王 曉

（民航東北空管局，遼寧 沈陽(yáng)110043）

1 引言

1999-2002年長(zhǎng)春大房身機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)204 架次飛行延誤，其中有86 架次（占42%）為雷雨原因造成，2006年是龍嘉機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的第一年， 全年由于天氣原因造成航班延誤共74 架次，雷雨天氣造成航班延誤55 架次，占74%，可見(jiàn)雷暴在7 種引起延誤的天氣原因中是高居首位的。

龍嘉機(jī)場(chǎng)現(xiàn)沒(méi)有可靠的雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)工具，機(jī)場(chǎng)雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)技術(shù)壓力很大，機(jī)場(chǎng)于2005年8月27日啟用,在僅僅趕上的最后5 個(gè)夏日當(dāng)中，就有3天出現(xiàn)了雷暴。2006年4月28日出現(xiàn)了開(kāi)航以來(lái)的首次春雷， 導(dǎo)致國(guó)航和南航的兩架航班在空中繞飛等待分別達(dá)20 多分鐘。

本文介紹了龍嘉機(jī)場(chǎng)雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)和研究的進(jìn)展，其中包括：可聞函數(shù)--雷達(dá)回波參數(shù)方法，高空探測(cè)要素因子診斷方法， 本站氣象要素模型識(shí)別方法。

2 雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方法的分別敘述

2.1 可聞函數(shù)--雷達(dá)回波參數(shù)方法

2.1.1 技術(shù)路線

根據(jù)雷暴來(lái)自中小尺度天氣系統(tǒng)、 預(yù)報(bào)難度大的特點(diǎn)，把預(yù)報(bào)范圍劃分成兩片區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)雷暴可聞和不可聞區(qū)，不可聞區(qū)不預(yù)報(bào)有雷暴，可聞區(qū)有無(wú)雷暴用雷達(dá)回波3 個(gè)參數(shù)的指標(biāo)值判斷。 劃分成兩片的手段是把有無(wú)雷暴問(wèn)題轉(zhuǎn)化為雷達(dá)回波強(qiáng)中心的位置問(wèn)題,由強(qiáng)中心位置產(chǎn)生可聞函數(shù)，由可聞函數(shù)給出機(jī)場(chǎng)可聞雷暴區(qū)域的邊界。 解決分片有無(wú)預(yù)報(bào)問(wèn)題之后,通過(guò)雷達(dá)回波資料的統(tǒng)計(jì)分析，確定可聞區(qū)未來(lái)3 小時(shí)有無(wú)雷暴的回波最大強(qiáng)度 （第一條件）、最大高度（第二條件）、≥40 dbz 的強(qiáng)核高度（第三條件）判別指標(biāo)(見(jiàn)表1)，利用回波移動(dòng)方向和時(shí)速等進(jìn)行4 個(gè)方面的預(yù)報(bào)消空， 并形成預(yù)報(bào)流程框圖。

表1 6-8月有無(wú)雷暴雷達(dá)回波參數(shù)

2.1.2 可聞函數(shù)的構(gòu)建

龍嘉機(jī)場(chǎng)與大房身機(jī)場(chǎng)相距50 km，采用大房身老機(jī)場(chǎng)的近年氣象監(jiān)測(cè)資料制作雷暴可聞函數(shù)，然后應(yīng)用龍嘉新機(jī)場(chǎng)的雷暴資料對(duì)雷暴可聞函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

利用老機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)1996-2003年共計(jì)8 a 夏季（6-8月） 雷暴觀測(cè)資料及吉林省氣象臺(tái)的雷達(dá)回波資料， 根據(jù)回波強(qiáng)中心位置分布確定的雷暴可聞函數(shù)F 描述為：

其中,a 表示雷達(dá)回波強(qiáng)中心所在方位,r 表示雷達(dá)回波強(qiáng)中心到雷達(dá)的距離。 聞雷與否不僅取決于距離,還與雷暴早期所在方位有關(guān)系,當(dāng)強(qiáng)中心位于可聞區(qū)域以外，不報(bào)機(jī)場(chǎng)有雷暴，不可聞區(qū)域8 a 歷史樣本準(zhǔn)確率P=186/207=89.9%。

2.1.3 可聞區(qū)域的預(yù)報(bào)流程

在雷暴可聞區(qū)域以內(nèi)， 通過(guò)雷達(dá)回波參數(shù)來(lái)判斷是否發(fā)生雷暴的問(wèn)題,核心技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高的原則,確定雷達(dá)回波參數(shù)的臨界值。

2.1.4 雷暴對(duì)可聞函數(shù)的檢驗(yàn)

龍嘉機(jī)場(chǎng)2005年8月27日-2006年7月10日觀測(cè)到的雷暴共26 d， 有對(duì)應(yīng)雷暴時(shí)刻的716 型雷達(dá)監(jiān)測(cè)資料23 d。 分別提取23 個(gè)雷暴日雷達(dá)回波觀測(cè)資料的相關(guān)雷達(dá)參數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果有14 次符合有雷暴的判別預(yù)警條件準(zhǔn)確率14/23=61%。

2.2 高空探測(cè)要素因子診斷方法

2.2.1 技術(shù)路線

將天氣形勢(shì)因子向雷暴氣象要素?cái)?shù)量因子轉(zhuǎn)換，讓組合因子的有效性和雷暴事件概率之間聯(lián)動(dòng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)精選，用準(zhǔn)確率高的組合因子相互搭配，繪制分類點(diǎn)聚圖， 把雷暴早期識(shí)別建立在組合因子的預(yù)報(bào)概率上，以組合因子描述物理意義，以點(diǎn)聚圖形式劃分雷暴集合區(qū)域。

2.2.2 對(duì)應(yīng)龍嘉機(jī)場(chǎng)進(jìn)近區(qū)域預(yù)報(bào)范圍的設(shè)定

把長(zhǎng)春氣象站探空起始原點(diǎn)向龍嘉機(jī)場(chǎng)方向移動(dòng)50 km，使長(zhǎng)春、德惠、九臺(tái)、農(nóng)安四個(gè)氣象臺(tái)站圍繞龍嘉機(jī)場(chǎng)， 其中若任一臺(tái)站20時(shí)之前出現(xiàn)雷暴，則確定為一個(gè)雷暴日。

2.2.3 組合因子配方

采用長(zhǎng)春8 a 的7-9月08 點(diǎn)探空逐日資料，對(duì)高空氣象要素因子進(jìn)行篩選和組合。 預(yù)報(bào)預(yù)警雷暴的組合因子配方主要有：A 指數(shù);（TT 地面+TT925+TT850） -（TT600 +TT500 +TT400）; （TT300 -Td300 -Td0℃）/（hh300-hh0℃）+（TT 地面-Td 地面-Td0℃）/(hh0℃-239);(t-td)850+(t-td)700+(t-td)600+(t-td)0℃在反復(fù)篩選因子的過(guò)程中發(fā)覺(jué)， 各月因子具體內(nèi)容不完全相同。

2.3 本站氣象要素模式識(shí)別方法

將判別雷暴的能力建立在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ降幕A(chǔ)上，本站各種天氣要素的綜合變化和天氣形勢(shì)有密切關(guān)系，表現(xiàn)在風(fēng)、氣壓、氣溫、濕度、降水強(qiáng)度等氣象要素在雷暴發(fā)生前發(fā)生后相互協(xié)同的變化特點(diǎn)， 總結(jié)提煉的基本規(guī)律見(jiàn)表2。通過(guò)系列氣象要素變化客觀化分析，依據(jù)模式識(shí)別原理，把氣象要素的變化數(shù)量化、指標(biāo)化，提高確率，完成雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

2.4 用模式提煉結(jié)果評(píng)價(jià)航空風(fēng)險(xiǎn)

表2 雷暴出現(xiàn)前后多種氣象要素規(guī)律的模式提煉

有雷電就意味著有風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)度有高有低。本文將同時(shí)滿足雷電持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度≥90 min，機(jī)場(chǎng)觀測(cè)降水量≥15 mm 兩個(gè)條件者，確定為高風(fēng)險(xiǎn)類別，反之則確定為低風(fēng)險(xiǎn)類別。 根據(jù)上述兩個(gè)條件的劃分，長(zhǎng)春龍嘉國(guó)際機(jī)場(chǎng)2006年發(fā)生初雷至8月份期間共聞雷29日次當(dāng)中, 高風(fēng)險(xiǎn)類別雷電為16日次,低風(fēng)險(xiǎn)類別雷電為13日次。

從本場(chǎng)兩種不同種類風(fēng)險(xiǎn)的聞雷前3 h-聞雷后1 h 的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度的逐小時(shí)變化百分率看出高風(fēng)險(xiǎn)類別雷電的特點(diǎn)： 高溫、 高濕、高露點(diǎn)溫度及氣壓快速下降。 與低風(fēng)險(xiǎn)雷相比高風(fēng)險(xiǎn)類別雷電氣象要素的早期變化幅度小， 且力度更強(qiáng)烈。

3 小結(jié)

龍嘉機(jī)場(chǎng)雷暴監(jiān)測(cè)組合試驗(yàn)， 目前采用了3 種方法，包括雷達(dá)方法、高空探測(cè)要素因子診斷方法、地面氣象要素模式識(shí)別方法。

(1)可聞函數(shù)--雷達(dá)回波參數(shù)方法，把未來(lái)有無(wú)雷暴問(wèn)題轉(zhuǎn)換成雷達(dá)回波強(qiáng)中心空間位置問(wèn)題，創(chuàng)建了兩個(gè)自變量構(gòu)成的可聞函數(shù)， 同時(shí)給出了可聞區(qū)域的預(yù)報(bào)預(yù)警流程，單站3 h 雷暴滾動(dòng)預(yù)報(bào)歷史樣本識(shí)別率達(dá)77.24%。

(2)龍嘉機(jī)場(chǎng)雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)第二種方法：高空探測(cè)要素因子診斷方法，以位勢(shì)傾向原理為基礎(chǔ)，高空探測(cè)要素因子傳統(tǒng)和創(chuàng)新相結(jié)合， 歷史識(shí)別率超過(guò)70%。 保持A 指數(shù)傳統(tǒng)性的同時(shí)，資料的高空層次增多在應(yīng)用高空850 hPa、700 hPa、500 hPa 基礎(chǔ)上，垂直方向用到300 hPa 層， 考慮垂直厚度比平時(shí)高一倍，已經(jīng)看出有效性。

(3)龍嘉機(jī)場(chǎng)雷暴監(jiān)測(cè)試驗(yàn)第三種方法：本站地面氣象要素模式識(shí)別方法， 建立在氣象觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和天氣變化規(guī)律的提煉上，比較有效。