航空气象预报中WAFS数值产品的应用研究

陈炼

摘要：数值预报是现代航空天气预报中的重要手段。运用WAFS中的格点资料和图形产品对航空气象预报的应用进行简要分析，充分发挥WAFS资料具有的定量化和时效性的优势，提高雷暴、积冰、颠簸等危险天气的预报能力，制作出更丰富的预报产品，以满足航空用户的需求。

关键词：航空气象预报；数值预报；WAFS；格点资料

中图分类号：P456.7文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0017－02

现代航空气象中的数值预报经过四维同化、资料采集、统计解释、动力诊断、质量把控等步骤，从而实现了天气形势到天气要素的数值预报。现代计算机技术的不断提升，丰富了气象预报手段，提高了航空气象预报的准确度。由于数值预报具有定量化和客观时效性的优点，因此，很有必要加强其在航空气象预报中的应用。

1数值预报格点资料种类概述

世界区域预报系统出现于20世纪80年代，由国际民航和世界气象组织针对航空气象设计的，简称WAFS（World Area Forecasl System）。该系统有2个预报中心，分别位于华盛顿和伦敦。作为全球化的航空气象服务系统，该系统提供的是字符、报文和图表形式的数值预报产品。20世纪末，我国初步建立起民航气象数据库系统，实现了远程数据的共享，使WAFS数值预报产品在国内航空气象预报中得到了广泛的应用。

研究表明，根据飞机运行的需求，航空气象侧重于风向与风速、风切变、能见度、云高、飞机颠簸与积冰、雷暴等天气的预报。目前，我国WAFS中的NWP格点资料有6～36 h间隔，每隔6 h对亚洲区域的100，250，500等7个层次的风场和温度场等格点场进行预报，另外也对400 hPa、600 hPa、800 hPa和900 hPa的垂直速度和相对湿度格点资料，对流顶层的高度格点资料，最大风速层资料等进行预报。

2运用格点资料作预报判断

2.1对雷暴对流的分析预报

NWP系统参数具有不断变化的特性，比如选取有效时段为10 h的WAFS预报资料，计算出850 hPa条件下水汽的运动散度。在特定地形图中计算水汽的运动散度，可以测量出低层水汽的凝结聚集速度，其凝结的速度影响着雷暴对流程度，对确定雷暴发生的地点和时间起判断作用。又比如通过850 hPa到300 hPa所产生的气块温差，可以计算出该层上升气块中所承受的浮力，为预报雷暴高度和强度提供重要的依据。

通常来说，雷暴对流的判定具有以下两个因素：①根据低层产生的温度差和水汽层的变化，确定白天的雷暴对流稳定度是否较好；②当海陆温差不均匀时，表明海陆风影响白天低层水汽的运动散度，为雷暴对流提供充足的水汽传输。同时，雷暴对流产生的高度也可以通过气块上升所承受的浮力计算得出。

2.2对飞机积冰的分析预报

飞机积冰会给飞机正常飞行带来很大的阻碍，积冰会使机身重量增加，使飞机出现荷载超限的情况。另外，积冰也会对机翼的流体力学造成影响，导致飞机爬省能力严重下降，对飞行造成严重影响。引起飞机积冰的主要因素有环境温度、飞机运行情况和雨滴大小等。研究表明，在－14～0 ℃的环境中，当飞机遇到较大、较冷的雨滴时容易产生积冰，而飞机积冰强度的极大值出现在－8～－5 ℃的环境温度中。

通过WAFS提供的相对湿度的格点信息，可以估算出飞机的积冰指数，具体可表示为：

飞机积冰指数=［（RH－50）×2］ ×［T×（T+14/－49）］. （1）

式（1）中：RH——相对湿度；

T——环境的温度。

积冰指数是正值，最大值可达100，用来表示积冰可能出现的位置。对于飞机积冰可能会发生的位置、高度和航线，可以利用航线剖面图来分析，并在每条航线上标注出积冰预报的相关信息。

同时，飞机垂直爬升也是造成飞机积冰的一个因素。随着飞机的垂直爬升，飞机表面的较冷雨滴不断增加，当飞机垂直运动较弱且环境温度较低时，产生积冰悬浮。因此，可以通过分析飞机垂直运动图和上述参数，并结合积冰指数的剖面图，为飞机积冰的分析预报提供有力依据。

2.3对飞机颠簸的分析预报

晴空颠簸是飞机在高空飞行时常常遇到的情况，在晴空环境下，飞机颠簸的概率计算公式为：

Ri=（g/θ）（αθ/αz）/|αv/αz|2.（2）

式（2）中：Ri——气层大气在垂直风切变增大的情况下，且大气的稳定度较差时，飞机可能产生颠簸的概率；

（g/θ）（αθ/αz）——气层的大气稳定度；

|αv/αz|2——大气的垂直风切变的平方值。

由式（2）可知，气层之间是存在着风切变极大值和极小值的，在风切变达到极限值时，气层之间会出现垂直翻转情况。当飞机穿过高空急流时，如果飞机垂直的风切变较大，就会发生晴空颠簸现象。研究指出，由预报公式计算得出Ri为5或略小于5，但极限值却小于1，这是因为飞机颠簸的范围小，产生时间短，而NWP系统本身没办法呈现区域气象的变化状况，只能提供区域气象平均值的预报，对于极限值的预报还有所欠缺。

3数值预报产品的应用

世界区域预报系统（WAPS）的数值产品在我国航空气象预报中的应用是以高空风和温度的预报图为主， WAPS的数值预报产品是具有全球性的，有着较多的垂直分层，同时，航空公司可根据飞行的需要，提取相应区域的高空风温图、对流层顶位置图和急流位置图。

WAFS数值产品在航站天气预报中也得到有效的应用，比如制作高度层的湿度场、形势场、温度平流、降水场等预报图；制作航线剖面分析图，并根据WAFS提供的相对湿度和温度格点场，分析预报飞机的积冰指数和最可能出现飞机积冰的区域。

4结束语

与发达国家相比，我国的航空气象预报起步较晚，但随着我国航空气象数据库资料的不断完善，航空气象数值预报产品将越来越丰富，这有利于进一步提高航空气象预报的准确度，更好地提高航空企业的经济效益，保障乘客的飞行安全。

参考文献［1］苏丽蓉，温军.WAFS产品中GRIB资料中国区产品评估［J］.气象科技，2005（4）.［2］王新炜，张军，王胜国.中国飞机积冰的气候特征［J］.气象科学，2002（3）.〔编辑：刘晓芳〕Application of Aviation Weather Forecasting Value WAFS ProductsChen LianAbstract: The numerical prediction of modern aviation weather forecasting is an important tool. The use of WAFS gridded data and graphics products for the aviation weather forecasting application brief analysis of quantitative and give full play to the advantages of WAFS timeliness of the information has to improve thunderstorms, icing, turbulence and other dangerous weather forecasting capability to produce a richer forecasting products to meet the needs of aviation users. Key words: aviation weather forecasting; numerical prediction; WAFS; grid data