一次飞机积冰过程分析及不同预报方法的准确性对比

白 婷，张 凡

(河南省气象局 河南省人工影响天气中心，郑州 450003)

一次飞机积冰过程分析及不同预报方法的准确性对比

白 婷，张 凡

(河南省气象局 河南省人工影响天气中心，郑州 450003)

利用Micaps地面、高空资料及来自NCEP/NCAR逐6小时再分析资料，分析2015年11月23日飞机增雨作业过程中出现的飞机积冰过程，并结合河南2015-2016年飞机积冰事例，对比三种积冰判别法的准确性。结果表明：形成此次积冰过程的天气背景是低槽冷锋；充足的水汽和适宜的温度有利于积冰的形成；国际民航组织推荐的飞机积冰判别指数可以较好反映积冰发生区域及强度，假霜点判别法预报程度偏重、分级不明显，温湿度经验判断法效果最差。

飞机积冰；人工增雨；积冰指数

飞机积冰是指飞机机身表面某些部位聚集冰层的现象，它是由于云中过冷水滴或降水中的过冷雨滴碰到机体后冻结而成的，也可由水汽直接在机体表面凝华而成[1]。人工影响天气飞机增雨作业一般在复杂恶劣天气条件下进行，在过冷水丰富、温度较低的云中飞行时易出现飞机积冰现象，危及飞行安全，因此，为保障飞机飞行安全，研究产生积冰的气象条件、预测积冰发生的可能性是非常有必要的。

气象学者在预报积冰算法方面做了很多研究。刘风林等收集了山东150例飞机积冰报告，检验3种不同积冰诊断方法(Ic、RAP、RAOB)的准确率[2]；丁玉江等依据国际民航组织推荐的积冰强度指数Ic统计分析了华东各省积冰强度分布概率[3]；顾效斌等以WAFS积冰指数Ic为判断依据，计算分析陕西秦岭以北地区飞机积冰垂直和水平分布特征[4]；何新党等考虑多种气象参数，提出了一种多因子算法[5]；潘玉萍等对比探讨了“-8D”法、改进的“-8D法”、假霜点判别法及疾病指数法4种方法的优缺点。

2015年11月23日，河南省人工影响天气中心在一次作业过程中出现飞机积冰现象，分析此次积冰过程并结合河南2015-2016年记录的飞机积冰事例，对比三种不同积冰算法的预报准确性，为进一步探究飞机积冰指标提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料选取

本文所用资料主要包括Micaps地面、高空、探空资料及来自2015年美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)全球大气逐6小时再分析资料，包括温度场、相对湿度场等，水平分辨率为1°×1°。

1.2 飞机积冰预报计算方法

1.2.1 飞机积冰指数(Ic)

采用国际民航组织推荐的飞机积冰指数[6](Ic)：

Ic=2×(Rh-50)×[T×(T+14)/(-49)]/10

其中，Rh为相对湿度，T为温度。表1给出了积冰强度与Ic的对应关系。

表1 积冰强度与Ic对照表

1.2.2 假霜点判别法

假霜点判别法[5]除了考虑所在飞行高度上的温度和湿度条件外，也把飞机飞行速度考虑在内，就此给出了假霜点温度Tfi，如式1所示。

(1)

有无积冰的判别条件为：

Tfi-T>0 中度以上积冰

1.2.3 统计经验公式

大量研究发现[7-9]，温度、湿度、过冷水含量、降水等气象环境要素都会影响飞机积冰的产生，通过统计分析提出了判断有无积冰的标准[10]：当某一层次满足-8℃

2 作业情况

2015年11月23日上午河南省人影中心内场指挥人员根据天气资料、云图和雷达资料设计出飞机增雨航线(见图1a)，航行路线为新郑机场-三门峡-栾川-洛宁-渑池-嵩县-新安-泌阳-新郑机场。飞机于13：41起飞，中途由于积冰严重返回新郑机场，降落时间为15：13，作业高度处于5000m-6000m之间，相当于550hPa和500hPa高度，当天实际飞行作业航线如图1b所示。

图1 2015年11月23日飞机增雨设计航线(a)和实际作业飞行航迹(b)

3 天气背景

11月22日20时500hPa和700hPa高度场上均有一低槽，系统东移影响河南，地面上有冷锋自北南下，低槽携带的冷空气和西南暖湿气流共同作用影响河南。湿度方面，11月23日08时700hPa和850hPa河南省相对湿度均在80%以上，水汽充沛，有利于降水。温度方面，23日08时和14时飞机飞行区域(111°E-114°E)0度层高度在750hPa以下，550hPa和500hPa温度在-10--15℃之间，飞机所处温度较低，有利于生成积冰。

4 算法对比

4.1 飞机积冰指数(Ic)

利用ICAO推出的公式得出的结果，如图2所示。由图可知，11月23日08时，500hPa(近6000m)高度上河南西南部和南部小部分地区有轻度积冰，550hPa(5000m左右)高度上，西北地区有轻度积冰，14时500hPa高度上洛阳一带和东南部部分地区有轻度积冰，同一高度(550hPa)14时较08时积冰程度有所增强，除南部部分地区无积冰外其他地区以轻-中度积冰为主。综上所述，在飞机飞行过程中，飞机经过区域均有积冰存在，与实际情况相符合。

(a) 11月23日08时500hPa

(b) 11月23日08时550hPa

(c) 11月23日14时500hPa

(d) 11月23日14时 550hPa图2 积冰指数法预报结果

4.2 假霜点判别法

利用假霜点温度公式计算判定此次飞行积冰情况，运8飞机飞行速度一般为450km/h，结果如图3所示。由图可知，11月23日08时、14时500hPa和550hPa高度上河南均为中度以上积冰。该方法能够判断出有积冰产生，但判定积冰程度为中度以上积冰，预报程度偏重、分级不明显，不符合实际情况，相较于积冰指数法，预报积冰程度准确性较差。

(a) 11月23日08时500hPa

(b) 11月23日08时550hPa

(c) 11月23日14时500hPa

(d) 11月23日14时550hPa图3 假霜点判别法预报结果

4.3 统计经验公式

统计经验公式判断结果如图4所示，该方法判断11月23日飞行区域无积冰现象，与观测事实不符。与前两个方法相比，该方法只能判断出有无积冰，不能判断积冰强度，且判断是否存在积冰准确性低。

(a) 11月23日08时500hPa

(b) 11月23日08时550hPa

(c) 11月23日14时500hPa

(d) 11月23日14时550hPa图4 统计经验公式预报结果

4.4 2015-2016年统计结果

利用上述三种方法分析河南省人工影响天气中心2015-2016年作业期间记录的飞机积冰事例，结果如表2所示。由表2可知，三种算法的预报准确性差别较大，飞机积冰指数法最能反映实际情况，假霜点判别法预报程度偏重、分级不明显，而统计经验公式基本不能预测出积冰，预报效果最差。

表2 2015-2016年作业期间飞机积冰事例分析结果

续表2

作业时间飞机积冰指数(Ic)假霜点判别法统计经验公式2016.9.25与实际情况相符合预报程度偏重、分级不明显与观测事实不符2016.10.10与实际情况相符合预报程度偏重、分级不明显与观测事实不符2016.10.14与实际情况相符合预报程度偏重、分级不明显与观测事实不符2016.10.15与实际情况相符合预报程度偏重、分级不明显与观测事实不符2016.10.23与实际情况相符合预报程度偏重、分级不明显与观测事实不符

*注：所用作业数据均来源于河南省人工影响天气中心飞行作业记录

5 结论

(1)分析2015年11月23日的飞机积冰过程发现，低槽冷锋是形成此次积冰过程的天气背景，适宜的温度和湿度条件有利于积冰生成。

(2)结合2015-2016年作业期间记录的飞机积冰事例，对比三种不同算法的预报准确性发现，国际民航组织推荐的飞机积冰判别指数较好地反映了此次发生积冰的区域及强度，假霜点判别法预报程度偏重、分级不明显，而统计温度、温度露点差的经验公式预报效果最差。

[1] 刘风林, 孙立潭,李士君.飞机积冰诊断预报方法研究[J].气象与环境科学,2011,34(4):26-30.

[2] 丁玉江,王永忠,张玉梅.基于NCEP及NCAR资料的我国华东地区飞机积冰强度的分布研究[J].西安航空学院学报,2014,32(1):7-11.

[3] 顾效斌,倪洪波,罗俊颉,等.陕西秦岭以北地区飞机积冰状况研究[J].陕西气象,2013(2):23-26．

[4] 何新党,刘永寿,苟文选,等.基于云微物理参数的飞机积冰多因子预测方法[J].航空计算技术,2012,42(1):72-75,79.

[5] 潘玉萍.东南地区飞机积冰预报方法效果检验及规避措施[C]//中国气象学会.创新驱动发展 提高气象灾害防御能力——S12航空与航天气象技术研究与应用.中国气象学会,南京，2013:8.

[6] 龚佃利,刘诗军.山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍[J].山东气象,2008,28(1):1-4,59.

[7] 庞朝云.一次飞机积冰条件下的云粒子结构分析[J].成都信息工程学院学报,2011,26(6):702-706.

[8] 庞朝云,张逸轩.甘肃中部地区飞机积冰的气象条件分析[J].干旱气象,2008,26(3):53-56.

[9] 陈西利,王庆.气象要素对飞机增雨作业的影响[J].山东气象,2010,30(3):42-44.

[10] 王洪芳,刘健文,纪飞,等.飞机积冰业务预报技术研究[J].气象科技，2003，31(3):140-146.

[责任编辑、校对：李琳]

Abstract：Based on Micaps surface and upper air data as well as every 6h NCEP/ NCAR reanalysis data,the aircraft icing was analyzed that occurred during the operation of the aircraft on November 23,2015.The reports of icing conditions in Henan province in 2015 and 2016 were collected to judge the accuracy of the three kinds of ice accretion methods.The results show that the low trough and cold front is the main system of this aircraft icing.The adequate moisture and the suitable temperature are favorable for the formation of icing.The aircraft icing index recommended by ICAO is a good indicator of the ice accretion area and intensity;the false frost point discrimination method is more sensitive to the forecast degree and not obvious in classification;the effect of the temperature and humidity experience judgment method is the worst.

Keywords：aircraft icing;artificial precipitation enhancement;icing index

AnAnalysisofAircraftIcingandComparisonofDifferentForecastingMethods

BAITing,ZHANGFan

(Weather Modification Center of Henan Province,Henan Weather Bureau,Zhengzhou 450003,China)

V321.2

A

1008-9233(2017)05-0032-05

2017-06-06

河南省气象局科研项目(Z201508)

白婷(1989-)，女，内蒙古巴彦淖尔人，助理工程师，主要从事人工影响天气研究。