长春机场冬季低能见度成因分析及预报

航空发表于 2010-8-15 09:37:26

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航空发表于 2010-8-15 09:37:52

１ 长春机场冬季低能见度成因分析及预报 孙进勇刘敏 （民航长春空管站，长春工程师130111）（吉林省气象台，长春工程师130062） 提要：本文从长春机场冬季低能见度的成因分析出发，选择4 个组合因子，制作了 判别函数，用独立资料检验预报机场能见度的综合识别率达90%。 Abstract This paper has selected 4 combinational predictor and maked decision function from the cause analysis of winter low-visibility of Changchun Airport. The visibility accuracy is reached 90% by independent data checking. 关键词：机场能见度判别函数预报 1 引言 机场能见度是决定机场飞行活动能否正常进行的重要指标之一。长春机场地处欧亚 大陆东端，冬季以大陆高压气团控制为主，早晚多有烟雾，形成低能见度，对飞行活动 影响大。本文利用长春机场1991 年至2002 年的气象观测资料，分析造成长春机场早晚 低能见度的气象因子，以及它们和低能见度的关系，以提高预报能力为目的，在众多的 气象要素中选若干个预报因子，用统计分析的方法形成判别函数，用来预报低能见度的 发生，实现了多因子预报集成。 本文资料的选取：在1991 年至2002 年2 月之间，选取了长春机场每年的1、2 月和 11、12 月的7 时-12 时能见度小于1000 米的资料，为第一类样本。随机选择了相应第一 类样本次数的3 倍大于等于1000 米的气象观测资料，作为第二类样本；选取了长春站 （54161）的相应的高空气象资料。本文所用时间均为北京时。 检验资料：2003 年11 月至2004 年2 月的长春机场及长春站的部分高空资料。 2 成因分析 2.1 因子的选择 从低能见度的成因来看，有利于长春机场区域烟雾形成的气象条件的物理意义有三 个方面：动力条件、热力条件、水汽条件。低能见度成因的复杂性表明，低能见度的形 成不是由单个因子决定的，所以我们对以上三个方面的因子进行选择组合，用聚类分析 的方法进行预报相关性试验，找出具有一定预报能力的因子。此外从临近预报的角度出 发，能见度本身的演变资料也是进行能见度预测的重要物理量。 经过计算历史准确率和T 检验选择的因子见表1。 表1 1000 米预报因子及样本数 因子序号因子1 类样本数2 类样本数 X1 (Td19+Td20-2Tmin)*7/6 与U5+U6+U7 89 290 X2 （T5-Td5）+(T6-Td6)+(T7-Td7)与(F5+F6+F7) 99 328 X3 (T-Td)+1/3*(T9-Td9)+1/4*(T8-Td8)与 F15-F9+F6+F3+F 54 175 X4 V7 与（V7+V6）/2-V5 107 294 ２ 2.2 因子1(X1)：辐射降温引起的水汽凝结分析 因子1 中u5,u6,u7 分别是预报日当天5-7 时的相对湿度，代表当时机场的地面含水 量。Td19 和Td20 分别是预报日前一天19 时和20 时的露点，Tmin 是预报发布当天清晨 前后的最低气温，7/6 是经验系数。 0 50 100 150 200 250 300 350 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 7/6 u5+u6+u7 >=1000 <1000 图1 因子1 聚类分析图 如果就其天气形势环流特点来分析，造成长春机场的冬季的能见度，既有大陆性高 压本身系统决定的下沉性气流天气，也有地面静止锋前部弱西南气流下的低能见度天气， 也有鞍形场天气形势的影响，这些天气系统的共同点是夜间辐射降温，湿度增大。分析 长春机场的冬季低能见度大多数为辐射雾性质。于是在考虑有利的天气形势引发低能见 度的同时，把辐射凝结条件放在重要地位，着眼于热力条件判断早晨的气温是否低于20 时的露点，如果低于，表明夜间有足够充分的凝结条件产生。 2.3 因子2(X2)：动力因子和地面水汽分析 因子2 中（t5-td5）、（t6-td6）、（t7-td7）是预报当天5-7 时的温度露点差，f5+f6+f7 是预报当天的5-7 时的风速之和，它们反映了在本场飞行活动之前确保有足够的地面水 汽，而且风力不致于将水汽吹散，将水汽条件和反映动力条件的风组合在一起，从地面 湍流条件成因上起到对雾的识别作用。 图2 因子2 聚类分析图 2.4 因子3(X3)：雾的垂直结构和低层大气动力条件分析 因子3 中，（t-td）、（t9-td9）、（t8-td8）分别是前一日20 时地面、850hpa 和925hpa 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (t5-td5)+(t6-td6)+(t7-td7) f5+f6+f7 >=1000 <1000 ３ 的温度露点差，f、f3、f6、f9 和f15 分别是地面和距地面300 米、600 米、925 米和1500 米的风速。根据文献结论，冬季辐射雾主发生在近地面400 米的浅层内，于是距离地面 900 米的大气磨擦层及低层大气的状态成为不可不考虑成雾因素，因子3 选取地面 925hpa、850hpa 高层的温度露点差，并且加入了1500 米以下共4 层的风速和，利用空 间的水汽分布和动力条件来判别雾的成因。 图3 因子3 聚类分析图 2.5 因子4(X4)：连续演变分析 因子4 中v5、v6、v7 分别是当天早上5 时、6 时和7 时的有效能见度。本场观测的 能见度演变，是动力、热力、水汽条件的综合反应，将预报时效缩短，把预报员的外推 思维数字模式化，得到图4，作为因子4。 -12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 v7 (v7+v6)/2-v5 <1000 >=1000 >=1 图4 因子4 聚类分析图 由于资料的原因，各类不同的因子样本数都不一样，有的甚至差的较多，分析过程 中同时选取了相应的第2 类样本资料（≥1000 米）各因子样本识别率结果如下（表2）。 表2 1000 米预报因子样本识别率 因子序号 1 类识别率 （%） 2 类识别率 （%） 空报率（%）漏报率（%） 综合识别率 （%） X1 73.0 66.9 22.3 6.3 68.3 X2 85.6 63.7 27.9 3.3 68.9 X3 66.7 82.9 13.1 7.9 79 X4 86.9 80.6 14.2 3.5 82.3 0 10 20 30 40 50 60 0 50 100 150 200 250 300 350 (t-td)+1/3(t9-td9)+1/4(t8-td8) f15-f9+f6+f3+f >=1000 <1000 ４ 3 判别函数的建立 3.1 判别函数的建立 将4 个判别因子所含要素资料全部找齐，样本总数218 个。其中1 类样本数51 个； 2 类样本数167 个。各个判别因子分别进行0、1 判别。将自变量和因变量都分为0、1 两类，建立判别方程。即规定，例：若因子1 判别当日能见度为小于1000 米时，该因子 X1 为1；反之，X1 为0。其它因子与此相同。最后因子X1、X2、X3、X4 都以0、1 形 式出现。计算判别因子X1、X2、X3、X4 识别率，建立判别函数。 Y=0.03634X1+0.08238X2+0.20398X3+0.47232X4 判别临近值指标：Yc=0.50。 当Y>Yc 时,预报能见度小于1000 米；Y<Yc 时,预报能见度大于等于1000 米。 3.2 判别函数的样本准确率: 表3 判别函数的样本准确率 1 类识别率 （%） 2 类识别率 （%） 空报率（%）漏报率（%） 综合识别率 （%） 判别函数80.4 91.6 6.42 4.59 89.0 3.3 判别函数的检验 用2002 年11 月1 日至2003 年2 月28 日的资料对以上成果进行了检验，检验情况 见表4。 表4 2002 年11 月1 日至2003 年2 月28 日检验情况 1 类识别率 （%） 2 类识别率 （%） 空报率（%）漏报率（%） 综合识别率 （%） 判别函数50.0 96.4 3.3 4.2 92.5 4 结束语 长春机场冬季低能见度预报判别函数，具有较强的针对性和实用性，预报准确率比 以前有了一定的提高，预报制作的劳动强度比以前有所降低，研制的主要特点有以下三 条： 4.1 针对本机场实际预报的难点，解决问题的出发点是首先分析成因。长春机场冬季 低能见度成因以动力条件、热力条件和水汽条件为主要条件。 4.2 长春机场冬季低能见度预报因子的筛选选择上注重物理含义，选择4 个因子内容 见正文表1。 4.3 长春机场冬季低能见度由4 个组合因子制作判别函数实现了多因子预报集成，历 史样本准确率为89.0%，一个冬季检验准确率为92.5%。 参考文献（略）

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