基于氣象實況報文的天氣預測

張 序

（1. 中國國際航空股份有限公司運行控制中心西南分控中心，四川 成都 610202；2. 中國國際航空股份有限公司培訓部西南分部，四川 成都 610202）

天氣情況是影響飛機正常航行的主要因素，惡劣的天氣會導致各類突發事件，對航行的安全帶來極大的不確定因素[1]。由于飛機航行環境的特殊性，氣象成為了飛機正常航行的基本條件[2]，所以，為了確保航空飛行的安全，開展航行氣象相關條件的研究，是非常有必要的。

1 造成飛行事故的氣象要素分析

1.1 低能見度

當前的氣候環境中，普通人的視力能夠看到的最大范圍，也就是人們常說的能見度。能見度直接影響了飛機是否能夠正常開展航空活動，也是判定飛機是否可以安全著落、起飛的重要參數。當能見度較低時，會對飛行員造成較高的操作難度，進而影響到飛機的正常航行，為整個航行帶來了不可確定風險因素。根據全球航空協會發布的數據表明，1978年至1990年期間，由于空氣能見度低而引發的各類事故占到了總事故的16.9%[3]，造成空氣能見度低的因素有很多，包括：雨水、冰雹、煙霧、沙塵暴等，其中降水和霧造成的影響最大。

1.2 低云

通常情況下，當云距離地面的高度小于1KM，稱之為低云，尤其是高度在三百米以下的低空云會對飛行帶來非常大的阻礙。當飛機降落或者起飛時，由于這些低云的影響，飛行員的視野受到了阻礙，無法及時做出對應的操作，這樣情況下，就容易發生各種危險。

1.3 雷暴

雷電氣候是由于空氣直接的摩擦而形成的，一般情況下，雷電氣候都伴隨著暴雨，因此，我們也稱之為雷暴天氣。飛機在航行過程中，如果遇到了雷暴天氣，那么空氣氣流波動就會很強烈，同時還伴隨著強降雨風暴等等，這些都會導致飛行失去控制，甚至被雷電擊中，后果不堪設想[4]。由于雷電氣候多發生在夏季，而這個時期恰恰是航運的高峰時期，這也導致很多航班延誤，甚至是取消。

1.4 積冰

空氣中的水汽由于遇到低溫會出現凝結的現象，當飛機進入到這種空氣層中，大量的水汽會凝結在飛機上，導致飛機儀器設備受到損壞，這個過程就是積冰[5]。當飛機的機體發生積冰，那么會增加飛機的重量，同時還會改變飛機的風阻力，從而使得飛機的各項飛行性能發生異常，不僅會導致飛機的動力下降，還會引起各個設備發生損壞，甚至是嚴重危及飛行安全。當冰層積累到一定的厚度，還會讓飛機的失去平衡，影響到飛機安全飛行，引發飛行事故[6]。

2 各類氣象現象發生的條件

發生各種氣象現象是由于大氣中的能量波動引起的。各類氣象現象產生的必要條件是：不確定的外界力、空氣濕度較高、能量波動較大。

由于大氣中存在大量的能量，當條件發生改變時，這種能量就會爆發出來，進而引起各種自然現象的發生。雷暴氣候在很大程度上是由于空氣中存在大量的水分子，當水分子遇到寒流時，就會產生暴雨的現象[7]。雷暴發生的條件除了大量的能量和水分子外，還要具備空氣沖擊力，這樣才能釋放出動能，進而導致空氣發生強烈的對流，引起雷暴現象，三者的共同的作用是形成這種自然現象的必備條件。

大氣中的沖擊力主要有：空氣的上升、對流、低氣壓等等引起的一種綜合力量，同時還有溫度差形成的一種壓力等。雷暴的種類主要有：空氣壓以及對流形成的雷暴、冷空氣雷暴、熱空氣雷暴、切面雷暴、冷渦雷暴等等。

3 通過氣象報文和云圖的分析預測天氣

3.1 基于氣象報文的預報

在氣象的實況報文中，可以了解到的信息有風向、風速、云量、云底高、溫度、露點溫度、修正海壓以及在云中所含的其他危險天氣，如CB云。而在這些數據中，可以分析出重要天氣現象所發生的條件，云中是否有不穩定的能量，溫度和露點溫度是否接近，水汽飽和度是否高，是否具有強大的沖擊力來推動天氣的變化。在工作中，只要認真的閱讀這些實況報文，分析所需要關注的要素，就可以較準確地分析一些天氣的發展趨勢。

3.2 基于衛星云圖的預報

從云層中的氣流、水汽的形成以及變化情況，從而判定降雨的區域，就是衛星云圖預報的基本原理。由于云頂的溫度和灰度之間呈現出反相關，當溫度越高，那么灰度就越小，形成的降水度也就會越小，這是云頂溫度的基本規律，因此可以用于預測降雨的變化情況。對降雨的區域進行預估，通常采用的是閾值法，該方法的原理是當云頂溫度達到閾值時，就不會發生降雨，反之，則會出現降水。溫度閾值的確定會對影響到預期降水的區域，當取值過大或者過小，都會產生錯誤的判斷。云中是否會產生降水，同時降水的面積都可設置的溫度閾值有著直接的關系。

雨區的預判，通常采用一種計算方法（CSI），表達式為[8]：

上述公式中，誤判面積以A表示，正確面積以B表示，漏判面積以C表示。這種定量的評估方式由于全面考慮了誤判和漏判，因此具備了合理性。從該公式中，也會發現閾值的重要性，其決定了CSI的最終值，因此還采用了雙閾值法，通過雙閾值的方式進一步的確定降水區域，提高其預估的準確性。閾值的大小不是恒定不變的，應該結合不同的氣候環境以及地理位置、季節等等，預估雨區時需要進行適當的改變。

為了能夠更加直觀的展示出降水的情況以及云層的變化情況，在衛星作圖時，可以對云層進行適當的調色，進而反應出不同的氣候情況。云圖在應用過程中，還是對云的方向和移速進行標注。根據歐盟的標準，云的移動還要考慮到地面的參數以及各項因素，通過T213地面以及500hPa、歐洲數值來進行綜合的預判。云圖中的變化情況可以反映出云的移速，通過各項參數設計以及云圖標準，在利用其它工具進行綜合的計算，進而能夠直觀反映出云的方向以及降水的情況。

3.3 案例分析

根據前兩個部分的分析，了解到產生強對流天氣的因素，根據實際的情況來進行兩個案例的分析。

1）案例一

報文如下：

METAR ZUUU 081430Z

03001MPS 4000 FEW013 SCT023TCU BKN070TCU 19/21 Q0997

分析：

報文翻譯為：成都雙流機場實況報，風的角度為30°，速度為1m/s，少云（只有1至2個量的云層），云的底端離地面390M，疏云（3-4個云量）云底高690米，多云（有5到7個量的云層），云底高2100米，含有濃積云，溫度19℃，露點溫度21℃，修正海壓997hPa。

根據預報的信息，進而能夠得出下面的結論：①“SCT023TCU”中的TCU（濃積云）表示含有不穩定的能量；②“SCT023TCU”和“BKN070TCU”中的SCT和BKN表示含有能量的多少；③19/21表示溫度和露點溫度接近，飽和度高，具有充沛的水汽；④03001MPS風速不大，表示沒有足夠的沖擊力。綜合分析，由于最后一項不滿足，因此判斷天氣狀況穩定，應該不會有強對流天氣的產生。通過最終的實際天氣情況，可以確認氣候正常，沒有發生空氣的強對流現象。

2）案例二

報文如下：

METAR ZGSZ 110830Z

19006MPS 8000 SCT017 FEW023CB BKN046 32/25 Q0999

分析：

報文翻譯為：深圳機場實況報，風的角度為190°，速度為6m/s，少云（只有3至4個云層），云的底端離地面510M，能見度4km，少云（1-2個云量）云底高690米，含有積雨云，多云（5-7個云量）云底高1380米，溫度32℃，露點溫度25℃，修正海壓999hPa。

根據預報的信息，進而能夠得出下面的結論：①“FEW023CB”中的CB（積雨云）表示含有不穩定的能量；②“SCT017”和“BKN046”中的SCT和BKN表示含有能量的多少；③32/25表示溫度和露點溫度比較接近，飽和度高，具有充沛的水汽；④“19006MPS”中表示有6米/秒的風，有足夠的沖擊力。綜合分析以后，預計深圳機場會有比較強烈的對流天氣。經驗證，深圳機場在隨后確實發生了雷雨天氣，后監測到的實況報文如下：

METAR ZGSZ 110900Z

10007MPS 3000 +TSRA SCT012 FEW023CB BKN036 30/26 Q0999 TEMPO VRB08G13MPS 2000 TSRA SCT015 FEW020CB BKN040

4 結論

由于天氣的緣故而引發的航空安全事故，給人民的財產以及生命安全帶來了不可預估的傷害[9]。據全球航空數據調查顯示，1979年至1989年期間，全世界范圍內由于天氣問題引發的空難占到了總事故的1/3以上；而在1990年至2001年期間，不良天氣引發的飛行事故多達170起以上。截止到目前，我國的航空企業由于惡劣氣候發生的總事故有40起，占到了事故量的30.9%。由于氣候問題，而引發的航班取消和推遲，占到了總數的2/5,其中無法規避事件占到了24%，可以規避的占到了17%[10]。近年來，由于不良天氣緣故，導致我國航班取消和延誤的次數占到了總次數的31%。惡劣的天氣導致航空運輸陷入了困境，不利于航空企業的正常運行，同時也給旅客的安全出行帶來了極大的隱患。因此，在航班運行控制的放行工作中，除了認真閱讀天氣報文等信息，還可以在一定的范圍內通過自己對報文等因素的分析來預測天氣變化的趨勢，確保航班運行的安全、正點。

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，2005.

[2] 王世錦，隋東.低空空域航空器飛行安全分析[J].南京航空航天大學學報（英文版），2009，26（2）：147-153.

[3] 胡家美，李萍.國際航空氣象預報的發展趨勢[J].廣東氣象，2009，31（4）：11-13.

[4] 張序.雷暴天氣的分析識別及對飛行的影響[J].長沙航空職業學院學報，2011,41（2）.49-54.

[5] 遲竹萍.飛機空中積冰的氣象條件分析及數值預報實驗[J].氣象科技，2007,35（5）：714-719.

[6] 張序.積冰對飛行的影響及處置[J].西安航空技術高等專科學校學報，2011，（5）：19-24.

[7] 張建春.一次雷雨天氣過程的分析和服務介紹[J].民航科技，2010，（6）：111-113

[8] 溫彥春，郭良勤，洪瑩，等.衛星云圖的識別與降水預報[J].中國科技信息，2010，（11）：16-17.

[9] 劉繼新.民航航行情報與飛行安全關系探究[J].江蘇航空，2009，（3）：10-12.

[10] 中國民用航空總局空中交通管理局.航空氣象應用簡明手冊[M].北京：中國民航出版社，2001.