直升機(jī)飛行氣象要素的精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)

李紅金，李 鯤，蘇 鋒

(1.陸軍航空兵學(xué)院飛行理論系，北京 101123;2.北京市應(yīng)用氣象研究所，北京 100029)

0 引言

精細(xì)化預(yù)報(bào)是現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報(bào)的發(fā)展趨勢(shì)之一，它有兩層含義:一是制作準(zhǔn)確定量的客觀預(yù)報(bào);二是面向不同的應(yīng)用，開發(fā)細(xì)致的分類指標(biāo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品。隨著我國數(shù)值預(yù)報(bào)體系的不斷完善和發(fā)展，各類數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品也愈趨豐富，但在業(yè)務(wù)應(yīng)用中一個(gè)不可回避的問題是，預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的使用仍過多地停留在形勢(shì)預(yù)報(bào)和降水落區(qū)預(yù)報(bào)產(chǎn)品上，不可避免地造成了數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品資源的巨大浪費(fèi)。另一方面，現(xiàn)代航空保障，也對(duì)氣象提出了特殊的需求。因此，在常規(guī)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步制作直升機(jī)飛行氣象保障專用產(chǎn)品，是深化數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品使用水平的需要，對(duì)提高直升機(jī)飛行氣象保障水平具有重要的指導(dǎo)意義，也將為建立以“配料法”為基礎(chǔ)的高影響天氣區(qū)的客觀定量預(yù)報(bào)和基于最優(yōu)集成預(yù)報(bào)技術(shù)的單站要素預(yù)報(bào)奠定重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 直升機(jī)飛行氣象保障產(chǎn)品診斷分析模塊的設(shè)計(jì)

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在充分考慮直升機(jī)飛行氣象保障特點(diǎn)和我國數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了本模塊的深加工產(chǎn)品。經(jīng)本模塊加工處理的產(chǎn)品根據(jù)用途和保障內(nèi)容可以劃分為兩個(gè)大類，包括了24個(gè)產(chǎn)品，產(chǎn)品清單見表1。從表1看到，直升機(jī)飛行氣象保障參數(shù)中主要包括了對(duì)飛行活動(dòng)有重要影響的天氣參數(shù)，如云的宏觀參數(shù)、湍流參數(shù)、積冰參數(shù)等;重要天氣區(qū)產(chǎn)品中包括了根據(jù)基本數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和上述飛行氣象保障參數(shù)，進(jìn)一步由臨界指標(biāo)判斷出的危險(xiǎn)天氣區(qū)。

表1 直升機(jī)飛行氣象保障專用參數(shù)產(chǎn)品

1.2 計(jì)算流程

直升機(jī)飛行氣象保障產(chǎn)品診斷分析模塊采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，實(shí)行“卡片式”作業(yè)的提交和管理。因此，用戶既可以根據(jù)本單位的保障特點(diǎn)定制產(chǎn)品，也可以比較方便地將其嵌入到其他的數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。

圖1給出了其計(jì)算流程。從圖可以看到，該模塊在計(jì)算中主要分為以下幾步:首先，對(duì)各類氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品或本地制作的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行解碼和信息提取等處理，轉(zhuǎn)換為診斷分析模塊可以使用的文件格式;其次，基于常規(guī)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，計(jì)算飛行氣象保障參數(shù);然后，計(jì)算重要天氣區(qū);最后，對(duì)各類產(chǎn)品以標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)，以滿足大部分?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品可視化平臺(tái)和預(yù)報(bào)平臺(tái)的需要。

2 直升機(jī)飛行氣象保障產(chǎn)品診斷分析模塊的實(shí)現(xiàn)

使用Fortran語言完成了各診斷產(chǎn)品(具體計(jì)算方法參見文獻(xiàn)［1］～［10］)計(jì)算程序的開發(fā)，并利用C shell實(shí)現(xiàn)了整個(gè)模塊的集成管理。圖2給出了C shell編寫的模塊運(yùn)行控制卡片的參數(shù)設(shè)置部分。從圖可以看到，通過修改參數(shù)可以比較方便地實(shí)現(xiàn)時(shí)間、診斷范圍、格點(diǎn)數(shù)和路徑等信息的設(shè)置。模塊具有較好的可移植性，可以比較方便地運(yùn)行于Linux和Unix計(jì)算平臺(tái);模塊同樣具有較好的拓展性，可以根據(jù)用戶需求，增減診斷計(jì)算程序和進(jìn)行二次開發(fā)。

圖1 飛行氣象保障產(chǎn)品診斷分析模塊計(jì)算流程圖

3 產(chǎn)品演示

以2008年7月05日～06日的天氣過程為例，給出該模塊對(duì)本地中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式基本預(yù)報(bào)量場(chǎng)的主要診斷分析產(chǎn)品。

圖2 診斷分析模塊的運(yùn)行控制卡片

3.1 過程簡介

圖3給出了2008年7月5日至6日天氣實(shí)況。從500hPa形勢(shì)圖上看，副熱帶高壓勢(shì)力強(qiáng)勁，588線控制了整個(gè)東南沿海地區(qū)，脊線位于27oN左右;新疆北部-甘肅西北部-內(nèi)蒙西北部有一高壓脊逐步加深發(fā)展;受這兩個(gè)高壓系統(tǒng)的共同作用，貫穿東北-華北-華中地區(qū)的深厚低槽形成，我國中東部的環(huán)流形式呈經(jīng)向環(huán)流型;在對(duì)流層中低層，副高西側(cè)的偏南氣流與南支槽前偏南氣流的共同作用，形成了自廣西、廣東沿海直至華北、東北地區(qū)的水汽通道。在此天氣背景下，我國東北、華北、華南地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的降水，部分地區(qū)出現(xiàn)了大到暴雨。

3.2 云宏觀參數(shù)

3.2.1 總云量

圖4給出了2008年7月6日08時(shí)總云量，通過與實(shí)況云圖的對(duì)比可以看到，兩者在主要云系上，如東北地區(qū)的氣旋波云系、中緯度的短波槽云系以及南支波動(dòng)云系都有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2.2 云厚和云底高度

圖5給出了2008年7月6日08時(shí)云厚和云頂高度。

圖3 2008年7月5日08時(shí)實(shí)況圖

圖4 2008年7月6日08時(shí)總云量和低云量

圖5 2008年7月6日08時(shí)云厚和云頂高度

3.3 低空急流區(qū)和飛機(jī)積冰區(qū)

圖6給出了2008年7月6日08時(shí)的低空急流區(qū)和積冰區(qū)，從圖可以看到對(duì)流層低層位于安徽、江蘇、黃海和朝鮮半島等地上空近于東北-西南走向的低空急流區(qū)和其中的急流核，以及400hPa高度上可能發(fā)生飛機(jī)積冰的區(qū)域(陰影區(qū))。

3.4 視線無云概率和風(fēng)切變強(qiáng)度

圖7給出了2008年7月6日08時(shí)視線無云概率和850hPa風(fēng)切變強(qiáng)度。

圖6 2008年7月6日08時(shí)低空急流區(qū)和飛機(jī)積冰區(qū)

圖7 2008年7月6日08時(shí)視線無云概率和風(fēng)切變強(qiáng)度

4 結(jié)論

基于常規(guī)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，進(jìn)一步制作直升機(jī)飛行氣象保障專用參數(shù)產(chǎn)品是現(xiàn)代航空氣象保障技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。本文開發(fā)的飛行氣象保障專用參數(shù)診斷分析模塊已在某些保障單位成功投入到了業(yè)務(wù)應(yīng)用，其提供的形象直觀的飛行氣象保障專用參數(shù)產(chǎn)品已成為直升機(jī)飛行氣象保障的重要手段之一。

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