慮垂直厚度比平時高一倍，已經(jīng)看出有效性。

(3)龍嘉機場雷暴監(jiān)測試驗第三種方法：本站地面氣象要素模式識別方法， 建立在氣象觀測經(jīng)驗的總結(jié)和天氣變化規(guī)律的提煉上，比較有效。