劉貴萍，李躍春

(1.貴州省民航貴州空管分局，貴州 貴陽 550012;2.貴州省民航西南空管局，四川 成都 610202)

T639和WAFS產(chǎn)品對貴陽機(jī)場輻射霧預(yù)報能力的對比分析

劉貴萍，李躍春

(1.貴州省民航貴州空管分局，貴州 貴陽 550012;2.貴州省民航西南空管局，四川 成都 610202)

該文使用T639、WAFS數(shù)值產(chǎn)品對貴陽龍洞堡機(jī)場2010年8月27日、28日兩次輻射霧的生消進(jìn)行預(yù)報，討論兩種產(chǎn)品的預(yù)報能力，并探討提高精細(xì)化預(yù)報的可行性。

數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品;輻射霧;精細(xì)化預(yù)報

1 前言

2010年8月27日世界時18時(以下均為世界時)，華夏航空公司CRJ200/B-3001號機(jī)執(zhí)行G5274石家莊至貴陽航班任務(wù)，在貴陽機(jī)場著陸過程中發(fā)生擦右機(jī)翼尖的嚴(yán)重不安全事件。當(dāng)時機(jī)場天氣現(xiàn)象霧，能見度600 m，01號跑道RVR在450～700 m之間變化，天氣狀況碧空。預(yù)報員在27日發(fā)布的有效時段0 606、1 818的24 h預(yù)報中預(yù)報1 824將出現(xiàn)短時能見度低于500 m，28日02時后轉(zhuǎn)5 000 m。目前貴陽機(jī)場做預(yù)報的主要參考數(shù)值產(chǎn)品是國家氣象局下發(fā)的T213，時間分辨率6 h，即將引進(jìn)的 T639和WAFS數(shù)值產(chǎn)品時間分辨率3 h。本文研究T639和WAFS數(shù)值產(chǎn)品對貴陽機(jī)場輻射霧生消的預(yù)報能力，是為精細(xì)預(yù)報輻射霧生消提供依據(jù)。

2 天氣過程介紹

2.1 天氣形勢

2010年8月26日00時500 hPa(圖略)四川南部到云南中部有一小槽，貴州處于槽前西南氣流控制，27日00時小槽移到貴州中部，27日12時貴州轉(zhuǎn)高壓脊前西北氣流控制，這種形勢一直維持到29日00時。地面冷鋒于26日00時過貴陽，27日00時移到廣西境內(nèi)。冷鋒過境導(dǎo)致貴州全省大面積降水。貴陽龍洞堡機(jī)場從26日04時出現(xiàn)小雨，一直持續(xù)到27日02：10。27日12時冷鋒入海，貴州轉(zhuǎn)冷鋒后冷高壓控制，直到29日00時。此期間700 hPa、850 hPa貴州為高壓脊前偏北氣流影響。該高壓脊導(dǎo)致了與輻射霧有關(guān)的碧空和微風(fēng)天氣。

2.2 各天氣要素的演變情況

從地面觀測紀(jì)要欄記錄的能見度變化來看，27日17：51 為 1 300 m，17：59 降為 600 m，其后低于600 m，一直到28日01：26上升到800 m，01：36到1 200 m，04時到10 000 m。夜間22：24又下降到1 000 m，22：36 為 700 m，一直持續(xù)到 29 日 00：28上升到800 m，00：38到2 000 m以上。從紀(jì)要欄記錄還可以看出，27日霧比28日濃，最低能見度100 m，出現(xiàn)在日出前27日22：51，28日霧最低能見度600 m，出現(xiàn)在28日23：10。27日霧持續(xù)了7 h 37 min，28日霧僅持續(xù)2 h4 min，起得早的霧晚消散，起得晚的霧早消散。

從27日00時到29日12時各要素隨時間的變化來看，27日00時天氣現(xiàn)象小雨，總云量8，低云云底高240 m，相對濕度96%。02：10降水停止，低云云底高逐漸抬升，相對濕度減小，09時天空裂開，總云量7，相對濕度77%，天空沒有低于300 m的云。隨著日落到來，溫度降低，相對濕度上升，整層轉(zhuǎn)高壓脊控制，地面轉(zhuǎn)高壓控制，風(fēng)向為東北風(fēng)，風(fēng)速0～2 mps，天空狀況轉(zhuǎn)好，15時碧空，總云量0，晴空輻射冷卻加強(qiáng)，18時溫度從15時的14.5℃降到12.4℃，相對濕度100%，能見度降到600 m，開始低于貴陽機(jī)場降落標(biāo)準(zhǔn)。

由于天氣形勢穩(wěn)定，天空狀況良好，28日整天少云到多云，15時又轉(zhuǎn)為碧空，輻射冷卻加強(qiáng)，23時出現(xiàn)當(dāng)日的最低溫度12.0℃，相對濕度100%，又出現(xiàn)輻射霧，能見度700 m。

3 T639、WAFS介紹

3.1 T639模式介紹

T639L60模式［1］(簡稱T639)是我國自主研發(fā)的全球中期數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)，于2007年12月通過準(zhǔn)業(yè)務(wù)化驗收，開始運(yùn)行。是通過對T213模式進(jìn)行性能升級發(fā)展而來，具有較高的模式分辨率，達(dá)到全球水平分辨率0.281 25°×0.251 25°(30 km)，垂直分辨率60層，模式層頂從10 hPa升至0.1 hPa，并采用Rayleigh摩擦增加平流層的穩(wěn)定性。具有較高的邊界層垂直分辨率，850 hPa以下有12層，對邊界層過程有更加細(xì)致的描述，更適合支撐短時臨近預(yù)報。

3.2 WAFS系統(tǒng)介紹

WAFS［2］(英文全稱 World area forecast system)是國際民航組織和世界氣象組織專為航空氣象設(shè)計的一套航空氣象服務(wù)系統(tǒng)，1982年成立。目的是為航空氣象用戶提供圖像和數(shù)字形式的氣象服務(wù)產(chǎn)品。WAFS有兩個世界區(qū)域預(yù)報中心(WAFC)：倫敦世界區(qū)域預(yù)報中心(英國國家氣象局)和華盛頓世界區(qū)域預(yù)報中心(國家環(huán)境預(yù)報中心 NCEP)。兩個世界區(qū)域預(yù)報中心的產(chǎn)品互為備份。產(chǎn)品由3個通信衛(wèi)星組成的衛(wèi)星廣播系統(tǒng)向外發(fā)送。2個衛(wèi)星屬華盛頓區(qū)域預(yù)報中心，位于大西洋區(qū)域(AOR)和太平洋區(qū)域(POR)，稱ISCS。一個衛(wèi)星屬倫敦區(qū)域預(yù)報中心，位于印度洋區(qū)域(IOR)，叫SADIS。

3.2.1 美國WAFC模式GFS(AVN)的簡介 美國世界區(qū)域預(yù)報中心運(yùn)行的是美國國家環(huán)境預(yù)報中心的全球航空模式，是靜力譜模式，計算時間3 h，每天運(yùn)行4次，2002年10月29日正式業(yè)務(wù)運(yùn)行。模式0～84 h運(yùn)行T254L64，84～180 h運(yùn)行T170L42，180～384 h運(yùn)行T126L28。即預(yù)報的前84 h水平分辨率55 km，垂直分辨率64層，模式層頂至0.2 hPa。能直接同化美國極軌衛(wèi)星AMSU/A-12/13通道的資料、NOAA-14/15/16通道的全球ATOVS垂直探測儀及微波通道的資料，大大提高了衛(wèi)星資料同化能力。同時大量使用自動飛機(jī)報告，改進(jìn)了數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)。動力框架方面包含一些簡單的土壤模式，并改進(jìn)云方案，直接做云的預(yù)報，不是從相對濕度推導(dǎo)云的預(yù)報。模式每6 h輸出一次結(jié)果，通過WAFS衛(wèi)星廣播系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)下發(fā)。

3.2.2 英國WAFC模式United Model的簡介 英國世界區(qū)域預(yù)報中心運(yùn)行的是英國國家氣象局的統(tǒng)一模式(The Met.Office Unified Model)，包括等溫層模式、大氣模式(包括全球模式和歐洲模式)、洋流模式、環(huán)境模式(監(jiān)測火山爆發(fā)、核爆炸以及生物學(xué)、化學(xué)的緊急事件)等。目前運(yùn)行的全球(航空)模式輸出格點(diǎn)數(shù)據(jù)作為歐洲模式和中尺度預(yù)報系統(tǒng)的初邊界，水平分辨率60 km，垂直分層38層。每天運(yùn)行4次，時效144 h。全球模式和中尺度預(yù)報系統(tǒng)結(jié)果做天氣研究用，歐洲模式結(jié)果做檢驗用。中尺度預(yù)報系統(tǒng)區(qū)域為英國，水平分辨率12 km，垂直分層38層。

3.2.3 世界區(qū)域預(yù)報中心的產(chǎn)品 世界區(qū)域預(yù)報中心的產(chǎn)品包括圖表資料(T4、BUTR)、報文資料(OPMET)和 GRIB(Gridded Binary)資料，除了OPMET，其它3種資料都是由模式運(yùn)行得到的數(shù)值預(yù)報資料，包括了從地面降水量、風(fēng)、濕、溫的預(yù)報和各標(biāo)準(zhǔn)等壓面的基本物理量，應(yīng)國際民航組織要求，華盛頓和倫敦中心于2004年11月25日00時增加了急流和急流垂直厚度的信息。

民航北京氣象中心從1996年開始接收WAFS英國倫敦資料，1998年接收美國華盛頓資料。其中圖表資料和報文資料因其具有的直觀性和通用性，得到了較好利用，在對機(jī)組的服務(wù)工作中發(fā)揮了重要作用。GRIB資料的應(yīng)用卻很少，而它的有效性和準(zhǔn)確性是得到世界氣象組織公認(rèn)的。本文使用WAFS的GRIB數(shù)值預(yù)報資料，與我國國家氣象局下發(fā)的T639資料一起進(jìn)行分析，探討精細(xì)化預(yù)報貴陽機(jī)場輻射霧生消時間的可能性。

4 兩種產(chǎn)品對輻射霧的生消預(yù)報能力探討

由于地表輻射冷卻作用使地面氣層水汽凝結(jié)而形成的霧，稱為輻射霧。這里使用2010年8月27日、28日00時為初始場，預(yù)報時效為36 h的T639、WAFS數(shù)值預(yù)報資料對8月27日、28日輻射霧生成前后的冷卻條件、水汽條件、層結(jié)條件和風(fēng)力條件進(jìn)行對比分析。

4.1 冷卻條件

晴朗少云的夜間或清晨地面散熱迅速，近地面氣層降溫多，有利于水汽凝結(jié)。從T639和WAFS預(yù)報2 m高度上36 h溫度的結(jié)果和實況對比(圖1)來看，2種預(yù)報結(jié)果都基本預(yù)報出了溫度的變化趨勢。但在出現(xiàn)拐點(diǎn)的地方，T639的預(yù)報值更接近于實況值。27日06時實況19.6℃，隨后呈下降趨勢。T639預(yù)報06時20.9℃，09時22.1℃后呈下降趨勢，WAFS預(yù)報06時21.1℃，09時22.1℃后呈下降趨勢。霧形成后，27日21時到28日00時實況從12.8℃降到12.5℃，28日03時上升到18.4℃，霧消散。T639預(yù)報 27日 21時 14.2℃，28日 00時14.7℃，28日03時21.5℃，從這個結(jié)果來看，霧至少應(yīng)該至少持續(xù)到28日00時以后，與實況比較一致。WAFS預(yù)報 27日 21時 13.7℃，28日 00時16.5℃，升溫顯著，可以預(yù)報霧在28日00時前消散，這與實況是不符的。28日06時實況24.0℃，09時 25.1℃，隨后呈下降趨勢，T639預(yù)報 06時24.1℃，09時24.3℃后出現(xiàn)下降趨勢，與實況一致。WAFS預(yù)報06時25.5℃，09時呈現(xiàn)下降趨勢24.6℃，這與實況是相反的。霧形成后，從28日21時到29日00時實況從12.2℃升到12.9℃，03時到22.9℃，霧消散。T639預(yù)報28日21時 13.4℃，29日00時 14.0℃，03時22.7℃，與實況比較一致。WAFS預(yù)報28日21時11.5℃，29日00時17.2℃，升溫顯著，可能會漏報29日早晨較弱的霧。

圖1 WAFS、T639 2 m溫度36 h預(yù)報和實況對比分析

4.2 水汽條件

近地面層水汽充沛時，氣溫稍有下降就會使水汽凝結(jié)形成霧。從T639和WAFS預(yù)報2 m高度上相對濕度36 h的結(jié)果和實況對比(圖2a)來看，2種預(yù)報結(jié)果基本報出了相對濕度的變化趨勢。但極大值的預(yù)報WAFS略勝于T639。27日06時實況相對濕度81%，09時77%，隨后呈上升趨勢。WAFS預(yù)報06時79%，09時76%后呈上升趨勢，T639預(yù)報06時70.7%，09時66%后呈上升趨勢，這與實況一致。在極值的預(yù)報上，實況從27日15時上升到99%，隨后維持100%直到28日00時，28日03時下降到 87%，霧消散。WAFS預(yù)報 27日 15時97.9%，隨后維持在99%以上，直到28日00時94.1%。T639預(yù)報27日15時88.2%，27日18時才升到90.7%，最大值出現(xiàn)在27日21時91.9%，28日00時88.1%。28日夜間18時、21時、29日00時實況分別是97%、99%、100%，WAFS對應(yīng)的預(yù)報是 97.3%、97.8%、83.6%，T639對應(yīng)的是91.1%、91.5%、89.3%。從相對濕度高值的維持來看，T639的結(jié)果有利于預(yù)報29日早晨較弱的霧。

從WAFS、T639各層相對濕度36 h預(yù)報結(jié)果(圖2b)分析來看，對于持續(xù)時間長的霧，二種模式資料800 hPa高度下相對濕度90%的時段與霧持續(xù)時間一致，但對于持續(xù)時間短的霧，二種模式都漏報了相對濕度90%以上的時間段。

4.3 層結(jié)條件

近地面氣層比較穩(wěn)定或有逆溫存在，有利于水汽和塵埃雜質(zhì)聚集。從WAFS、T639對各層垂直速度36 h預(yù)報結(jié)果(圖3)來看，霧出現(xiàn)的時段700 hPa以下垂直運(yùn)動都很弱，除WAFS預(yù)報27日18時霧初形成時有弱的擾動外，基本沒有垂直擾動。

圖2a WAFS、T639 2 m相對濕度36 h預(yù)報和實況對比

4.4 風(fēng)力條件

微風(fēng)(1～3 mps)對霧的形成最有利。從WAFS、T639預(yù)報10 m風(fēng)速36 h的結(jié)果和實況對比(圖4)來看，二種模式的預(yù)報結(jié)果也基本預(yù)報出了風(fēng)速的變化趨勢。27 日 09、12、15、18、21、28 日 00、03 時的實況風(fēng)速分別為 3、1、0、1、1、1、2 mps，WAFS 對應(yīng)的風(fēng)速分別為 1.5、1.2、1.1、1.2、1.1、0.9、1.2 mps，T639對應(yīng)的風(fēng)速分別為 2.4、1.9、1.5、1.0、0.7、0.9、1.7 mps。28日15、18、21 時、29 日 00、03 時的實況風(fēng)速分別為 1、0、0、0、2 mps，WAFS 對應(yīng)的風(fēng)速分別為0.9、0.3、0.3、0.2、1.0 mps ，T639 對應(yīng)的風(fēng)速分別為1.2、0.7、0.3、0.2、0.8 mps。從風(fēng)速量級來看，二種模式的預(yù)報結(jié)果與實況的量級一樣。按自動觀測風(fēng)速啟動值為0.5 mps計，WAFS預(yù)報的霧維持時的極小值時段與實況的更為一致。

5 小結(jié)

①2010年8月27、28日貴陽機(jī)場出現(xiàn)的霧是典型的輻射霧過程，使用T639和WAFS數(shù)值產(chǎn)品做輻射霧的預(yù)報，時間分辨率可以提高到3 h。

②從滿足輻射霧形成的溫度、濕度、垂直運(yùn)動、風(fēng)速條件考察T639和WAFS數(shù)值產(chǎn)品的預(yù)報能力，發(fā)現(xiàn)：

第一，2種數(shù)值預(yù)報結(jié)果都基本預(yù)報出了溫度的變化趨勢。但在出現(xiàn)拐點(diǎn)的地方，T639的預(yù)報值更接近于實況值。

第二，2種數(shù)值預(yù)報結(jié)果基本預(yù)報出了相對濕度的變化趨勢。但極大值的預(yù)報WAFS的預(yù)報結(jié)果略勝于T639，從相對濕度高值的維持來看，T639的結(jié)果有利于預(yù)報較弱的霧。

第三，對于持續(xù)時間長的霧，2種產(chǎn)品800 hPa下相對濕度90%的時段與霧持續(xù)時間一致，但對于持續(xù)時間短的霧，2種模式都漏報了相對濕度90%的時間段。

第四，在有霧出現(xiàn)的時段，2種產(chǎn)品700 hPa以下垂直運(yùn)動都很弱，基本沒有垂直擾動。

第五，2種模的預(yù)報結(jié)果基本預(yù)報出了風(fēng)速的變化趨勢，霧維持時，WAFS預(yù)報的風(fēng)速極小值時段與實況更為一致。

③在做輻射霧預(yù)報時，溫度條件可以參考T639的產(chǎn)品，濕度、風(fēng)和垂直運(yùn)動條件可以參考WAFS的產(chǎn)品。

［1］ 管成功，陳起英，佟華，等.T639L60全球中期預(yù)報系統(tǒng)預(yù)報試驗和性能評估.氣象，2008，34(6)：12-16.

［2］ wafs user manual.ICAO.

P426.4

B

1003-6598(2011)06-0014-04

2011-05-26

劉貴萍(1971-)，女，主要從事影響飛行安全和正常的天氣原因等方面的研究工作。