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。     

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。     

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%。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

飞机颠簸及预报方法研究

文章对引起飞机颠箕的晴空湍流及预报方法进行了研究。以尺度分析和数值模式预报的产品为基础，研制开发出可供业务使用的飞机颠簸预报方法。试验表明，颠簸强度预报的效果较好，历史拟合率达７２％以上。     

直升飞机自然积冰试验方案设计与实例应用

针对直升机自然积冰试飞，结合直升机飞行特性，分析了不同气象条件下试验飞行路线确定原则。利用模式预报和实况监测产品，设计了直升机积冰试验飞行方案，并在2018年3月新疆乌鲁木齐外场试验中进行了应用和检验。结果表明，直升机自然积冰试验飞行方案的确定原则需要充分考虑直升机的飞行特性。在层状云中进行自然积冰试飞，根据积冰区相对云区位置，考虑从云底或云顶进入积冰区的原则。建立了飞机积冰飞行方案设计流程。利用积冰潜势预报系统提前72 h开展概率预报，利用云降水显式预报系统提前24 h开展云条件预报，利用卫星雷达探空等观测资料提前3 h开展积冰条件监测预警。预报和监测结果显示，计划试验当天云的宏微观条件较为理想，符合飞机积冰形成的条件。针对此云层设计了采取云底进入探测区和云底退出的规避方式，在云中采用多次往返爬升和平飞寻找过冷水区以完成积冰探测。实际飞行也采用了云底入云并云中探测到了积冰和过冷水，是一次比较成功的飞机积冰航线设计和应用实例。     

Characterizing the severe turbulence environments associated with commercial aviation accidents. A real-time turbulence model (RTTM) designed for the operational prediction of hazardous aviation turbulence environments

Summary In this paper, we will focus on the real-time prediction of environments that are predisposed to producing moderate-severe (hazardous) aviation turbulence. We will describe the numerical model and its postprocessing system that is designed for said prediction of environments predisposed to severe aviation turbulence as well as presenting numerous examples of its utility. The purpose of this paper is to demonstrate that simple hydrostatic precursor circulations organize regions of preferred wave breaking and turbulence at the nonhydrostatic scales of motion. This will be demonstrated with a hydrostatic numerical modeling system, which can be run in real time on a very inexpensive university computer workstation employing simple forecast indices. The forecast system is designed to efficiently support forecasters who are directing research aircraft to measure the environment immediately surrounding turbulence. The numerical model is MASS version 5.13, which is integrated over three different grid matrices in real-time on a university workstation in support of NASA-Langley’s B-757 turbulence research flight missions. The model horizontal resolutions are 60, 30, and 15 km and the grids are centered over the region of operational NASA-Langley B-757 turbulence flight missions. The postprocessing system includes several turbulence-related products including four turbulence forecasting indices, winds, streamlines, turbulence kinetic energy, and Richardson numbers. Additionally there are convective products including precipitation, cloud height, cloud mass fluxes, lifted index, and K-index. Furthermore, soundings, sounding parameters, and Froude number plots are also provided. The horizontal cross section plot products are provided from 16,000–46,000 feet in 2,000 feet intervals. Products are available every three hours at the 60 and 30 km grid interval and every 1.5 hours at the 15 km grid interval. The model is initialized from the NWS ETA analyses and integrated two times a day.     

Shapley-模糊神经网络方法在华南台风卫星云图的长时效滚动预测中的应用

为了更好地利用大量的卫星云图观测资料来提高台风暴雨的预报能力,解决并提高对台风强降水云系变化的预报精度,延长对未来云系变化的预报时效,构建基于合作对策Shapley-模糊神经网络的华南区域台风卫星云图非线性智能计算滚动集合预测模型,对增强卫星云图资料在台风暴雨天气预报中的实用性和及时性具有重要意义.依据2013—201...     

载水数值模式的实时预报试验

该文对载水数值模式进行了持续56天的实时预报试验，并对模式的常规预报和云场预报结果进行检验和分析。试验表明，模式运行稳定可靠；载水数值模式有能力合理而比较正确地预报大气中各种水物质的分布及随时间变化，预报云系、云团的宏、微观结构和云物理特征；与此同时，其形势预报及以降水为代表的要素预报能力，亦不低于一般的常规预报模式。     

初值中云变量对T213预报性能的影响

采用云变量自由变化的方案，在国家气象中心全球业务模式T213L31的初始场中增加有关云变量的信息，通过2005年6—8月和2015年12月—2006年2月各3个月的连续滚动对比试验的统计分析和个例预报分析，研究探讨了全球模式初值中增加云变量对模式预报性能的影响。初步研究结果表明:采用自由变化的方案在初值场中增加云的信息，使模式能够较为合理地描述出模式预报初期与云相关变量分布和变化特征，降低了spin-up现象对模式前期降水预报能力的影响，同时对500 hPa形势场预报也有一定程度提高。     

GMS数字化卫星云图短时暴雨预报应用系统

利用ＧＭＳ数字化卫星云图资料与常规气象资料、预报经验相结合，建立了一套集智能网络模型、统计回归、云指数等多种方法于一体的自动化定量短时大、暴雨预报应用系统。经１９９５—１９９６年汛期试用表明，该系统对短时大、暴雨的预报准确率较高，有较好的业务使用价值     

夏秋连旱转好雨天气分析预报系统研究

该系统与Micaps工作平台设置接口，利用新技术所提供的各种图表工具和信息，对数值预报（NWP）形势场进行逐日反查分析比较，归纳出一些与临汾地区出现好雨相关好的形势场。对这些（NWP）形势场与08时实时资料形势场对应分析，确定高空环流型、低层影响系统及各层预报指标；分析各层物理量场分布特征、卫星云图的不同种类云系结构演变规律等建立模型。系统投入业务运行以来效果良好，提高了转折性天气预报准确率。     

WRF模式不同微物理过程对东北降水相态预报的影响

为了研究不同微物理过程对中尺度模式降水相态预报的影响,利用中尺度模式WRF（V3.1）和NCEP再分析资料,采用WSM 6方案、Goddard方案和New Thompson方案等3种不同微物理过程参数化方案,对2006-2008年东北地区存在降水相变的11次降水过程进行了敏感性试验。通过对降水和云微物理特征影响的分析,了解不同方案间的预报差异。结果表明：不同微物理方案对降水落区和强度预报影响不明显,而降水相态对微物理参数化方案较为敏感,主要表现在对雨区和雨夹雪区预报影响显著。从总体预报效果来看Goddard方案表现较好。选用不同微物理参数化方案模拟的底层大气云微物理特征存在较大的差别,正是这种差别直接导致了降水相态预报间的差异。     

FY-2C云迹风资料同化应用对台风预报的影响试验研究

针对0505号台风“海棠”, 采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验, 利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品, 同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验。通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响, 并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验。结果表明: 同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度, 不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进; 风场预报模拟也有所改善。增加两例台风, 使用与“海棠” 相似的处理方法进行模拟试验, 并对模拟结果24小时降水分析与检验, 得到与“海棠”类似结论。因此, 经过合理性选择的云迹风资料的加入, 有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息, 从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果, 提高WRF模式的模拟预报能力。     

基于监测指数的贵州省4月气温预测模型及检验

基于1981~2019年贵州省4月气温与同期130项监测指数的相关分析建立了固定监测指数、最优监测指数、逐步回归的统计预测模型,并对1981~2020年预测模型回报结果进行检验。结果表明:在短期气候趋势预测业务中,按异常级进行预测可提高气候预测技巧。三种统计预测模型中逐步回归的预测效果最好,其次是最优监测指数,而固定监测指数效果最差。与省级和国家级预测产品相比,统计预测模型在近9年的回报效果表现出一定的优势。以7个最优指数建立的回归预测模型对2020年4月气温的回报Ps评分最高,较省级预报提高14.1分,相对国家指导预报提高66.7分。      

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式；针对人工影响天气业务特点，开发了模式预处理、后处理和产品服务系统；初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验，结果表明：系统运行稳定，功能实用，对降水场和云场具有一定的预报能力；对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高；模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。