一次南海高空晴空颠簸事件的形成机制研究

采用WRF模式及其三维变分同化系统,对一次发生于南海高空越洋航线上的晴空颠簸(CAT)事件开展同化AMDAR资料的高分辨率数值模拟研究,探讨副热带高空急流与本次CAT的发生关系。通过对飞机航线上CAT发生时刻附近水平和垂直风场、气压场、温度场的模拟与分析,得出以下结论:(1)此次南海高空越洋航线上的CAT位置及周边区域存在明显的大气重力波活动;(2)影响此次CAT的大气重力波主要来源于副热带高空急流及非地转平衡;(3)急流区以及非地转平衡激发的大气重力波经过水平传播或垂直传播,通过扰动局地大气环境达到Kelvin-Helmholtz不稳定和急流南侧反气旋气流的惯性不稳定的两种机制使波形破碎,从而形成CAT。     

WAFS网格点数据对拉萨航路颠簸的预报检验

结合2014年2月10日和11日拉萨航路的13例飞机颠簸航空器空中报告,检验了世界区域预报系统(WAFS)风场对高空急流的预报能力,并对新增下发的晴空颠簸网格点数据的预报效果和业务化应用进行分析。结果表明:WAFS风场资料具有较高的预报能力,最大晴空颠簸预报比平均晴空颠簸预报具有更高的辨识能力,可选择4为阈值的最大晴空颠簸网格点数据绘制拉萨航路颠簸预报区域图,在业务应用中验证修订使用。      

基于AMDAR资料应用于中国周边海域飞机颠簸的统计分析

基于2002—2011年共10 a的AMDAR资料,用于中国周边海域(0~35°N,110~150°E)越洋飞行飞机颠簸的时空分布和变化规律分析。研究指出:南海比西北太平洋海域更容易发生重度以上的飞机颠簸;全年中6月最容易发生颠簸,而9月至次年2月发生重度和严重颠簸的百分率明显减小;5 km以下,发生轻度和重度颠簸的百分率随高度增大而减小,8 km以上重度颠簸的发生百分率稳定在0.2%左右,边界层顶和对流层顶附近容易发生严重颠簸,发生的百分率分别为0.27%和0.18%;随着风速增大发生颠簸的概率一般也增大,在对流层上层风速大于40 m/s时,发生重度和严重颠簸的百分率都明显增大,达到0.2%左右。冷半年风向为NNE以及暖半年风向为SSW时,发生重度颠簸的百分率达4%左右;严重颠簸发生在暖半年的概率较大,暖半年吹SSE至ESE风时,发生百分率为0.25%~0.3%,但暖半年吹正北风或冷半年吹正南风时,也易发生严重颠簸。     

基于湍能耗散率的航空颠簸集成预报方法

为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，简称EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸（Clear Air Turbulence，简称CAT）和山地波（Mountain Wave Turbulence，简称MWT）的预报指数，在各预报指数和颠簸实况EDR的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验（ROC）表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。     

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。     

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。     

我国晴空颠簸特点及各种预报结果分析

利用2005-2008年国内报告的34起颠簸个例,分析了我国颠簸的时空分布特点,以及不同程度颠簸的发生频率和不同层次颠簸发生的比率,结果表明,每年1、2月份的颠簸次数最多,12最少,其他月份较平均;华北地区出现颠簸的几率比其他地区都高,华东次之,华南最少;7500m以上高空飞行遭遇颠簸的可能性远远高于中空和低空;机组报告的颠簸逐年递增,尤其是严重颠簸。此外,对2008年10起晴空颠簸个例的预报结果比对发现,国际航空气象业务系统伦敦区域预报中心发布的SADIS颠簸产品对晴空颠簸的预报效果最好,错报率最低,DVSI指数预报效果次之,伦敦区域预报中心发布的重要天气预报图（WAFS）在三个颠簸预报产品的比较中效果较差。     

中国西部干线飞机颠簸分布规律分析

基于四川航空公司2006年的飞机颠簸资料,对以成都为枢纽中心的14条航线在巡航阶段产生的颠簸情况进行了分析。结果表明:在西部干线中,飞往西藏地区的航线飞机颠簸出现概率最高,春季的航线颠簸次数最多,秋季发生的颠簸次数最少;飞机颠簸的出现高度主要分布在7000~10000m高度范围内;西部干线上发生中-轻度颠簸的概率最高,其次是轻度颠簸,发生强烈颠簸的概率最小。      

拉萨航路一次颠簸过程的成因分析和数值模拟

颠簸是成都—拉萨航路影响飞行安全与正常的重要因素。本文分析了2009年10月23日发生在拉萨航路太昭航段的两例颠簸事件,并利用WRF模式进行了数值模拟预报。结果表明,这是一次典型的晴空颠簸过程,在高空急流区边缘,冷暖平流交汇的梯度带上,上升和下沉气流的转换区域内产生了飞机颠簸。分析WRF模式计算得到的L_P颠簸指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度,具有一定的预报指示意义。      

民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

为确保民机阵风载荷测量试飞的质量和效率,规避风险,保障安全,解决“找风难”问题,从飞行员飞机颠簸报告入手,利用欧洲中期天气预报中心提供的ERA5全球大气再分析资料,基于10个预报效果较为理想的颠簸指数,通过加权集成算法给出了高空急流背景下的颠簸潜势综合指数。综合指数中单一指数的权重是通过发生颠簸的预报准确率PODY、未发生颠簸的预报准确率PODN、总体预报准确率PODA及TSS评分及中度以上颠簸所占面积fMOG五项评价指标共同确定的。同时评估了颠簸潜势综合指数性能对单一指数数量的敏感性以及对参与建模样本量的敏感性。结果表明:Dutton指数因预报得分φ达1.043,是这10个单一指数中总体预报效果最好的,Brown指数、L-P指数次之。由Dutton指数、Brown指数、L-P指数、TI1指数及风相关指数加权集成的综合指数,较好地集成了各单一指数的优点,各项指标均较为优秀,PODA达90%,TSS达0.80,fMOG达9.2%,预报得分φ达1.225,总体效果最好。随着单一指数数量的增加,综合指数的诊断效果先增大后减小,当单一指数增加到5个的时候,效果最优。随着参与建模的飞机颠簸样本量增加,综合指数性能逐步提升。该综合指数能较好地解决民机阵风载荷测量试飞潜在颠簸区域寻找的问题。      

近10年晴空湍流的研究进展

晴空湍流是威胁航空安全的一种极端危险性天气,因其不伴有明显的天气现象,机载雷达难以探测,故对飞行安全威胁巨大,因此对于晴空湍流的形成机制与预警预报的研究十分重要。从晴空湍流的形成机制、晴空湍流的观测手段和晴空湍流的预报方法3个方面,对近十年国内外有关研究进行归纳和综述。重点引述了惯性重力波在晴空湍流形成中的重要作用、多种新型观测手段为晴空湍流研究提供宝贵的实况资料、基于湍流指数集成算法的晴空湍流数值预报等重要进展。本文对晴空湍流未来的研究趋势进行展望。     

A CLIMATOLOGY OF DEEP CONVECTION OVER SOUTH CHINA AND THE ADJACENT WATERS DURING SUMMER

Due to the higher temporal and spatial resolution and the better integrality of long-term satellite infrared(IR) Brightness Temperature(TBB) data,a climatology of deep convection during summer over South China and the adjacent waters is presented in this paper based on the 1-hourly infrared IR TBB data during June-August of 1996-2007(except 2004).The results show that the geographic distribution of deep convection denoted by TBB ≤-52℃ over South China and the adjacent waters are basically consistent with previous statistical results based on surface thunderstorm observations and low-orbit satellite lightning observations.The monthly,ten-day,five-day and diurnal variations of deep convection in this region are focused on in this paper.There are 5 active deep-convection areas in June-August.The monthly variations of the deep convection are closely associated with the large-scale atmospheric circulations.The deep convection over the land areas of South China is more active in June while that over the South China Sea is more active in July and August.The development of deep convection is prominently intermittent and its period is about 3 to 5 five-day periods.However,the deep convection over the coastal areas in South China remains more active during summer and has no apparent intermittence.The ten-day and five-day variations of deep convection show that there are different variations of deep convection over different areas in South China and the adjacent waters.The tendency of deep convection over the land areas of South China is negatively correlated with that over the South China Sea.The diurnal variations of deep convection show that the sea-land breeze,caused by the thermal differences between land and sea,and the mountain-valley breeze,caused by the thermal differences between mountains and plains or basins,cause deep convection to propagate from sea to land in the afternoon and from land to sea after midnight,and the convection over mountains propagates from mountains to plains after midnight.The different diurnal variations of deep convection over different underlying surfaces show that not only there are general mountainous,marine and multi-peak deep convection,but also there is longer-duration deep convection over coastal areas and other deep convection triggered and maintained by larger-scale weather systems in South China during summer.     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

一种新的预报晴空湍流综合算法

介绍了晴空湍流及其相关的湍流指数,以及通过对9个指数进行加权综合得到的一个综合预报算法。利用T213模式资料,计算了9个湍流指数,并分别用12个北京地区的飞机颠簸个例进行验证,得到各湍流指数的预报结果;在此基础上,应用新的综合算法,得到一个综合预报结果。计算结果表明,虽然理查孙数和风相关指数、MOSCAT概率预报因子指数的预报效果相对较好,但是这三个指数的预报范围和强度均偏大,容易出现空报;综合算法则较好地综合各个指数,预报区域相对集中,预报强度也较符合实际情况,空报的情况也得到了相应的改善,总体预报效果较好     

我国近海热带气旋强度突变的气候特征分析

利用２．５×２．５格距的风场及气压资料,计算分析９０１２号热带气旋登陆后维持６５小时不消的各标准时次的角动量收支。得到的结果是：９０１２号热带气旋登陆后,进入一个相对稳定的鞍型场的中心,低层有西南风急流将大量潮湿空气卷入热带气旋,为其提供充足的潜热能,北侧弱冷空气的侵入,为其提供了斜压能量;而对流层上部气旋４°－８°半径上的地转角动量的涡旋输送及β项产生的气旋角动量的输入,则是气旋中心气压和最大风速维持的直接因素。     

OLR与南海热带气旋发展的关系

利用OLR资料，对近十多年(1990～2000年)的南海热带气旋的发生、发展与OLR之间的关系进行了分析研究。研究结果表明:南海热带低压能否发展加强成热带风暴与南海区及其附近OLR值的变化有较好的对应关系；OLR低值中心存在于辐合带中热带低压易发展；在双台风状态下，两个低值中心的强弱情况和距离决定热带低压能否发展。通过定义一个南海热带低压的发展指数IOD（Index of Development）来定量描述OLR等值线的梯度变化和南海热带低压发展的关系；当南海热带低压的发展指数IOD≥9时，热带低压易发展成为热带风暴     

The Potential Predictability of the South China Sea Summer Monsoon in a Dynamical Seasonal Prediction System

The potential predictability of climatological mean circulation and the interannual variation of the South China Sea summer monsoon (SCSSM) were investigated using hindcast results from the Institute of Atmospheric Physics Dynamical Seasonal Prediction System (IAP DCP),along with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data from the period of 1980-2000.The large-scale characteristics of the SCSSM monthly and seasonal mean low-level circulation have been well reproduced by IAP DCP,especially for the zonal wind at 850 hPa;furthermore,the hindcast variability also agrees quite well with observations.By introducing the South China Sea summer monsoon index,the potential predictability of IAP DCP for the intensity of the SCSSM has been evaluated.IAP DCP showed skill in predicting the interannual variation of SCSSM intensity.The result is highly encouraging;the correlation between the hindcasted and observed SCSSM Index was 0.58,which passes the 95% significance test.The result for the seasonal mean June-July-August SCSSM Index was better than that for the monthly mean,suggesting that seasonal forecasts are more reliable than monthly forecasts.