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利用探空资料对首都机场下击暴流 最大阵风的初步研究

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民 航 气 象 交 流 会 议 报 告. 利用探空资料对首都机场下击暴流 最大阵风的初步研究. 报告人:何志强 2012-9-18. 大纲. 1. 提出问题 2. 研究方法 3.WI 指数的运用 4. 方法的改进与讨论 5. 困难与解决策略 6. 结论. 下击暴流 : 地面上水平风速大于 17.9 米/秒、中空 气流向下、地面气流为辐散 或直线型的灾害性风。. 下击暴流尺度分类: 下击暴流和微下击暴流 灾害性风的范围小于 4km 称为微下击暴流,尽管水平尺度小, 但灾害性风速可高达 75m/s 。. 下击暴流带来的问题?.

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民 航 气 象 交 流 会 议 报 告

利用探空资料对首都机场下击暴流最大阵风的初步研究利用探空资料对首都机场下击暴流最大阵风的初步研究

报告人:何志强

2012-9-18

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大纲
  • 1.提出问题
  • 2.研究方法
  • 3.WI指数的运用
  • 4.方法的改进与讨论
  • 5.困难与解决策略
  • 6.结论
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下击暴流:地面上水平风速大于17.9 米/秒、中空气流向下、地面气流为辐散或直线型的灾害性风。

下击暴流尺度分类:

下击暴流和微下击暴流

灾害性风的范围小于4km称为微下击暴流,尽管水平尺度小,

但灾害性风速可高达75m/s 。

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下击暴流带来的问题?
  • 1.微下击暴流引发的地面强阵风尺度范围小,对民航飞行器起飞与降落影响巨大。

-------- 民航安全

  • 2.气象预报员对其定点、定时和定量预报阵风都是一项重大的挑战。目前在实际工作中缺少预报下击暴流手段。

---------预报员棘手问题

  • 3.目前探测下击暴流的手段:多普勒气象雷达、风廓线雷达。

--设备手段实时性较好,但时效性不够

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原理
  • WINDEX(WI):下击暴流经验性指数

McCan (1994)

探空资料

windex wi
WINDEX(WI) 指数基于以下三点:
  • 1. Proctor(1988)研究大气科学发表的《一个孤立的微下击暴流的数值模拟》Partll:敏感性试验,指出:

由于固体水融化过程吸收大量的潜能使气块变冷,产生负浮力,当冻结物降落穿过融化层时使气块下沉速度加速。

---------------McCann把下沉运动的起始高度取为融化层高度Hm,推断微下击暴流是由融化层附近开始产生。

T

=

<

T环境

Hm

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2. Wolfson (1990)在美国气象学会的会议上发表的:《认识和预测微下击暴流》中研究显示:

下沉气流所受的力与环境温度递减率的平方成正比。如果Г<5.50 C/km,则出现微下击暴流的概率为零,因此Г=5.50 C/km称为“微下击暴流的临界递减率”。

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3.WI对大气层结状态敏感。

McCann提出WI公式选用:

低层大气的混合比Ql

融化层处的混合比Qm

T

<

T环境

Qm

Hm

下沉速度~层结

Ql

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WINDEX(WI)程序如下:

WI=2.5[HmRq(Г2-30+Ql-2Qm)]0.5

其中:

  • HM:为零度层高度。
  • R0:经验订正系数R0= Ql/12,规定R0≤1。
  • Г:地面与融化层之间空气的温度递减率。
  • Ql:近地面1km层内的水汽平均混合比
  • Qm:融化层Hm高度上的水汽混合比
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运用WI指数预报下击暴流
  • 资料来源:

1.利用2006-2010年54511探空站的探空资料

2.首都机场观测数据

  • 资料的筛选:

找出2006年到2010年出现的雷暴大风过程

(大于17.9m/s),并确定其出现时间和最大风值。

  • 初步符合条件:19个
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GU =a1WI +a2ρUmax 或 GU/WI= a2(ρUmax/WI)+ a1

  • GU/WI=1.45(ρUmax/WI)+0.37

其中a1为0.37,a2为1.45

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方法的改进与讨论
  • 1.WI
  • 2.MDPI指数:MDPI=(Qemax-Qemin)/CT
  • 根据《湿微下击暴流日潜势指数》进行判断

有无湿微下击暴流。

  • 它基于探空测站的Qe廓线,其表达式:

Qemax是低层到850HPA上下中最大的相当位温。

Qemin是650-500HPA之间最小的相当位温。

  • CT为临界值,取为20。
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MDPI干湿下击暴流判断

MDPI指数:MDPI=(Qemax-Qemin)/CT

  • 判断该日有无湿微下击暴流:

利用《湿微下击暴流日潜势指数》进行判断有无湿微下击暴流,基于探空测站的Qe廓线。

  • Qemax是低层到850HPA上下中最大的相当位温。
  • Qemin是650-500HPA之间最小的相当位温

如果MDPI>1,判断有湿下击暴流的可能。

对以上满足有降水伴有大风的19个个例进行判断:

湿下击暴流:13次,发生时间6月15日-9月15日左右

其余6次发生时间为4月1日-6月14和9月16日-10月15日左右

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湿下击暴流;

时间6.15到9.16

降水量中雨量

5、6月份干湿混合

下击暴流

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目前困难
  • 1.我国地区,尤其我们关心的地区大气干湿指数的确定。

(R0:经验订正系数R0= Ql/12;其为干湿微下击暴流临界值。该临界值是由Wakimoto(1985)和Atkins等人(1991)分别在干湿微下击暴流环境得到。)

  • 2.低层大气混合比对WI计算有直接关系,然而观测资料与探空资料有一定的距离,下垫面不同低层湿度有差别,根据探空资料计算的WI不能完全代表观测站最大风速。
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解决策略
  • 大量观测数据反算R0指数。
  • 由于观测数据与探空资料的距离问题,利用首都机场地面观测的湿度数据代替探空低层Ql数据。
  • 各地的长期观测资料中获取大量个例验证过程。
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预报方法的初步制定

对天气形势进行分析,预报是否有雷雨发生

通过探空资料获得天气指数,判断是否有下击暴流

例如:抬升指数LIK指数 IC对流指数 MDPI

或者 WI为虚数

湿微下击暴流:WINDEX

干湿下击暴流:GUSTEX

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结论
  • 1.利用WI经验方程可以定性定量的预报微湿下击暴流。
  • 2.通过WINDEX指数经验方程预报湿微下击暴流,预报员可以提前2-12小时预知发生潜在下击暴流的可能性。提前预警。
  • 3.需对下击暴流进行系统性质的分类。根据类别提出不同的经验方程。
  • 4.WI指数存在一定的局限性,需要大量个例验证研究。
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请各位领导专家

批评指正

谢谢

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判定夏季微下击暴流
  • 大气不稳定指数判断:
  • 1.K指数=T850-T500+TD850(T-TD)700大于 28
  • 2.Qe高低层差大于 18
  • 3.抬升指数LI〈0,不会发生雷雨。
  • 4.IC对流指数=500假相当位温-850假相当位温,它表示是整层抬升状况, IC〉0稳定;IC<0表示不稳定。
  • 或者计算WI为虚数的时候
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4.Rq为经验订正系数,是对于较干环境中WI偏高的估计值的订正。4.Rq为经验订正系数,是对于较干环境中WI偏高的估计值的订正。

  • Rq=Ql /12称为干湿微下击暴流的临界值。该临界值是由Wakimoto(1985)和Atkins等人(1991)分别在干湿微下击暴流环境得到。
  • 干微下击暴流的低层混合比:约为4-10g/kg

湿微下击暴流的低层混合比:约为14-18 g/kg。