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%。     

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。     

飞机积冰预报方法及应用场景研究北大核心CSCD

基于两种常用的飞机积冰诊断指数,利用ERA5再分析资料作为积冰发生的大气环境场,构建了飞机积冰诊断预报模型,对采集到的25个华东地区春季积冰个例进行了回算,并分别计算了我国不同纬度典型城市上空飞机积冰发生的时空分布特征,模拟了一次冷空气活动过程中浙江新昌上空积冰区域的时空分布,提出了飞机积冰预报方法的几种应用场景。结果表明:在选取的积冰个例中,积冰(IC)指数法诊断准确率为80%,假霜点温度经验法诊断准确率为92%;假霜点温度经验法考虑了飞机飞行速度与动力增温的影响,并且与冰水粒子浓度和中、低云的云量相关性更好,但在没有飞机真实空速情况下预测的积冰强度不够准确,400 hPa以上高度空报较多;IC指数法和假霜点温度经验法均能有效诊断出积冰易发生高度层和积冰高发时段,也可以有效预报某站点高空积冰强度分布情况,另外假霜点温度经验法可以反演发生积冰时的飞机临界飞行速度。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

飞机积冰业务预报技术研究

分析研究了飞机积冰的物理过程和影响因子，试验对比积冰算法。采用MM5中尺度数值模式和预报产品，建立了飞机积冰预报模型，用历史飞机报告检验及业务运行验证，预报效果较好。     

云微物理参数在飞机积冰分析和预报中的应用研究

对飞机积冰预报的现状进行了分析 ,介绍了积冰预报中云微物理参数的应用概况 ,并就积冰预报中云微物理参数的应用前景进行了分析和讨论。将模式模拟和卫星反演的微物理参数引入飞机积冰分析和预报 ,将进一步提高飞机积冰预报的准确性和合理性     

“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.     

北京地区高速公路道面结冰特征及气象条件

通过对2007—2010年北京市气象局交通气象监测站所采集的数据进行分析,研究了北京市高速公路道面结冰特征及气象条件。结果表明:北京市的道面结冰主要出现在西北部和城市环线高速公路;结冰次数年际变化显著,且同降水和气温之间关系密切。除此之外,北京地区高速公路内、外车道的结冰时刻均存在显著日变化,80%以上的结冰事件发生在20:00(北京时,下同) 到08:00之间,又以发生在后半夜为主,且前半夜结冰的持续时间明显长于后半夜。发生降雪结冰的气象条件:道面温度和气温均低于0℃,且道面温度略高于气温,环境风速较小,一般低于4 m·s-1。     

湖南电线覆冰厚度估算模型研究

基于湖南省97个地面气象观测站（其中28个站有电线积冰观测业务）自建站至2008年的日气象观测资料,雪峰山、东山峰高山站的部分电线积冰观测资料,NCEP/NCAR再分析资料及地理信息资料,开展了气象要素、温度垂直结构、地理信息等环境因子对电线覆冰厚度的影响分析;利用逐步回归方法建立了电线覆冰厚度与环境因子的回归模型;在对回归模型进行统计检验的基础上,开展了自建模型与其他两种相关模型的比对分析。检验及比对结果表明,自建模型具有可用性。     

风电场风机覆冰期预报方法

采用Makkonen结冰增长模型镶嵌冰表面辐射融化模型建立适用于风机覆冰的预报模型，基于WRF耦合CALMET综合模式预测结果和风机性能参数驱动模型，进行风机覆冰开始和结束时间的预报。以湖北通山九宫山风电场为研究对象，对2012年12月至2013年12月期间监测到19次风机覆冰进行分析，分别采用提前1 d、提前2 d、提前3 d三种预报方案开展覆冰起止时间的预报，发现该模型对风机覆冰具有一定的提前预警能力，且越临近覆冰发生时间，预报准确性越高。     

基于C4.5决策树算法的道路结冰预报模型构建及应用

道路结冰是气象上规定的主要灾害性天气之一,准确认识道路结冰发生规律并科学有效地预报是防灾减灾的关键问题。以影响道路结冰的日积雪深度、日最低气温、日降水量等气象要素为主要因子,将是否结冰抽象成二元分类问题,借助数据挖掘中C4.5决策树算法进行分类分析,得到便于预报员使用的预报道路结冰规则集。在实验部分,选取2004—2013年连云港和嘉定为例,用前8 a的连云港(嘉定)地区道路结冰数据样本进行分类规则的学习,从而得到适合连云港(嘉定)地区的4(3)条预报道路结冰规则集,然后用剩下2 a的数据进行检验,准确率高达96.82%(94.87%)。实验表明采用C4.5决策树算法构建的道路结冰预报模型不仅预报准确率高、易解释、方便预报员直接使用,而且预报规则与道路结冰现象的天气过程及理论一致。     

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。     

我国干旱地区一次直升机自然结冰试飞天气个例分析

2018年3月17日、27日,国产某型直升机在新疆五家渠地区成功完成2架次自然结冰试飞。利用NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料、机测液态水含量资料结合常规气象资料,对2次结冰天气过程的天气环流形势、动力热力特征、液态水含量进行分析。结果表明:17日在高空冷涡、地面冷锋前的环流形势下,试飞高度层位于冷暖平流交汇处,温度为0～-4℃,比湿值为3～3.5 g/kg,处于强水汽辐合中心,并伴有弱上升运动,Ic积冰指数为20～30,云中液态水含量波动较大,飞机挂架上形成0.5 cm厚度的凇冰。27日在高空槽前和地面冷锋后的环流形势下,试飞高度层在弱冷平流中心附近,温度为0～-2℃,比湿值接近4.5 g/kg,处于弱水汽辐合中心边缘,伴有弱上升运动,Ic积冰指数为30～40,云中液态水含量稳定,飞机挂架上形成1～2 cm厚度的明冰。在气象保障中运用探空、云图、雷达、微波辐射计等资料有效预报了积冰区域及高度。