基于气象实况报文的天气预测

　　摘要：飞机在空中的活动受天气影响更为显著。积雨云产生的雷暴是影响航空安全最重要的天气因素之一，对其及时的从航空气象资料中获取，识别和分析，对保障飞行安全具有重要的意义。通过对气象报文中能见度、云高、降水等因素对飞行影响的分析，针对各类天气现象发生的条件，阐述如何通过气象实况报文预测可能发生的对飞行有影响的天气。

　　关键词：气象报文;对流天气;能量诱因;不稳定能量

　　天气情况是影响飞机正常航行的主要因素，恶劣的天气会导致各类突发事件，对航行的安全带来极大的不确定因素[1]。由于飞机航行环境的特殊性，气象成为了飞机正常航行的基本条件[2]，所以，为了确保航空飞行的安全，开展航行气象相关条件的研究，是非常有必要的。

　　1造成飞行事故的气象要素分析

　　1.1低能见度

　　当前的气候环境中，普通人的视力能够看到的最大范围，也就是人们常说的能见度。能见度直接影响了飞机是否能够正常开展航空活动，也是判定飞机是否可以安全着落、起飞的重要参数。当能见度较低时，会对飞行员造成较高的操作难度，进而影响到飞机的正常航行，为整个航行带来了不可确定风险因素。根据全球航空协会发布的数据表明，1978年至1990年期间，由于空气能见度低而引发的各类事故占到了总事故的16.9%[3]，造成空气能见度低的因素有很多，包括：雨水、冰雹、烟雾、沙尘暴等，其中降水和雾造成的影响最大。

　　1.2低云

　　通常情况下，当云距离地面的高度小于1KM，称之为低云，尤其是高度在三百米以下的低空云会对飞行带来非常大的阻碍。当飞机降落或者起飞时，由于这些低云的影响，飞行员的视野受到了阻碍，无法及时做出对应的操作，这样情况下，就容易发生各种危险。

　　1.3雷暴

　　雷电气候是由于空气直接的摩擦而形成的，一般情况下，雷电气候都伴随着暴雨，因此，我们也称之为雷暴天气。飞机在航行过程中，如果遇到了雷暴天气，那么空气气流波动就会很强烈，同时还伴随着强降雨风暴等等，这些都会导致飞行失去控制，甚至被雷电击中，后果不堪设想[4]。由于雷电气候多发生在夏季，而这个时期恰恰是航运的高峰时期，这也导致很多航班延误，甚至是取消。

　　1.4积冰

　　空气中的水汽由于遇到低温会出现凝结的现象，当飞机进入到这种空气层中，大量的水汽会凝结在飞机上，导致飞机仪器设备受到损坏，这个过程就是积冰[5]。当飞机的机体发生积冰，那么会增加飞机的重量，同时还会改变飞机的风阻力，从而使得飞机的各项飞行性能发生异常，不仅会导致飞机的动力下降，还会引起各个设备发生损坏，甚至是严重危及飞行安全。当冰层积累到一定的厚度，还会让飞机的失去平衡，影响到飞机安全飞行，引发飞行事故[6]。

　　2各类气象现象

　　发生的条件发生各种气象现象是由于大气中的能量波动引起的。各类气象现象产生的必要条件是：不确定的外界力、空气湿度较高、能量波动较大。

　　由于大气中存在大量的能量，当条件发生改变时，这种能量就会爆发出来，进而引起各种自然现象的发生。雷暴气候在很大程度上是由于空气中存在大量的水分子，当水分子遇到寒流时，就会产生暴雨的现象[7]。雷暴发生的条件除了大量的能量和水分子外，还要具备空气冲击力，这样才能释放出动能，进而导致空气发生强烈的对流，引起雷暴现象，三者的共同的作用是形成这种自然现象的必备条件。

　　大气中的冲击力主要有：空气的上升、对流、低气压等等引起的一种综合力量，同时还有温度差形成的一种压力等。雷暴的种类主要有：空气压以及对流形成的雷暴、冷空气雷暴、热空气雷暴、切面雷暴、冷涡雷暴等等。

　　3通过气象报文和云图的分析预测天气

　　3.1基于气象报文的预报

　　在气象的实况报文中，可以了解到的信息有风向、风速、云量、云底高、温度、露点温度、修正海压以及在云中所含的其他危险天气，如CB云。而在这些数据中，可以分析出重要天气现象所发生的条件，云中是否有不稳定的能量，温度和露点温度是否接近，水汽饱和度是否高，是否具有强大的冲击力来推动天气的变化。在工作中，只要认真的阅读这些实况报文，分析所需要关注的要素，就可以较准确地分析一些天气的发展趋势。

　　3.2基于卫星云图的预报

　　从云层中的气流、水汽的形成以及变化情况，从而判定降雨的区域，就是卫星云图预报的基本原理。由于云顶的温度和灰度之间呈现出反相关，当温度越高，那么灰度就越小，形成的降水度也就会越小，这是云顶温度的基本规律，因此可以用于预测降雨的变化情况。对降雨的区域进行预估，通常采用的是阈值法，该方法的原理是当云顶温度达到阈值时，就不会发生降雨，反之，则会出现降水。温度阈值的确定会对影响到预期降水的区域，当取值过大或者过小，都会产生错误的判断。云中是否会产生降水，同时降水的面积都可设置的温度阈值有着直接的关系。

　　雨区的预判，通常采用一种计算方法(CSI)，表达式为[8]：

　　CSI=B/(A+B+C)

　　上述公式中，误判面积以A表示，正确面积以B表示，漏判面积以C表示。这种定量的评估方式由于全面考虑了误判和漏判，因此具备了合理性。从该公式中，也会发现阈值的重要性，其决定了CSI的最终值，因此还采用了双阈值法，通过双阈值的方式进一步的确定降水区域，提高其预估的准确性。阈值的大小不是恒定不变的，应该结合不同的气候环境以及地理位置、季节等等，预估雨区时需要进行适当的改变。

　　为了能够更加直观的展示出降水的情况以及云层的变化情况，在卫星作图时，可以对云层进行适当的调色，进而反应出不同的气候情况。云图在应用过程中，还是对云的方向和移速进行标注。根据欧盟的标准，云的移动还要考虑到地面的参数以及各项因素，通过T213地面以及500hPa、欧洲数值来进行综合的预判。云图中的变化情况可以反映出云的移速，通过各项参数设计以及云图标准，在利用其它工具进行综合的计算，进而能够直观反映出云的方向以及降水的情况。

　　3.3案例分析

　　根据前两个部分的分析，了解到产生强对流天气的因素，根据实际的情况来进行两个案例的分析。

　　1)案例一

　　报文如下：METARZUUU081430Z

　　03001MPS4000FEW013SCT023TCUBKN070TCU19/21Q0997

　　分析：

　　报文翻译为：成都双流机场实况报，风的角度为30°，速度为1m/s，少云(只有1至2个量的云层)，云的底端离地面390M，疏云(3-4个云量)云底高690米，多云(有5到7个量的云层)，云底高2100米，含有浓积云，温度19℃，露点温度21℃，修正海压997hPa。

　　根据预报的信息，进而能够得出下面的结论：①“SCT023TCU”中的TCU(浓积云)表示含有不稳定的能量;②“SCT023TCU”和“BKN070TCU”中的SCT和BKN表示含有能量的多少;③19/21表示温度和露点温度接近，饱和度高，具有充沛的水汽;④03001MPS风速不大，表示没有足够的冲击力。综合分析，由于最后一项不满足，因此判断天气状况稳定，应该不会有强对流天气的产生。通过最终的实际天气情况，可以确认气候正常，没有发生空气的强对流现象。

　　2)案例二

　　报文如下：METARZGSZ110830Z

　　19006MPS8000SCT017FEW023CBBKN04632/25Q0999

　　分析：

　　报文翻译为：深圳机场实况报，风的角度为190°，速度为6m/s，少云(只有3至4个云层)，云的底端离地面510M，能见度4km，少云(1-2个云量)云底高690米，含有积雨云，多云(5-7个云量)云底高1380米，温度32℃，露点温度25℃，修正海压999hPa。

　　根据预报的信息，进而能够得出下面的结论：①“FEW023CB”中的CB(积雨云)表示含有不稳定的能量;②“SCT017”和“BKN046”中的SCT和BKN表示含有能量的多少;③32/25表示温度和露点温度比较接近，饱和度高，具有充沛的水汽;④“19006MPS”中表示有6米/秒的风，有足够的冲击力。综合分析以后，预计深圳机场会有比较强烈的对流天气。经验证，深圳机场在随后确实发生了雷雨天气，后监测到的实况报文如下：

　　METARZGSZ110900Z

　　10007MPS3000+TSRASCT012FEW023CBBKN03630/26Q0999TEMPOVRB08G13MPS2000TSRASCT015FEW020CBBKN040

　　4结论

　　由于天气的缘故而引发的航空安全事故，给人民的财产以及生命安全带来了不可预估的伤害[9]。据全球航空数据调查显示，1979年至1989年期间，全世界范围内由于天气问题引发的空难占到了总事故的1/3以上;而在1990年至2001年期间，不良天气引发的飞行事故多达170起以上。截止到目前，我国的航空企业由于恶劣气候发生的总事故有40起，占到了事故量的30.9%。由于气候问题，而引发的航班取消和推迟，占到了总数的2/5,其中无法规避事件占到了24%，可以规避的占到了17%[10]。近年来，由于不良天气缘故，导致我国航班取消和延误的次数占到了总次数的31%。恶劣的天气导致航空运输陷入了困境，不利于航空企业的正常运行，同时也给旅客的安全出行带来了极大的隐患。因此，在航班运行控制的放行工作中，除了认真阅读天气报文等信息，还可以在一定的范围内通过自己对报文等因素的分析来预测天气变化的趋势，确保航班运行的安全、正点。

　　参考文献：

　　[1]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2005.

　　[2]王世锦，隋东.低空空域航空器飞行安全分析[J].南京航空航天大学学报(英文版)，2009，26(2)：147-153.

　　[3]胡家美，李萍.国际航空气象预报的发展趋势[J].广东气象，2009，31(4)：11-13.

　　[4]张序.雷暴天气的分析识别及对飞行的影响[J].长沙航空职业学院学报，2011,41(2).49-54.

　　[5]迟竹萍.飞机空中积冰的气象条件分析及数值预报实验[J].气象科技，2007,35(5)：714-719.

　　[6]张序.积冰对飞行的影响及处置[J].西安航空技术高等专科学校学报，2011，(5)：19-24.

　　[7]张建春.一次雷雨天气过程的分析和服务介绍[J].民航科技，2010，(6)：111-113

　　[8]温彦春，郭良勤，洪莹，等.卫星云图的识别与降水预报[J].中国科技信息，2010，(11)：16-17.

　　[9]刘继新.民航航行情报与飞行安全关系探究[J].江苏航空，2009，(3)：10-12.

　　[10]中国民用航空总局空中交通管理局.航空气象应用简明手册[M].北京：中国民航出版社，2001