龍嘉機場夏季雷暴監測試驗方法研究

王 曉

（民航東北空管局，遼寧 沈陽110043）

1 引言

1999-2002年長春大房身機場出現204 架次飛行延誤，其中有86 架次（占42%）為雷雨原因造成，2006年是龍嘉機場運營的第一年， 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%，可見雷暴在7 種引起延誤的天氣原因中是高居首位的。

龍嘉機場現沒有可靠的雷暴監測試驗工具，機場雷暴監測試驗技術壓力很大，機場于2005年8月27日啟用,在僅僅趕上的最后5 個夏日當中，就有3天出現了雷暴。2006年4月28日出現了開航以來的首次春雷， 導致國航和南航的兩架航班在空中繞飛等待分別達20 多分鐘。

本文介紹了龍嘉機場雷暴監測試驗和研究的進展，其中包括：可聞函數--雷達回波參數方法，高空探測要素因子診斷方法， 本站氣象要素模型識別方法。

2 雷暴監測試驗方法的分別敘述

2.1 可聞函數--雷達回波參數方法

2.1.1 技術路線

根據雷暴來自中小尺度天氣系統、 預報難度大的特點，把預報范圍劃分成兩片區域，分別對應雷暴可聞和不可聞區，不可聞區不預報有雷暴，可聞區有無雷暴用雷達回波3 個參數的指標值判斷。 劃分成兩片的手段是把有無雷暴問題轉化為雷達回波強中心的位置問題,由強中心位置產生可聞函數，由可聞函數給出機場可聞雷暴區域的邊界。 解決分片有無預報問題之后,通過雷達回波資料的統計分析，確定可聞區未來3 小時有無雷暴的回波最大強度 （第一條件）、最大高度（第二條件）、≥40 dbz 的強核高度（第三條件）判別指標(見表1)，利用回波移動方向和時速等進行4 個方面的預報消空， 并形成預報流程框圖。

表1 6-8月有無雷暴雷達回波參數

2.1.2 可聞函數的構建

龍嘉機場與大房身機場相距50 km，采用大房身老機場的近年氣象監測資料制作雷暴可聞函數，然后應用龍嘉新機場的雷暴資料對雷暴可聞函數進行檢驗。

利用老機場氣象臺1996-2003年共計8 a 夏季（6-8月） 雷暴觀測資料及吉林省氣象臺的雷達回波資料， 根據回波強中心位置分布確定的雷暴可聞函數F 描述為：

其中,a 表示雷達回波強中心所在方位,r 表示雷達回波強中心到雷達的距離。 聞雷與否不僅取決于距離,還與雷暴早期所在方位有關系,當強中心位于可聞區域以外，不報機場有雷暴，不可聞區域8 a 歷史樣本準確率P=186/207=89.9%。

2.1.3 可聞區域的預報流程

在雷暴可聞區域以內， 通過雷達回波參數來判斷是否發生雷暴的問題,核心技術關鍵是根據預報準確率最高的原則,確定雷達回波參數的臨界值。

2.1.4 雷暴對可聞函數的檢驗

龍嘉機場2005年8月27日-2006年7月10日觀測到的雷暴共26 d， 有對應雷暴時刻的716 型雷達監測資料23 d。 分別提取23 個雷暴日雷達回波觀測資料的相關雷達參數，統計結果有14 次符合有雷暴的判別預警條件準確率14/23=61%。

2.2 高空探測要素因子診斷方法

2.2.1 技術路線

將天氣形勢因子向雷暴氣象要素數量因子轉換，讓組合因子的有效性和雷暴事件概率之間聯動，經過反復精選，用準確率高的組合因子相互搭配，繪制分類點聚圖， 把雷暴早期識別建立在組合因子的預報概率上，以組合因子描述物理意義，以點聚圖形式劃分雷暴集合區域。

2.2.2 對應龍嘉機場進近區域預報范圍的設定

把長春氣象站探空起始原點向龍嘉機場方向移動50 km，使長春、德惠、九臺、農安四個氣象臺站圍繞龍嘉機場， 其中若任一臺站20時之前出現雷暴，則確定為一個雷暴日。

2.2.3 組合因子配方

采用長春8 a 的7-9月08 點探空逐日資料，對高空氣象要素因子進行篩選和組合。 預報預警雷暴的組合因子配方主要有：A 指數;（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℃在反復篩選因子的過程中發覺， 各月因子具體內容不完全相同。

2.3 本站氣象要素模式識別方法

將判別雷暴的能力建立在經驗模式的基礎上，本站各種天氣要素的綜合變化和天氣形勢有密切關系，表現在風、氣壓、氣溫、濕度、降水強度等氣象要素在雷暴發生前發生后相互協同的變化特點， 總結提煉的基本規律見表2。通過系列氣象要素變化客觀化分析，依據模式識別原理，把氣象要素的變化數量化、指標化，提高確率，完成雷暴監測試驗。

2.4 用模式提煉結果評價航空風險

表2 雷暴出現前后多種氣象要素規律的模式提煉

有雷電就意味著有風險，風險的強度有高有低。本文將同時滿足雷電持續時間長度≥90 min，機場觀測降水量≥15 mm 兩個條件者，確定為高風險類別，反之則確定為低風險類別。 根據上述兩個條件的劃分，長春龍嘉國際機場2006年發生初雷至8月份期間共聞雷29日次當中, 高風險類別雷電為16日次,低風險類別雷電為13日次。

從本場兩種不同種類風險的聞雷前3 h-聞雷后1 h 的氣溫、氣壓、相對濕度和露點溫度的逐小時變化百分率看出高風險類別雷電的特點： 高溫、 高濕、高露點溫度及氣壓快速下降。 與低風險雷相比高風險類別雷電氣象要素的早期變化幅度小， 且力度更強烈。

3 小結

龍嘉機場雷暴監測組合試驗， 目前采用了3 種方法，包括雷達方法、高空探測要素因子診斷方法、地面氣象要素模式識別方法。

(1)可聞函數--雷達回波參數方法，把未來有無雷暴問題轉換成雷達回波強中心空間位置問題，創建了兩個自變量構成的可聞函數， 同時給出了可聞區域的預報預警流程，單站3 h 雷暴滾動預報歷史樣本識別率達77.24%。

(2)龍嘉機場雷暴監測試驗第二種方法：高空探測要素因子診斷方法，以位勢傾向原理為基礎，高空探測要素因子傳統和創新相結合， 歷史識別率超過70%。 保持A 指數傳統性的同時，資料的高空層次增多在應用高空850 hPa、700 hPa、500 hPa 基礎上，垂直方向用到300 hPa 層， 考慮垂直厚度比平時高一倍，已經看出有效性。

(3)龍嘉機場雷暴監測試驗第三種方法：本站地面氣象要素模式識別方法， 建立在氣象觀測經驗的總結和天氣變化規律的提煉上，比較有效。