河南一次罕见飞机积冰过程云系宏微观特性的综合观测

2018年12月10日河南省人工影响天气中心探测到本省飞机增雨有史以来的最强积冰,积冰出现高度为3600 m(-7.9°C～-12.9°C),机头及机翼最厚积冰达到16.2 cm。利用机载DMT云物理探测资料,结合FY-4A卫星反演云参数和雷达等综合观测,对本次过程的云宏、微观结构特征进行了细致分析。结果表明,此次过程强积冰区域位于700 hPa切变线东侧附近,西南急流持续输送水汽,且大气有深厚逆温层存在,有利于水汽和液态水的堆积。产生积冰的云系云顶高度约4000～5000 m,云顶温度为-15°C～-20°C,云光学厚度大于30。FY-4A云顶相态与机载仪器观测结果较为一致,对过冷水和飞机积冰区域具有一定指示意义。强积冰区域液态水含量丰沛,最大液态含水量可达0.818 g m^-3,大量球型过冷液滴和半径超过50μm的过冷大滴存在是导致积冰的重要原因。由于强积冰区域缺少尺度超过毫米量级的冰晶粒子,其S波段天气雷达回波值较弱,甚至明显低于非积冰区域。因此在使用天气雷达监测时,单靠回波强度来判断积冰强度存在一定的局限性。     

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...     

飞机试飞的自然结冰潜势预测及检验评估

自然结冰试飞是运输类飞机合格审定必须实施的高难度、高风险试飞科目，需要在环境温度、云中液态水含量（LWC）和云滴中值体积直径（MVD）满足条件，含有大量过冷水的环境中完成规定的飞行动作。利用2020年3月16日、26日及27日阎良机场国产某大型运输机自然结冰试飞的地面、高空、卫星、雷达和机载探测等多源观测资料，对3次自然结冰试飞气象条件进行了对比分析，并验证了李佰平等改进的自然结冰潜势算法有效性。结果表明：改进的自然结冰潜势算法对于结冰区域的预报较为准确，但在结冰强度预报上需进一步优化。西风系统因水汽条件不足，结冰气象条件较南支系统要差。高空冷空气未到达试飞区域前，云中环境温度偏高，结冰强度较弱；冷暖空气交汇的区域，LWC较高，MVD较为合适，结冰较强。研究结果对未来在阎良机场开展运输类飞机自然结冰试飞的窗口期和空域选择、协同指挥保障均具有参考意义。     

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。     

AREM模式对“04·08”豫中大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用中尺度有限区域数值模式AREM,对2004年8月4日豫中一次大暴雨过程进行数值模拟和诊断分析。模拟结果表明：暴雨中心位于河南省中南部,中心强度达200 mm;高空冷平流南下,地面冷空气入侵,中低层有较强的辐合气流。模拟的暴雨落区与实况相一致,但中心强度较实况151 mm略大;模拟的环流形势也与实况环流形势一致。对模拟物理量诊断分析结果表明,在有利的垂直速度、散度场和比湿条件下,暴雨区中低空存在明显的水汽辐合,且水汽辐合区位于700 hPa及以下,强水汽辐合区位于900 hPa附近,从低层到高层较强的水汽辐合,暴雨区的水汽充分辐合上升,是造成此次大暴雨天气的主要原因。     

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。     

陕西2次相似天气系统下强降雨差异的成因诊断

利用常规观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、自动站资料,从水汽、动力、不稳定条件方面,采用诊断分析方法对2011年7月28日(简称过程Ⅰ)关中西部、陕南西部区域性强降雨和2013年7月25日(简称过程Ⅱ)陕北南部分散性强降雨进行对比分析。结果表明:2次过程前期天气状况、环流形势、影响系统类似,但降雨差异大。过程Ⅰ低层切变线和辐合线明显,过程Ⅱ则弱;地面上,过程Ⅰ强降雨区处在高、低压之间的气压梯度密集带上,过程Ⅱ强降雨区则处于均压场中;过程Ⅰ强降雨区中低层比湿呈单峰型变化,水汽通量辐合强度大且深厚,有强烈水汽输入,过程Ⅱ强降雨区中低层比湿基本无变化,水汽通量辐合强度弱且浅薄,水汽输入弱;过程Ⅰ强降雨区中、低层有明显冷空气作用产生系统性强降雨,过程Ⅱ强降雨区仅在近地层有浅薄的弱冷空气扰动,在西南气流中激发湿对流;过程Ⅰ强降雨区低层对流不稳定、中高层为条件对称不稳定的混合型大气层结,而过程Ⅱ强降雨期间中层、低层大气均为对流不稳定层结。     

2010年冬季江西两次暴雨过程的环境场分析

利用自动气象站逐小时雨量资料、常规气象观测资料以及NCEP每6 h一次的1°×l°全球再分析资料,分析了2010年12月12日和15日江西2次大范围暴雨过程。结果表明,在＂拉尼娜＂的气候背景下,高空急流右后侧的强辐散区与中低层异常加强的西南气流辐合区耦合,形成冬季暴雨过程。在动力、水汽条件方面,冬季暴雨700 hPa高度层比850 hPa高度层表现明显,暴雨落区与700 hPa高度层的水汽辐合区一致。与江西汛期暴雨过程相比,涡度、散度、垂直速度量值较小,动力条件较弱,造成逐小时降雨强度不大;850 hPa高度层的比湿值仅为汛期值的50%,低层水汽条件差,但整层水汽输送与汛期暴雨相近;对流不稳定、对称不稳定为冬季强降雨、强降雪存储了不稳定能量。     

2015年6月3日江西省北部大暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规气象资料、天气雷达资料、卫星观测资料及NCEP再分析资料,对2015年6月3日发生在江西省北部的局地特大暴雨天气过程的中尺度特征进行分析。结果表明:短时大暴雨是在中低纬地区纬向环流背景下,西风带低槽、中低层切变线、急流、中尺度辐合线共同作用形成的。地面中尺度辐合线是导致大暴雨形成的触发系统,其生成和发展使地面气流的辐合和底层的上升运动得到增强。中心速度为-1.2 Pa/s的强上升区位于925—700 h Pa高度层,强烈的上升运动将中底层辐合的水汽抬升至200 h Pa高度层,释放了更多的不稳定能量。对流性回波整体移动方向和引导气流方向二者的矢量和为偏东方向,与强回波的分布方向一致,形成了明显的"列车效应"。     

辽宁两类降雪过程的对比及定量降雪预报指标

利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°资料,普查辽宁省最近10 a来区域性暴雪、大雪、中雪天气过程,大致可分为北上水汽型和东北上水汽型两类。从环流背景、水汽和动力条件方面对比分析了2004年12月19日和2002年12月16日两次不同类型的降雪过程,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大,水汽条件强,动力条件相对弱;而东北上水汽型的降雪过程850 hPa比湿和水汽通量相对小,但动力抬升和辐合作用强。通过分析10 a来辽宁不同类型5场区域性暴雪、8场区域性大雪、9场区域性中雪的水汽条件和动力条件物理量阈值区间,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大于东北上水汽型同级别降雪过程,在降大雪量级时的850 hPa比湿和东北上水汽型暴雪过程相当;东北上水汽型降雪过程的最大螺旋度、850 hPa散度、最大垂直速度和850 hPa急流要强于北上水汽型,而且降雪级别越高差距越明显,其中暴雪量级最大垂直速度、850 hPa急流已经达到产生暴雨的动力条件。     

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。     

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。     

基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证

在综合考虑雨凇和雾凇积冰增长以及热力融冰和升华脱冰的基础上,建立了一个基于常规气象资料的小时标准冰厚模型。模拟2008年和2013年浙江省两次严重电网覆冰灾害期间的标准冰厚,并用事故线路调查资料、电线积冰观测站和模拟导线拉力监测点的观测资料进行验证分析。结果显示:事故线路的最大标准冰厚观测值与模拟值相关关系达到0.01显著性水平,电线积冰观测站的日标准冰厚观测值与模拟值的平均绝对偏差小于0.6 mm,模拟导线拉力监测点的小时标准冰厚模拟值与观测值的决定系数为0.8093,均方根误差为0.8 mm。说明模型比较准确地描述了天气过程对电线积冰的影响,能够较好地反映标准冰厚的空间分布规律和时间变化特征。     

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,...     

四川盆地南部一次持续性雾霾过程的特征及成因分析

本文利用常规气象资料、NCEP (1°×1°)再分析资料和环监站实时监测数据,分析了2017年12月四川盆地南部一次持续性雾霾的气象特征和增强机制。结果表明:(1)中高纬平直纬向环流、低层弱偏南偏东气流、地面均压场组成的静稳天气长时间维持为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景条件。(2)上干下湿、逆温明显的大气稳定层结,连续无降水、近地层高湿和较弱的风场提供有利的气象要素条件。(3)低层弱冷平流、上层暖平流促进稳定层结长时间维持和近地层水汽凝结作用加强,为雾霾天气的增强和持续起到了重要作用。(4)冷空气、降水,水平和垂直扩散能力增强是空气污染物浓度降低的重要条件。      

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。     

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。     

Mesoscale aspects of the Urban Heat Island around New York City

Summary ?A mesoscale analysis of the Urban Heat Island (UHI) of New York City (NYC) is performed using a mesoscale network of weather stations. In all seasons the UHI switches on rapidly in late afternoon and shuts down even more rapidly shortly after dawn. It averages about 4 °C in summer and autumn and 3 °C in winter and spring. It is largest on nights with clear skies, low relative humidity through much of the troposphere, and weak northwest winds, when it may exceed 8 °C. The synoptic meteorological situation associated with the largest UHI occurs roughly two to three nights after cold front passages. During spring and summer, sea breezes commonly reduce and delay the UHI and displace it about 10 km to the west. Backdoor cold fronts, which occur most frequently in spring and early summer, reduce or even reverse the UHI, as cold air from the water to the northeast keeps NYC colder than the western suburbs. Cases documenting the sensitivity and rapidity of changes of the UHI to changes in parameters such as cloud cover, ceiling, and wind speed and direction are presented. Received August 16, 2001; revised October 6, 2002; accepted November 20, 2002 Published online March 17, 2003