数值预报产品在航空气象中的应用

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数值预报产品在航空气象中的应用

李发明民航青岛空管站气象台（工程师，青岛，266108）
提要本文简要的介绍了日本的数值预报产品，及其在青岛空管站气象台的初步使用和二次开发状况，对数值预报产品在航空气象服务中的释用作了初步尝试。关键词数值预报产品诊断释用图形显示一、引言
近年来国内外数值天气预报水平不断提高，不仅其产品迅速大量增加，而且产品的精度逐步提高，在此基础上不少数值预报产品诊断、预报方法应运而生，并在业务应用中取得良好效果。一种以数值预报产品为基础，以天气预报人机交互系统为主要平台，综合运用各种气象信息，制作各类天气预报的指导思想已经形成。它注重提高预报员科学而有序地应用气象信息的能力，提高预报员数值预报产品的释用能力，以及提高预报员对数值预报产品的修正能力，目的就是要千方百计提高预报准确率 [1]。目前，青岛空管站气象台预报室已经将数值预报产品的一般诊断使用引入日常的业务工作中，并准备以数值预报产品为基础开发针对当地灾害性天气的统计预报工作平台，提高灾害性天气的预报准确率，该项目已被华东管理局批准作为科技开发项目。二、数值天气预报产品在青岛民航气象中的应用
世界区域预报中心（WAFC）发布的 WAFS产品已在民航气象部门得到使用，但大多数仅作为一种预报结果直接应用在航路预报中，如，高空风温度预报、航路天气预报等，各种气象要素预报结果和局地天气的量化关系没有得到很好的研究，青岛空管站气象台预报室在数值预报产品的基础上开发针对云中结冰、强对流天气、大雾、大风、低空风切变的预报和显示系统，以提高对灾害性天气的预报准确率。
1、数值预报产品的选择
由于条件限制，中国气象局下发至青岛市气象台的 T213数值预报资料我们要通过以拨号上网方式从气象局的数据服务器下载，这对于较大数据量是不现实的，并且我们也得不到欧洲中心的数据资料，WAFS产品虽然可以通过民航气象数据库（621）得到，但是由于要素场和物理量场种类较少，不利于二次开发，因此，我们暂时选择日本气象厅的数值预报资料作为二次开发的依据。
日本的数值预报模式为 T213/L40全球谱模式（GSM），水平分辩率为 60KM，垂直 40层，每天运行两次（初始时刻为 00UTC、12UTC），受世界气象组织委托，它将其预报产品每日定时放在气象厅官方网站上提供免费下载。下表为日本数值预报产品的详细介绍。
表一：日本数值预报场资料介绍
日本（GSM）
范围  20S——60N，60E——160W
水平分辩率  1.25*1.25（经纬度）
垂直层次（hPa）  100、150、200、250、300、400、500、700、850、925、1000
预报时效（hr）  6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72、96、120
要素种类 海平面气压、位势高度、风矢量、温度、露点、垂直速度、相对涡度（垂直分量）、降水量、流函数、势函数 

2、数据的下载和解码首先利用 Vc++开发平台编写下载程序，考虑到网络的安全性，数据文件以 HTTP方式下载，下载程序以两种方式生成可执行文件，一、控制台（console）方式，该方式便于与后面的处理程序实现 dos方式连接，保证各程序的顺序运行。二、windows方式，实现人机对话，人工干预启动（终止）程序运行（图略）。接下来将 Grib格式的数据解码为二进制数据，并写进一个文件中 file1。 3、数据格式的转换和积冰潜在指数、强天气威胁指数的计算编写 FORTRAN程序读入 file1数据，将各高度层气象要素和物理量预报场以 MICAPS数据格式存入硬盘中，图 1为用 MICAPS平台显示的地面风场和海平面气压场 12小时预报。

图 1 MICAPS平台显示的地面风矢量和海平面气压等值线 12小时预告图计算潜在积冰指数、强天气威胁指数、抬升指数（LI）。积冰指数[2] IC=（
RH-50）*2）*（T*（T+14）/（-49）
，RH为相对湿度，T为温度。指数为正，
代表孤立的潜在积冰区，最可能出现积冰的区域，积冰指数接近 100，下图为
500hPa潜在积冰指数预告图，显示我国东北地区中部至渤海湾一带 500hPa高度有潜在的积冰区。

图 2 500hPa潜在积冰指数（所绘区域指数值大于 50）
强天气威胁指数 [3] SWEAT=12D+20（TT-49）+2f8+f5+125（S+0.2）， D=850hPa露点温度（0C），若 D是负数，此项为 0；TT=（T+Td）850-2T500，若 TT小于 49，此项为 0；f8=850hPa风速，f5=500hPa风速；S=sin（α500-α850）， α500与α850分别代表 500hPa风向与 850hPa风向；该项在下列 4个条件中任一条件不具备时为 0：850hPa风向在 1300-2500之间；500hPa风向在 2100-3100之间；500hPa风向减 850hPa风向为正；850hPa及 500hPa风速至少等于 15KT（7.5m/s），该指数表示了强雷暴发生的可能性，数值越大表示发生强雷暴天气的可能性越大。图 3显示在我国长江以北至渤海地区将有大范围的强对流天气区，图 4为相对应时刻的地面观测实况的雷雨分布区，我们看到对流指数对强天气的发生区域有较好的符合。在美国，统计结果表明发生强雷暴的临界值为 300。

图 3 8月 10日 06（UTC）时强对流指数预报分布图（所绘区域指数值大于 200）

图 4 8月 10日 06（UTC）时强对流天气区分布图 4、图形产品介绍现阶段生成的图形产品主要有：高空风和温度预告图（FL050、FL100、FL180、 FL240、FL300、FL340、FL390）、6小时降水量预告图、地面风和海平面气压预告图、地面相对湿度预告图、抬升指数预告图、强天气威胁指数预告图、潜在积冰指数预告图以及航线剖面图等，图 5为乌鲁木齐至青岛航线之间的剖面图（考虑到在文中的显示效果仅给出高空风和温度，积冰高度没有显示），所有图形 48小时预报实效内每隔 6小时生成一张图，图形生成后直接发送到数据库中，在青岛航空气象内部网站中供预报员、航空公司、管制等相关人员参考使用。

图 5青岛 ——乌鲁木齐航线高空风、温度剖面图 4、小结本文对日本数值预报产品在青岛空管气象台中的应用作了简单的介绍，包括数据的下载、解码、常规预报图形的形成以及几种诊断指数的计算和图形化显
示等，由于篇幅的限制，有关数值预报产品的统计使用、和灾害性天气的统计量化预报等内容将在以后的文章中介绍。参考文献：
[1]省地气象台短期预报岗位培训教材 中国气象局科教司 气象出版社，1998 
[2]数值天气预报在航空气象中的释用 中国民航总局空管局气象处 气象出版社  2001 
[3]国外强对流天气的应用研究 彭治班等主编 气象出版社，2001 

Application of NWP to Aviation Weather Service

Li Faming
(Meteorological station of Qingdao Air Traffic Management Station,CAAC,Qingdao
266108)
Abstract
In this paper , Japanese numerical weather predict products are briefly introduced associate with its preliminary application and redevelopment in Meteorological station of Qingdao. This is a preliminary test of the explanation and application of numerical weather predict products in aviation weather services.