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民航贵州空管分局冻雨预报系统的构建

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民航贵州空管分局冻雨预报系统的构建 - PowerPoint PPT Presentation


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民航贵州空管分局冻雨预报系统的构建. 民航贵州空管分局 刘 贵 萍 李鲸. 主要内容. 冻雨预报模型的建立 “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发 功能和效益分析 应用和推广前景. 主要内容. 冻雨预报模型的建立 “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发 功能和效益分析 应用和推广前景. 考虑到常规资料的稳定性和数值预报资料的可拓展性, 分别建立预报模型 ,这样即使数值预报系统有调整,也不会造成系统完全不可用。. 冻雨预报模型的建立. 资料及资料的预处理 方法 因子选择 方程的构建 判别公式的显著性检验 模型的数据验证. 冻雨预报模型的建立.

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民航贵州空管分局冻雨预报系统的构建

民航贵州空管分局 刘贵萍 李鲸

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主要内容
  • 冻雨预报模型的建立
  • “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发
  • 功能和效益分析
  • 应用和推广前景
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主要内容
  • 冻雨预报模型的建立
  • “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发
  • 功能和效益分析
  • 应用和推广前景
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考虑到常规资料的稳定性和数值预报资料的可拓展性,分别建立预报模型,这样即使数值预报系统有调整,也不会造成系统完全不可用。考虑到常规资料的稳定性和数值预报资料的可拓展性,分别建立预报模型,这样即使数值预报系统有调整,也不会造成系统完全不可用。

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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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常规资料预报模型的建立使用的是保存较为完整的2008年1、2月常规报文资料,每天2次,分别为08时、20时,剔除资料有缺失的时次,计算86个样本。常规资料预报模型的建立使用的是保存较为完整的2008年1、2月常规报文资料,每天2次,分别为08时、20时,剔除资料有缺失的时次,计算86个样本。

  • 数值预报资料模型的建立使用2008年1月1~30日资料,每天5次,分别为预报时效12、18、24、30、36小时,剔除资料有缺失的时次,共计算147个样本。
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由于贵阳观测站位于东山山顶,常规资料报文中地面气温与本场实际气温相距较大,引入地面温度作为判别因子时,应进行订正。使用2011年12月~2012年2月冬季3个月(91天,每天15小时,共计1365次资料)统计对比,对地面气温进行订正,修订参数为+0.86。由于贵阳观测站位于东山山顶,常规资料报文中地面气温与本场实际气温相距较大,引入地面温度作为判别因子时,应进行订正。使用2011年12月~2012年2月冬季3个月(91天,每天15小时,共计1365次资料)统计对比,对地面气温进行订正,修订参数为+0.86。

  • 数值预报资料为格点数据,贵阳本场不在格点上,通过将附近4个点的值插值得到本场资料,其中风速由于4个值接近取数值平均,温度平流、散度等物理量无梯度规律使用数值平均代替,温度由于有明显梯度存在,使用三角形插值法进行计算获取。
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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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费歇判别法
  • 费歇判别准则:预报某天气现象出现或不出现,我们假设两个判别因子x1,x2,用最简单的线性形式将两者组合起来,形成一个新的变量y,表示为y=c1x1+c2x2。该式即为判别方程,当y≥yc时则判断出现,反之判断不出现。
  • 建立判别方程的原则是:类间的方差和类内的方差比值最大(方差可以衡量点子的集中程度)。
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利用费歇判别准则,选取对冻雨有参考价值的因子,就可建立常规资料及数值预报资料判别方程。利用费歇判别准则,选取对冻雨有参考价值的因子,就可建立常规资料及数值预报资料判别方程。

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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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在构建方程过程中,对前期理论研究进行梳理,常规资料模型决定选取判别因子17个,包括:地面及各标准层风向风速、温度,地面相对湿度,850hPa、700hPa温度露点差,500hPa与700hPa温度差,700hPa与850hPa温度差。这17个判别因子基本能全面反映冻雨发生及维持时的环流条件、水汽条件、温度、湿度条件及动力条件。在构建方程过程中,对前期理论研究进行梳理,常规资料模型决定选取判别因子17个,包括:地面及各标准层风向风速、温度,地面相对湿度,850hPa、700hPa温度露点差,500hPa与700hPa温度差,700hPa与850hPa温度差。这17个判别因子基本能全面反映冻雨发生及维持时的环流条件、水汽条件、温度、湿度条件及动力条件。

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数值预报资料模型共选取8个因子作为判别因子,包括:T213产品850hPa温度、温度平流、风速、散度,700hPa温度、温度平流、风速,欧洲中心850hPa温度。数值预报资料模型共选取8个因子作为判别因子,包括:T213产品850hPa温度、温度平流、风速、散度,700hPa温度、温度平流、风速,欧洲中心850hPa温度。

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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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常规资料判别方程的构建
  • t表示温度;td表示露点温度;rh表示相对湿度;wd表示风向;ws表示风速;yc=0.410515187。其中tsur=常规资料地面温度+0.86。
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数值预报资料预报方程的构建
  • t表示温度;tc表示温度平流;ws表示风速;div表示散度;yc=0.302854。
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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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计算得常规资料计算公式检验值F=8.2983,查α=0.05显著水平,分子自由度为17,分母自由度为68时,Fα=1.77<F,所以认为该方程是显著的。计算得常规资料计算公式检验值F=8.2983,查α=0.05显著水平,分子自由度为17,分母自由度为68时,Fα=1.77<F,所以认为该方程是显著的。

  • 数值预报公式检验值F=20.1694,查α=0.05显著水平,分子自由度为8,分母自由度为138时,Fα=2<F,所以认为该方程是显著的。
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冻雨预报模型的建立
  • 资料及资料的预处理
  • 方法
  • 因子选择
  • 方程的构建
  • 判别公式的显著性检验
  • 模型的数据验证
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常规资料模型的预报结果

使用2008年1月~2008年2月资料对冻雨预报系统进行历史拟合,常规资料预报86次,使用2008年12月1日~2012年2月29日资料对该系统进行试预报,系统预报685次

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常规资料模型的预报结果

2011年12月~2012年2月系统预报结果与预报员预报结果进行对比

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数值预报资料模型的预报结果

2008年1月1~30日数值预报资料拟合共计147次,2011年12月~2012年1月试预报58天共290次,资料缺失严重。

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模型的数据验证结果讨论
  • 常规资料预报模型历史拟合及试预报预报正确率及命中率均高于80%且高于预报员主观预报,可对预报员准确预报冻雨发生发展起较好的帮助作用。
  • 数值预报资料模型历史拟合结果较好,试预报结果较差,主要原因在于资料的缺失,计算使用的8个要素经常不完整,又自2011年开始,根据气象局业务规划,业务保障使用T639数值预报资料,T213资料缺失严重,结果出现大量空报、漏报,对系统的使用有一定影响。我台自2011年3月引入T639数值预报资料,处于资料积累阶段,下一步可使用T639数值预报资料建立模型。
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该系统将安装于预报员日常使用的人机交互系统(Micaps)工作机上以方便预报员使用。该系统将安装于预报员日常使用的人机交互系统(Micaps)工作机上以方便预报员使用。

  • 气象常规报文计算结果将于每日早晚9点半自动输出一次,计算及输出时间小于30秒,预报结果为未来12小时内是否出现冻雨,可为预报员发布未来12小时天气预报提供客观依据。
  • 数值预报因子建立的模型,因为资料到达时间的不确定性必须人工点击计算,可由预报员在早上进行天气会商前人工点击运行,使用资料为前一天20时输出资料,预报时效为12、18、24、30、36小时,计算及输出时间小于1分钟,计算结果可视为预报生效至下一次预报(6小时)内本场是否出现冻雨天气。
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主要内容
  • 冻雨预报模型的建立
  • “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发
  • 功能和效益分析
  • 应用和推广前景
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系统应包括气候背景分析、历史资料查询、历史资料统计、冻雨预报预警等功能。系统应包括气候背景分析、历史资料查询、历史资料统计、冻雨预报预警等功能。

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“民航贵州空管分局冻雨预报系统”管理菜单由四大主要功能菜单及版本信息组成,主要功能菜单分别为:预报计算、历史数据库、系统配置、用户管理。“民航贵州空管分局冻雨预报系统”管理菜单由四大主要功能菜单及版本信息组成,主要功能菜单分别为:预报计算、历史数据库、系统配置、用户管理。

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预报计算
  • 预报计算主要实现资料自动调取、解析并插值进行计算,结果输出对比。
  • 上述功能通过六个子菜单完成,分别为常规资料模型、数值预报资料模型、常规资料模型结果对比、数值预报资料模型结果对比、数值预报T639资料模型、数值预报T639资料模型结果对比。
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这里选择模型建立时间

点击预报

结果显示

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历史数据库
  • 通过MySQL建立本地数据库,收录常规资料预报模型、数值预报模型资料解析获得的要素(预报计算时自动保存);收录历年发生冻雨时各气象要素(手动输入);以统计图表形式直观显示,供预报员自学习、查询、统计及其他研究使用。
  • 上述功能通过三个子菜单完成,分别为冻雨要素输入、历史数据查询、报表下载。
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系统设置
  • 可对常规资料、数值预报资料读取路径进行配置;对常规资料模型、数值预报资料模型的计算参数进行修改(由系统管理员进行操作)。
  • 上述功能通过四个子菜单完成,分别为系统信息配置、常规资料模型配置、数值预报资料模型配置、数值预报T639资料模型配置。
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用户管理
  • 用户管理子菜单可根据需要设置为系统管理员、预报员、普通用户这三类用户,分别拥有管理权限、数据库使用权限、查询权限。所有用户都可以修改当前用户的基本信息,系统管理员可以增加新用户及编辑已有用户的所有信息。系统通过局域网或广域网对更多用户开放时,用户管理功能可以完善本系统对用户的服务和管理。
  • 上述功能通过三个子菜单完成,分别为自助服务、用户列表、新增用户。
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主要内容
  • 冻雨预报模型的建立
  • “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发
  • 功能和效益分析
  • 应用和推广前景
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“民航贵州空管分局冻雨预报系统”具有数据提取、解析、插值和冻雨判别方程计算,冻雨预报结果显示、冻雨统计特征图表显示等功能,旨在为气象预报员和航空气象用户提供直观、客观的冻雨预报信息,更好地飞行安全和正常提供服务。“民航贵州空管分局冻雨预报系统”具有数据提取、解析、插值和冻雨判别方程计算,冻雨预报结果显示、冻雨统计特征图表显示等功能,旨在为气象预报员和航空气象用户提供直观、客观的冻雨预报信息,更好地飞行安全和正常提供服务。

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主要内容
  • 冻雨预报模型的建立
  • “民航贵州空管分局冻雨预报系统”的开发
  • 功能和效益分析
  • 应用和推广前景
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实际应用
  • 系统在贵州空管分局气象台投入试运行后,由于系统对冻雨预报性能较好,为冻雨的预报提供了很有意义的参考,对于冻雨预报的准确率有很大程度的提高,为飞行安全和正常提供了很好的保障。
2011 12 2012 2
2011年12月~2012年2月系统预报结果与预报员主观预报结果对比2011年12月~2012年2月系统预报结果与预报员主观预报结果对比

系统的命中率比预报员主观预报有了很大提高,为航空公司提供准确的气象信息,使他们及时调整航班计划,减少了航班返航和备降率,极大地提高经济效益。

2012 12 2013 2
2012年12月~2013年2月系统预报结果
  • 分析:预报冻雨发生和终止

的时间基本正确,空报中以2

月8-9日为例,形势符合冻雨

发生规律,并且当时降温条

件也足够,预报员也判断了冻雨,

判断可能由于之前持续晴好天气导致地温较高而没有发生冻雨;1月3-7日中预报系统早晚均预报冻雨,但实况由于降水较少仅发生了几个小时,没有涵盖也产生了4次空报。综合判断:该系统预报能满足日常工作需求,可以从形势场对冻雨的发生和终止有较好的预报结论,但不能完全符合实际,仍需预报员人工干预判断。

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推广前景
  • 国家气象局T213模式及欧洲气象中心代表目前数值预报方面最高发展水平。而今正引入的T639是我国自主研发的全球中期数值预报系统,是通过对T213模式进行性能升级发展而来,具有较高的模式分辨率。以后将引入的WAFS是国际民航组织和世界气象组织专为航空气象设计的一套航空气象服务系统。这些数值预报资料的引入,可为天气预报提供很好的参考,本研究将使以上资料的应用更加直观和深入,提高了实际预报效果。
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推广前景
  • 随着科学技术的发展,数值模式预报的水平将逐年提高。系统将数值预报产品进行科学的解释应用,进一步提升了数值预报产品的价值。该研究成果,通过在贵阳机场投入业务试运行和改进,为预报员提供了冻雨客观预报产品支持,而且此系统对设备要求简单,具有很高推广价值。
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