2018年12月21日虹桥机场平流雾天气漏报原因研究

李新峰 陈志豪

摘 要：2018年12月21日，虹桥机场出现了平流雾天气，虽然此次平流雾未造成航班延误或取消，但由于没有提前预警，服务效果较差。本文对此次平流雾天气的预报思路和服务过程进行了反思，为提高平流雾预报能力，及时准确发布预警积累经验。预战术阶段，客观预报均未预报出此次过程，天气形势预报与实况也有较大差异，导致预报员对21日晨天空云系变化及平流雾发生未能做出正确判断。战术阶段，预警与实况较一致，影响结束时间的预报误差仅为14min。分析发现，基于目前的业务技术水平，雾的准确预报仍十分困难，预报着眼点和预报流程存在不确定和不稳定的问题，服务产品与空中交通管制运行过程的融合深度仍需提升针对性。因此，加强科技攻关和推进空管气象联合复盘分析是缓解预报能力与业务需求之间矛盾的有效途径，通过技术创新和业务探索，改进服务方式，实现精准、定向、多元的航空气象信息发布。

关键词：漏报;平流雾;预警;虹桥机场

中图分类号：P457.7;P458.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0153-06

Study on the Causes of Missing Prediction of an Advection Fog Event in Hongqiao Airport on December 21， 2018

Abstract： On December 21， 2018， advection fog weather appeared at Hongqiao Airport. Although the advection fog did not cause flight delays or cancellations， the service effect was poor due to the lack of early warning. In this paper， the forecasting idea and service process of advection fog weather were rethoughted， and experience was accumulated to improve the forecasting ability of advection fog and timely and accurate issuance of early warning. In the pre-tactical stage， the objective forecast did not predict the process， and the weather situation forecast was quite different from the actual situation， which led the forecasters to fail to make a correct judgment on the changes of cloud system and advection fog in the morning of 21. In tactical stage， the early warning was consistent with the actual situation， and the prediction error of the end time is only 14 minutes. It was found that， based on the current operational level， accurate fog prediction was still very difficult， the forecasting focus and forecasting process were uncertain and unstable， and the integration depth of service products and air traffic control operation process still needed to be improved. Therefore， it is an effective way to alleviate the contradiction between forecasting ability and operational demand by strengthening scientific and technological research and promoting the combined analysis of air traffic control and meteorology. Through technological innovation and operational exploration， service mode can be improved to achieve accurate， directional and pluralistic air traffic meteorological information release.

Keywords： missing prediction;advection fog;cause analysis;Hongqiao Airport

霧是影响民航机场正常运行的最主要的气象灾害之一。雾与边界层动力场和热力场联系复杂，可预报性较低，尤其是平流雾，突发性强，可预报时效短，这使得雾的预报成为世界性的难题。Zhou B和Du J [1]通过做雾的集合预报，发现其预报水平远低于暴雨的预报水平。在航空气象业务中，雾的预报更是面临诸多困境，一般都是临近时才能进行预报与预警。

为提高平流雾预报能力，专家学者和预报员对平流雾的过程进行了大量分析研究。肖安等[2]利用2000—2012年常规高空和地面资料以及NCEP/NCAR逐6h再分析资料（水平分辨率1°×1°），筛选出发生在我国江南地区（23°—32°N、110°—122°E）的54例区域性平流雾过程，分析该地区产生区域性平流雾时的逆温、变温、低层湿度和垂直速度等物理量，得到区域性平流雾的统计特征（值）。沈俊[3]根据上海地区雾天的特点，利用历史观测资料，对影响虹桥和浦东机场的雾进行分类，并为不同类型雾的特征进行统计分析。胡伯彦[4]等利用1996—2013年上海虹桥机场逐时地面观测资料，对影响机场正常运行的主导能见度（以下简称VIS）低于800m和跑道视程（以下简称RVR）低于550m时次的出现次数进行统计分析。来小芳等[5]利用美国新一代非静力平衡中尺度数值预报模式WRFV3.1系统对发生在2010年2月7日的上海浦东机场地区平流雾进行数值研究，分析平流雾发生、发展和消散机制。但是，相关研究中，对虹桥机场平流雾的研究较少，对预报业务流程与预警服务的分析则更少。因此，针对虹桥机场平流雾天气的预报业务流程与预警服务策略进行深入分析与思考是十分必要的。

2018年12月21日02：04—09：30（北京时间，下同），虹桥机场出现突发性平流雾天气。但是，因前一日未预报该天气过程，直到监测到后才开始进行气象服务，使得整个过程响应较为被动，虽然未造成航班延误或取消，但服务效益受到负面影响。本文利于地面观测等实况资料和数值预报资料，梳理了此次虹桥机场平流雾天气过程的预报与服务环节，总结并反思此次服务过程中存在的问题，探讨了可预报性较低的低能见度天气预警服务的改进方向。

1 天气过程描述

2018年12月21日02：04—09：30，虹桥机场出现了VIS最低200m的大雾天气（见图1）。虹桥机场装备有Ⅰ类仪表着陆系统（Instrument Landing System，ILS），当机场VIS<800m或RVR<550m时，航班正常起降即受到影响[4]。因此，按VIS和RVR的变化，可将大雾天气分为形成、发展、消散三个阶段。形成阶段为21日02：04—02：30，VIS为5 000m，但RVR小于400m;发展阶段为03：00—07：00，VIS与RVR均低于运行标准;消散阶段为07：16—09：30，RVR维持在900m以上，但VIS低于400m。以上三个阶段各有其特点，形成阶段起伏不定，消散阶段反复漫长。可见，此次平流雾过程较为复杂。

图2为上海地区21日01：00—09：00每2h自动观测站瞬间能见度分布图。其中，阴影为VIS<1 000m。通过分析可知，01：00，崇明地区VIS为200m;03：00，平流雾至虹桥北侧宝山与嘉定地区，上海西侧基本被雾覆盖，其中最低VIS位于嘉定地区，仅有50m，且之后嘉定站VIS基本维持80m以下;05：00，雾区面积达到最大值;07：00，雾区开始逐步西退、消散。上海地区平流雾多发生于沿海向内陆的暖湿平流，此次由北向南的平流雾过程较为罕见。

此次天气过程中，由于虹桥机场夜间航班稀少，形成阶段与发展阶段并未对航班运行造成实际影响。但是，消散阶段，即使RVR在550m以上，但VIS基本均低于400m，对进港降落航班造成严重影响。

2 预报思路及服务策略描述

2018年12月21日，虹桥机场平流雾天气的航空气象预报服务过程可分为预战术（20日08：00—24：00）和战术（21日02：00—09：30）两个阶段，共计14个预报结论发布环节。其中，重要天气预警2份，空管预警3份，例行会商4份，机场警报5份。接下来，笔者将分阶段描述当时的预报结论思考过程及服务策略。

2.1 预战术阶段

20日08：30，预报员获得的形势预报如图3所示。21日02：00，地面华东为入海低压后边，前期有降水，气压场较弱，地面风向偏北风，风速3～6m/s，850hPa在浙北至皖南地区有明显的切变活动，上海地区高空以东南风为主，云系较多。由此得出结论：上海21日晨有大雾可能，但浓度不高，VIS短时800m，但不考虑低于运行标准（RVR<550m）的低能见度天气。

由于较长时效的模式资料更新较慢，20日白天基本维持以上结论。16：00民航全国天气会商时，所用会商材料如图4所示。有利于产生大雾的环境条件主要是地面的动力及温湿场变化：一是湿度场条件，由于20日虹桥机场有0.2mm的小雨天气，上海区域最高降水量为0.5mm，再加之19日低涡过境的降水，所以，地面水汽条件较为充沛;二是风场条件，20日虹桥机场风向由东北风转西北风，风速2～4m/s，风向有利于上游污染物及雾的输送，风速有利于局地静稳环境的形成。

但是，也存在不利于大雾形成的因素。首先，上海地区基础VIS较好，基本在20km以上，上游崇明地区VIS的更是达到50km，即使有上游污染物及雾的输送，也基本不会形成RVR<550m的浓雾。其次是高空云系。图3的平面数值预报图与图4的逐时单站预报图，均显示出上海区域700hPa至900hPa为西南气流，低层云系較多，不利于夜间局地的辐射降温，不利于辐射雾的形成。

因此，基于以上两方面的考虑，16：00上报民航气象中心的结论为：明晨能见度短时800m，但RVR>550m，不考虑低于运行标准的低能见度天气。

20日20：00，当班预报员分析上海探空数据时，发现形势发生巨大变化：700hPa及以上高空均转为西北或偏西气流，温度线与露点线之差已相对20日08：00有较大分离;850hPa与925hPa风向转为东北风，中高空云系有消散的趋势;近地面层1 000hPa以下有浅薄的逆温层结的形成。新的观测资料显示，形势已开始向雾形成的方向发展。但此时，上海地区自动观测站显示，基础能见度维持在30km。因此，20日20：30空管服务预警的结论为： 21日05：00—08：00的RVR为550～800m。

2.2 战术阶段

图2显示，虹桥机场平流雾是由北方上游区域快速向南扩展，后再向东蔓延，虹桥机场一直处于平流雾的东部边缘位置。

预报员21日02：30开始监控天气变化，此时的VIS为5 000m，RVR经过12min的短时低于350m后，快速抬升至2 000m以上，且值班室外目视情况良好。因此，判断此阶段的雾正如METAR所示，是团状的部分雾，预计不会长时间影响虹桥机场，并未发布相关预警。

03：00，虹桥机场RVR瞬间降至250m。此时，预报员观测值班室外情况，发现虹桥机场一号航站楼清晰可见，因此，维持原结论。

03：30，虹桥机场一号航站已被平流雾覆盖，难以辨识轮廓。此时，预报员启动预警程序，一边分析形势，制作预报结论，一边发布机场警报及重要天气区域预警。预报结论基于上海自动站观测及环境风场的变化趋势，考虑雾消预报着眼点为温度上升，且探空及数值预报分析雾的逆温层次较浅薄。由此，得出预报结论：03：40—06：00的RVR为200～550m;03：40—08：00的VIS<800m。另外，需要说明的是，此时多种数值模式仍预报上海地区上空为西南风，有云系覆盖，其产品预报均为漏报。

图5为战术阶段气象预警中RVR与VIS预警时段与实际影响时段分布图。06：00，虹桥机场气象监测数据显示，虹桥机场18L与18R跑道端RVR已抬升至550m以上，36L与36R跑道端RVR为300m。综合考虑图2中上海区域低能见度区域西退的趋势及气温上升因素，得出预报结论为：21日06：40抬升至550m以上。基于以上结论发布了重要天气区域预警和空管服务预警。

07：16，图1显示，RVR为1 200m并之后一直稳定维持900m以上，VIS为400m，之后有所反复，在200～800m波动，至09：30，VIS稳定抬升至800m以上，虹桥机场大雾天气结束。

综合以上两节的分析可见，预战术阶段，由于三方面的原因造成此次平流雾天气过程的漏报。一是能见度的客观预报系统均未预报出此次平流雾天气过程，而预报员依赖数值模式结果;二是数值模式的天气形势预报与实况有较大差异，导致对21日晨天空云系变化未能做出正确判断;三是虹桥机场平流雾的发生概率较低，相关个例研究和预报经验总结较少，物理概念模式不够清晰，导致平流雾发生的环境条件考虑不足。战术阶段，临近预警与实况基本一致，05：46更新预警中，预报RVR升至550m的时间误差仅为14min，07：50更新预警中，预报VIS升至800m的时间误差为0。

3 问题与挑战

尽管此次过程的雾消时间预报较准，但在预战术阶段和战术阶段均未提前预报起雾时刻，对应雾的预报和服务能力有待提高。此次过程也暴露了相关技术落后、物理模型不清晰等突出问题，客观预报和案例分析还有待加强。

3.1 雾生消的客观预报技术相对落后

所有数值模式的雾产品，在此次过程中均为漏报，其中暴露出目前数值预报业务技术水平与航空气象预报业务的需求之间还存在一定的差距[6]。在业务数值模式中，近地面温湿场的物理框架精度不高，复杂的海陆、湖陆、城市化等热动力作用考虑不细致，物理过程更是不适应层结稳定大气环境下的低层水汽湍流混合。

另外，客观预报技术的自主改进也在应用中存在受制于人的情况。经过技术改造或调研有较好的预报方案，但考虑到整体数值系统的复杂性，修改计算方案需要外部技术人员的协助，尚未形成客观预报技术开发的主动权。

3.2 虹桥机场平流雾的主题案例分析不集约，物理模型不清晰

雾，尤其是平流雾，相对于辐射雾、雷暴等在虹桥机场发生的频率很低，相关的案例分析更少，而相关案例的集约分析和集体讨论更是少之又少，尚不能形成一个主题性质的文集以供参考，更难于形成相对清晰的物理概念模型，致使虹桥机场平流雾预报着眼点和预报流程存在不确定和不稳定的问题。

另外，区域性监测数据的缺失加大了此类天气的预警难度。由于雾的形成一般都在夜间，且区域性强，如果能通过数据分享获取较大区域的VIS监测数据，就能及时发出警报，提醒值班预报员加强警惕和监测力度，提前分析与服务。但是，目前业务中，关于雾的监测数据相对较少，大部分来自其他气象机构的图形产品，不能进行告警和数据处理。

3.3 与管制运行的融合深度不足

近年来，华东空管与气象联合复盘的工作已经取得了较大成果，但仍存在问题尚未解决，其中就包含在可预报性较差的情况下，如何向用户传达气象服务产品的不确定性[8]。本次过程考虑了大雾的发生，但通过分析各种要素可知，发生低于运行标准的低能见度天气的概率较低，因此，20日16：00全国天气会商中未预报。如果深刻了解空中交通管制在凌晨时段的具体运行需求，即使浓雾发生概率很低，但会产生较大影响时，当班预报员能区别天气现象，重视其影响运行的危险程度，进一步提前发出低概率事件预警，那么本次服务的效果将有可能获得正面评价。

4 发展建议

4.1 加强科技攻关，注重自主研发能力培养

雾的立體监测是准确预报的基础。首先，跨机构的地面监测数据共享将进一步扩大雾的监测范围，能获取第一时刻的警告;其次，高时空分辨率的静止卫星资料，如风云4号、葵花8号等，其20min甚至更短间隔的数据将成为雾监测与识别的一个新的技术突破点;再次，以同化分析模式为基础，融合地面观测、高空卫星观测、大气三维高解析度全要素场，形成一个表征当前时刻完整的大气状态数据立方体，从中获取与雾相关的温湿场和动力场信息，对其移动趋势和强度演变的预测将更有信心。

预报技术的提升，则需要建立集合预报系统[7]。对运行有影响级别的平流雾预报，是国际公认的预报难题，对此不确定度较大的危险天气，需要建设能够考虑多种可能因素的集合预报系统，形成客观概率预报产品，就能满足预战术阶段流量管理对大提前量、客观概率预报信息的需求。

自主技术改造能力的培养与预报业务的高质量发展息息相关。预报员在业务实践中要具有丰富的数据分析经验和较高的效果评判能力，如果同时能够具有技术改造能力，将经验变成可传播、可复制的技术革新，将评判变成可借鉴、客观化的技术建议，那么就能动员、引导预报员更好地服务于业务的高质量发展，推动降本增效。

4.2 加强空管气象联合复盘分析，强化科学服务

空管与气象联合复盘工作能通过重要天气过程回溯查找气象预报和服务不足，提出改进气象服务产品和服务方式的科学建议，提升气象服务效益[8]。2016—2018年共复盘12次，其中雾的过程3次，分析报告建议，由于雾的预报难度较大，通过建立模型来评估预报结论不确定带来的潜在运行风险，如就天气的影响程度、出现概率、预报信心进行组合，结合管制人员运行风险承受能力，并制定具有差异性的运行策略。

注重服务形式和内容的科学性，加强概率预报的应用，需要更多的项目牵引和政策导向，通过联合复盘平台，在气象、管制、流量、航空公司、机场建立跨行业、有特色的联合科研应用机制，集聚共识，共同参与气象高效服务体系的设计和建设，其成果是互惠互利的，对航空运行效率的提升也将是显而易见的。

5 结语

预测未来是人类永恒的追求之一，预测结果的不确定性，也是人类永恒的烦恼之一[9]。对于关系航空运行安全的高影响天气，平流雾一直是预报业务上的难题之一，开展相关案例的分析和反思十分有必要。

本文回顾了2018年12月21日虹桥机场平流雾天气的预报和服务过程，反思和评价了预战术阶段和战术阶段的预警情况，为提高平流雾预报能力，及时准确发布预警积累经验。预战术阶段，客观预报系统均未预报出此次平流雾过程，天气形势预报与实况也有较大差异，导致预报员对21日晨天空云系变化及平流雾发生未能做出正确判断。战术阶段，预警与实况较一致，预报影响结束时间的RVR>550m的时间误差仅为14min，预报VIS升至800m的时间误差为0。

此次过程的分析和反思也暴露出一些问题。基于目前的业务技术水平，雾的生消时刻的准确预报仍十分困难，而相关案例分析不夠集约，预报着眼点和预报流程存在不确定和不稳定，服务产品与空中交通管制运行过程的融合深度仍需提升针对性和精细程度。

此次过程的预报和服务历程告诉我们，基于自主研发能力培养的专项科技攻关是缓解预报能力与业务需求之间矛盾的有效途径之一，能赋予技术以持久的活力和创新力，机动灵活地提高预报能力和效率，增强业务的可持续发展水平;空管气象联合复盘分析是统筹推进航空气象高质量发展的必由之路，优化产品内容，提升服务方式，实现精准、定向、多元的航空气象信息发布。

参考文献：

[1]Zhou B， Du J. Fog Prediction from a Multi-model Mesoscale Ensemble Prediction System[J]. Weather & Forecasting， 2010（1）：303-322.

[2]肖安，许爱华，陈翔翔.江南区域性平流雾的物理量统计特征[J].暴雨灾害，2017（2）：147-155.

[3]沈俊.上海虹桥和浦东机场雾的分类特征统计分析[J]. 空中交通，2013（6）：56-61.

[4]胡伯彦，冯雷，陈志豪.1996—2013年上海虹桥机场低能见度及低跑道视程特征分析[J].气象科技，2015（1）：151-155.

[5]来小芳，陈志豪.上海浦东机场一次平流雾数值模拟分析[C]//第七届长三角气象科技论坛论文集.浙江省气象学会，2011.

[6]冯蕾，田华.国内外雾预报技术研究进展[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2014（1）：74-81.

[7]杜钧，周斌斌.雾的集合预报与集合预报的检验[J].气象科技进展，2016（3）：41-47.

[8]孙涛，袁娴，胡伯彦，李新峰.气象预报不确定性问题的最优解探讨：三方协同决策和复盘分析机制优化民航运行方案的探索与应用[J].中国民用航空，2018（9）：47-50.

[9]穆穆，段晚锁，唐佑民.大气-海洋运动的可预报性：思考与展望[J].中国科学：地球科学，2017（10）：1166-1178.