龙嘉机场夏季雷暴监测试验方法研究

王 晓

（民航东北空管局，辽宁 沈阳110043）

1 引言

1999-2002年长春大房身机场出现204 架次飞行延误，其中有86 架次（占42%）为雷雨原因造成，2006年是龙嘉机场运营的第一年， 全年由于天气原因造成航班延误共74 架次，雷雨天气造成航班延误55 架次，占74%，可见雷暴在7 种引起延误的天气原因中是高居首位的。

龙嘉机场现没有可靠的雷暴监测试验工具，机场雷暴监测试验技术压力很大，机场于2005年8月27日启用,在仅仅赶上的最后5 个夏日当中，就有3天出现了雷暴。2006年4月28日出现了开航以来的首次春雷， 导致国航和南航的两架航班在空中绕飞等待分别达20 多分钟。

本文介绍了龙嘉机场雷暴监测试验和研究的进展，其中包括：可闻函数--雷达回波参数方法，高空探测要素因子诊断方法， 本站气象要素模型识别方法。

2 雷暴监测试验方法的分别叙述

2.1 可闻函数--雷达回波参数方法

2.1.1 技术路线

根据雷暴来自中小尺度天气系统、 预报难度大的特点，把预报范围划分成两片区域，分别对应雷暴可闻和不可闻区，不可闻区不预报有雷暴，可闻区有无雷暴用雷达回波3 个参数的指标值判断。 划分成两片的手段是把有无雷暴问题转化为雷达回波强中心的位置问题,由强中心位置产生可闻函数，由可闻函数给出机场可闻雷暴区域的边界。 解决分片有无预报问题之后,通过雷达回波资料的统计分析，确定可闻区未来3 小时有无雷暴的回波最大强度 （第一条件）、最大高度（第二条件）、≥40 dbz 的强核高度（第三条件）判别指标(见表1)，利用回波移动方向和时速等进行4 个方面的预报消空， 并形成预报流程框图。

表1 6-8月有无雷暴雷达回波参数

2.1.2 可闻函数的构建

龙嘉机场与大房身机场相距50 km，采用大房身老机场的近年气象监测资料制作雷暴可闻函数，然后应用龙嘉新机场的雷暴资料对雷暴可闻函数进行检验。

利用老机场气象台1996-2003年共计8 a 夏季（6-8月） 雷暴观测资料及吉林省气象台的雷达回波资料， 根据回波强中心位置分布确定的雷暴可闻函数F 描述为：

其中,a 表示雷达回波强中心所在方位,r 表示雷达回波强中心到雷达的距离。 闻雷与否不仅取决于距离,还与雷暴早期所在方位有关系,当强中心位于可闻区域以外，不报机场有雷暴，不可闻区域8 a 历史样本准确率P=186/207=89.9%。

2.1.3 可闻区域的预报流程

在雷暴可闻区域以内， 通过雷达回波参数来判断是否发生雷暴的问题,核心技术关键是根据预报准确率最高的原则,确定雷达回波参数的临界值。

2.1.4 雷暴对可闻函数的检验

龙嘉机场2005年8月27日-2006年7月10日观测到的雷暴共26 d， 有对应雷暴时刻的716 型雷达监测资料23 d。 分别提取23 个雷暴日雷达回波观测资料的相关雷达参数，统计结果有14 次符合有雷暴的判别预警条件准确率14/23=61%。

2.2 高空探测要素因子诊断方法

2.2.1 技术路线

将天气形势因子向雷暴气象要素数量因子转换，让组合因子的有效性和雷暴事件概率之间联动，经过反复精选，用准确率高的组合因子相互搭配，绘制分类点聚图， 把雷暴早期识别建立在组合因子的预报概率上，以组合因子描述物理意义，以点聚图形式划分雷暴集合区域。

2.2.2 对应龙嘉机场进近区域预报范围的设定

把长春气象站探空起始原点向龙嘉机场方向移动50 km，使长春、德惠、九台、农安四个气象台站围绕龙嘉机场， 其中若任一台站20时之前出现雷暴，则确定为一个雷暴日。

2.2.3 组合因子配方

采用长春8 a 的7-9月08 点探空逐日资料，对高空气象要素因子进行筛选和组合。 预报预警雷暴的组合因子配方主要有：A 指数;（TT 地面+TT925+TT850） -（TT600 +TT500 +TT400）; （TT300 -Td300 -Td0℃）/（hh300-hh0℃）+（TT 地面-Td 地面-Td0℃）/(hh0℃-239);(t-td)850+(t-td)700+(t-td)600+(t-td)0℃在反复筛选因子的过程中发觉， 各月因子具体内容不完全相同。

2.3 本站气象要素模式识别方法

将判别雷暴的能力建立在经验模式的基础上，本站各种天气要素的综合变化和天气形势有密切关系，表现在风、气压、气温、湿度、降水强度等气象要素在雷暴发生前发生后相互协同的变化特点， 总结提炼的基本规律见表2。通过系列气象要素变化客观化分析，依据模式识别原理，把气象要素的变化数量化、指标化，提高确率，完成雷暴监测试验。

2.4 用模式提炼结果评价航空风险

表2 雷暴出现前后多种气象要素规律的模式提炼

有雷电就意味着有风险，风险的强度有高有低。本文将同时满足雷电持续时间长度≥90 min，机场观测降水量≥15 mm 两个条件者，确定为高风险类别，反之则确定为低风险类别。 根据上述两个条件的划分，长春龙嘉国际机场2006年发生初雷至8月份期间共闻雷29日次当中, 高风险类别雷电为16日次,低风险类别雷电为13日次。

从本场两种不同种类风险的闻雷前3 h-闻雷后1 h 的气温、气压、相对湿度和露点温度的逐小时变化百分率看出高风险类别雷电的特点： 高温、 高湿、高露点温度及气压快速下降。 与低风险雷相比高风险类别雷电气象要素的早期变化幅度小， 且力度更强烈。

3 小结

龙嘉机场雷暴监测组合试验， 目前采用了3 种方法，包括雷达方法、高空探测要素因子诊断方法、地面气象要素模式识别方法。

(1)可闻函数--雷达回波参数方法，把未来有无雷暴问题转换成雷达回波强中心空间位置问题，创建了两个自变量构成的可闻函数， 同时给出了可闻区域的预报预警流程，单站3 h 雷暴滚动预报历史样本识别率达77.24%。

(2)龙嘉机场雷暴监测试验第二种方法：高空探测要素因子诊断方法，以位势倾向原理为基础，高空探测要素因子传统和创新相结合， 历史识别率超过70%。 保持A 指数传统性的同时，资料的高空层次增多在应用高空850 hPa、700 hPa、500 hPa 基础上，垂直方向用到300 hPa 层， 考虑垂直厚度比平时高一倍，已经看出有效性。

(3)龙嘉机场雷暴监测试验第三种方法：本站地面气象要素模式识别方法， 建立在气象观测经验的总结和天气变化规律的提炼上，比较有效。