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%。     

一次大型客机起降时积冰的分析

对一次客机积冰用不同方法计算分析,得出如下结论：假霜点温度判别法比－８Ｄ判别法预报飞机积冰更为优越,同一气象条件下降落时大速度客机比小速度客机积冰严重,同一机型降落时比起飞时积冰严重,锋面逆温层底部积冰强度最大。     

一次大型客机起降时积冰的分析

对一次客机积冰用不同方法计算分析，得出如下结论：假霜点温度判别法比－８Ｄ判别法预报飞机积冰更为优越，同一气象条件下降落时大速度客机比小速度客机积冰严重，同一机型降落时比起飞时积冰严重，锋面逆温层底部积冰强度最大。     

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%。     

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。     

一次冷锋过程的云微物理特征分析以及飞机积冰预报检验

利用NCEP GDAS/FNL资料分析了2013年2月19日黄淮至江南区域的一次冷锋过程的天气形势,结合MODIS卫星资料诊断云微物理特征,发现冷锋后的江淮大部至黄淮南部包括河南南部环流场配置和温度湿度条件好,云层较厚实且云内温度较低,云中含有足够的液态水,有利于生成积冰。接着采用IC指数法和Willam算法预报积冰概率和强度,用相近时次收到的航空器报告进行检验,发现Willam算法使用的MODIS卫星资料分辨率远高于IC指数法的常规气象资料数据,预报准确率也高于IC指数法。实际工作中同时使用两种方法,能给飞机积冰的预警服务提供可靠的判断依据。     

飞机空中积冰的气象条件分析及数值预报试验

利用2000年3月至2005年6月山东飞机增雨作业季节,90架次飞机宏观观测资料,对飞机积冰的气象条件和积冰特征进行了分析;并利用PSU/NCAR MM5非静力数值模式,对2005年5月16日增雨作业过程进行了个例研究,在模式准确地预测出了降水的发展趋势和降水范围的基础上,用模式预报场计算的积冰指数和实际飞行观测资料进行了对比试验。结果表明,地面倒槽和冷锋,是山东飞机增雨作业季节的主要作业天气;低压倒槽出现轻度及中度以上积冰所占的比率最大,但南方气旋出现积冰的概率最高,达53.3%;MM5模式预报场计算的积冰指数和垂直上升运动场的叠加,能较好地反映最可能发生积冰的区域、时间及积冰强度,可作为确定飞机增雨作业安全飞行航线的依据。     

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,...     

一种飞机空中积冰潜势诊断指数与检验评估

飞机积冰是影响飞行安全的重要危险天气,准确的积冰诊断对民航运行与安全具有重大意义,特别是对国产大飞机适航取证具有重要作用。本文参考改进的CIP(Current Icing Potential)指数,使用垂直速度和云中液态水含量对积冰潜势诊断指数进行优化得到SCIP(Simplified Current Icing Potential)指数,该指数直接基于大气层结资料给出较为准确地飞机积冰潜势,具有命中率高、实用性强的特点。用2021年2月28日至12月31日民航航空器报告对原CIP指数和SCIP指数进行对比验证评估,发现相比于原CIP指数,SCIP指数具有更优异的ROC曲线(Receiver Operating Characteristic Curve)和TSS评分(True Skill Score)。但是对于不同程度的积冰,原CIP指数和SCIP指数均表现出较一致诊断效果,表明SCIP指数对诊断飞机积冰潜势具有重要作用,但无法判断积冰强度。根据2020年3月16日陕西区域飞机结冰个例验证表明增加垂直速度和云中液态水含量的影响对飞机积冰的描述更加细致,对提升积冰潜势诊断效果具有重要意义...     

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。     

“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.     

用AMDAR资料分析两次强飞机积冰过程

利用常规气象资料和AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay,航空器气象资料中继)飞机气象资料,对2012年1月5日和23日贵阳机场飞机报告的两次强积冰个例过程进行了客观诊断分析.结果表明:“1·5”和“1·23”强积冰个例是静止锋形势下导致的,逆温层维持时间长,逆温层顶、逆温厚度基本不变且逆温强度有所增强;饱和冷云维持且冷云含水量不断加大,为强积冰的发生提供了有利的温度和水汽条件.AMDAR资料对于探空资料是有力的补充,能显示大气层结随时间细微的变化,为积冰预警预报服务提供参考.     

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。     

陕西秦岭以北地区飞机积冰状况研究

利用东胜、延安、平凉、西安4站1990年1月--2009年12月每天08时和20时1000～100hPa标准等压面探空资料,选用国际民航组织建议的WAFS积冰指数L作为诊断依据,计算、分析陕西秦岭以北地区逐月飞机积冰率的垂直和水平分布特征,结果表明：该地区具有丰富的积冰试飞气象资源;在垂直高度上．700hPa及以下高度,飞机积冰主要发生在春季和冬季,700hPa高度以上,飞机积冰主要发生在夏半年;飞机积冰多发期间,850hPa及以下高度积冰率水平分布表现为南北少、中部多的特点;850hPa高度以上,飞机积冰率呈现出南部多、北部少的特点。     

中国飞机积冰的气候特征

本文利用美国国家环境预报中心（NCP）和国家大气研究中心（NCAR）联合处理的全球大气40年（1958－1997）资料，对近40年中国飞机积冰的气候特征进行了分析，通过功率谱及交叉谱分析的方法对南京地区的飞机积冰发生频率进行了周期变化的分析，并利用k均值法进行了飞机积冰的航空气候区划，给出了飞机积冰的时空分布特征。     

甘肃中部地区飞机积冰的气象条件分析

利用3a空中观测资料和机载仪器采集资料分析了影响飞机积冰的气象条件,总结了飞机积冰的一般规律。分析结果表明：飞机积冰在水汽充沛地域发生较多;通常飞机积冰形成于温度低于0℃的云中,出现积冰的温度范围在0～-11℃,而出现较强积冰的温度范围在-1--18℃;云中过冷水含量越大,积冰强度也越大。     

建立在数值预报系统上的航空气象要素预报试验

文章介绍了建立在数值预报基础上的航空气象要素（颠簸、积冰和云等）预报技术，给出了预报颠簸强度的晴空湍流指数和预报积冰的积冰强度和积冰严重性指数，并利用预报模式进行了模式成云预报和云区诊断分析，给出了一些具体的模拟及预报试验结果。     

飞机积冰形势场数值模拟试验的参数化方案效果评估

利用WRF模式对飞机积冰时的形势场进行模拟,通过双线性插值法对模拟的要素进行降尺度处理,比较不同参数化方案时形势场的预报值和实况值之间的相关性,研究不同参数化方案对飞机积冰形势场的模拟能力。结果表明:不同参数化方案的选择影响模拟效果,当微物理过程方案采用WRF Single-Moment 3-class scheme及积云参数化方案采用Betts-Miller-Janjic scheme时,形势场预报值和实况值间相关系数最大,均方根误差最小,预报值与实况值之间变化趋势和特征最接近;且根据飞机积冰实测报告,利用假霜点温度经验法验证,此时积冰的预报效果和实际报告结果最相符。     

航空气象要素预报算法和个例研究

介绍了颠簸、积冰、风切变航空气象要素的预报算法,其中对晴空颠簸采用L-P指数预报,对积冰的预报采用在经典积冰指数基础上计算VV指数预报,对风切变指数采用对垂直风切变和水平风切变以不同权重相加得到风切变指数的预报算法。实现了基于中尺度数值模式MM5产品的晴空颠簸、积冰、风切变的航空气象要素的预报,并对以上3种天气过程分别进行了典型个例分析,重点在于模式预报结果与实况天气的对比验证,结果表明中尺度数值模式对积冰、颠簸、风切变有一定预报能力。     

四川盆地低空飞行飞机积冰的气象条件分析

利用常规气象资料和机载温度探测资料(OAT),对2015—2016年冬季四川盆地7次低空飞行(3000m以下)飞机积冰的个例进行了诊断分析。结果表明:冬季在四川盆地内3000m以下飞行,导致飞机积冰的环流形势包括冷锋型、低槽型、西南气流型以及弱脊型,其中前三种形势更有利于中度积冰的产生。飞机积冰均发生在穿过温度小于0℃的云中,出现中度积冰的温度范围在-4^-2℃,轻度积冰温度范围在-1~0℃,在这一温度范围内,相对湿度越大越有利于积冰的产生,其中产生中度积冰时相对湿度均在90%以上。在有利的环流形势以及一定的温度和相对湿度条件下,垂直上升气流速度在-1.0^-0.05Pa·s-1之间更有利于中度积冰的产生,-0.05~0Pa·s-1之间更有利于轻度积冰的产生。