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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

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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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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  1. 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

  2. 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

  3. 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 。

  4. 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

  5. 原理 • WINDEX（WI）:下击暴流经验性指数 McCan (1994) 探空资料

  6. 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

  7. 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”。

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 资料计算：根据雷暴大风出现时间确定探空资料的时次（00 12UTC）计算WI 动量下传：Geerts (2001)等

  12. 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

  13. 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。

  14. 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

  15. 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

  16. 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。

  17. 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。

  18. 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

  19. 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。

  20. 请各位领导专家 批评指正 谢谢

  21. 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

  22. 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。

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