白 婷，張 凡

(河南省氣象局 河南省人工影響天氣中心，鄭州 450003)

一次飛機積冰過程分析及不同預(yù)報方法的準確性對比

白 婷，張 凡

(河南省氣象局 河南省人工影響天氣中心，鄭州 450003)

利用Micaps地面、高空資料及來自NCEP/NCAR逐6小時再分析資料，分析2015年11月23日飛機增雨作業(yè)過程中出現(xiàn)的飛機積冰過程，并結(jié)合河南2015-2016年飛機積冰事例，對比三種積冰判別法的準確性。結(jié)果表明：形成此次積冰過程的天氣背景是低槽冷鋒；充足的水汽和適宜的溫度有利于積冰的形成；國際民航組織推薦的飛機積冰判別指數(shù)可以較好反映積冰發(fā)生區(qū)域及強度，假霜點判別法預(yù)報程度偏重、分級不明顯，溫濕度經(jīng)驗判斷法效果最差。

飛機積冰；人工增雨；積冰指數(shù)

飛機積冰是指飛機機身表面某些部位聚集冰層的現(xiàn)象，它是由于云中過冷水滴或降水中的過冷雨滴碰到機體后凍結(jié)而成的，也可由水汽直接在機體表面凝華而成[1]。人工影響天氣飛機增雨作業(yè)一般在復(fù)雜惡劣天氣條件下進行，在過冷水豐富、溫度較低的云中飛行時易出現(xiàn)飛機積冰現(xiàn)象，危及飛行安全，因此，為保障飛機飛行安全，研究產(chǎn)生積冰的氣象條件、預(yù)測積冰發(fā)生的可能性是非常有必要的。

氣象學(xué)者在預(yù)報積冰算法方面做了很多研究。劉風(fēng)林等收集了山東150例飛機積冰報告，檢驗3種不同積冰診斷方法(Ic、RAP、RAOB)的準確率[2]；丁玉江等依據(jù)國際民航組織推薦的積冰強度指數(shù)Ic統(tǒng)計分析了華東各省積冰強度分布概率[3]；顧效斌等以WAFS積冰指數(shù)Ic為判斷依據(jù)，計算分析陜西秦嶺以北地區(qū)飛機積冰垂直和水平分布特征[4]；何新黨等考慮多種氣象參數(shù)，提出了一種多因子算法[5]；潘玉萍等對比探討了“-8D”法、改進的“-8D法”、假霜點判別法及疾病指數(shù)法4種方法的優(yōu)缺點。

2015年11月23日，河南省人工影響天氣中心在一次作業(yè)過程中出現(xiàn)飛機積冰現(xiàn)象，分析此次積冰過程并結(jié)合河南2015-2016年記錄的飛機積冰事例，對比三種不同積冰算法的預(yù)報準確性，為進一步探究飛機積冰指標提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取

本文所用資料主要包括Micaps地面、高空、探空資料及來自2015年美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)全球大氣逐6小時再分析資料，包括溫度場、相對濕度場等，水平分辨率為1°×1°。

1.2 飛機積冰預(yù)報計算方法

1.2.1 飛機積冰指數(shù)(Ic)

采用國際民航組織推薦的飛機積冰指數(shù)[6](Ic)：

Ic=2×(Rh-50)×[T×(T+14)/(-49)]/10

其中，Rh為相對濕度，T為溫度。表1給出了積冰強度與Ic的對應(yīng)關(guān)系。

表1 積冰強度與Ic對照表

1.2.2 假霜點判別法

假霜點判別法[5]除了考慮所在飛行高度上的溫度和濕度條件外，也把飛機飛行速度考慮在內(nèi)，就此給出了假霜點溫度Tfi，如式1所示。

(1)

有無積冰的判別條件為：

Tfi-T>0 中度以上積冰

1.2.3 統(tǒng)計經(jīng)驗公式

大量研究發(fā)現(xiàn)[7-9]，溫度、濕度、過冷水含量、降水等氣象環(huán)境要素都會影響飛機積冰的產(chǎn)生，通過統(tǒng)計分析提出了判斷有無積冰的標準[10]：當(dāng)某一層次滿足-8℃

2 作業(yè)情況

2015年11月23日上午河南省人影中心內(nèi)場指揮人員根據(jù)天氣資料、云圖和雷達資料設(shè)計出飛機增雨航線(見圖1a)，航行路線為新鄭機場-三門峽-欒川-洛寧-澠池-嵩縣-新安-泌陽-新鄭機場。飛機于13：41起飛，中途由于積冰嚴重返回新鄭機場，降落時間為15：13，作業(yè)高度處于5000m-6000m之間，相當(dāng)于550hPa和500hPa高度，當(dāng)天實際飛行作業(yè)航線如圖1b所示。

圖1 2015年11月23日飛機增雨設(shè)計航線(a)和實際作業(yè)飛行航跡(b)

3 天氣背景

11月22日20時500hPa和700hPa高度場上均有一低槽，系統(tǒng)東移影響河南，地面上有冷鋒自北南下，低槽攜帶的冷空氣和西南暖濕氣流共同作用影響河南。濕度方面，11月23日08時700hPa和850hPa河南省相對濕度均在80%以上，水汽充沛，有利于降水。溫度方面，23日08時和14時飛機飛行區(qū)域(111°E-114°E)0度層高度在750hPa以下，550hPa和500hPa溫度在-10--15℃之間，飛機所處溫度較低，有利于生成積冰。

4 算法對比

4.1 飛機積冰指數(shù)(Ic)

利用ICAO推出的公式得出的結(jié)果，如圖2所示。由圖可知，11月23日08時，500hPa(近6000m)高度上河南西南部和南部小部分地區(qū)有輕度積冰，550hPa(5000m左右)高度上，西北地區(qū)有輕度積冰，14時500hPa高度上洛陽一帶和東南部部分地區(qū)有輕度積冰，同一高度(550hPa)14時較08時積冰程度有所增強，除南部部分地區(qū)無積冰外其他地區(qū)以輕-中度積冰為主。綜上所述，在飛機飛行過程中，飛機經(jīng)過區(qū)域均有積冰存在，與實際情況相符合。

(a) 11月23日08時500hPa

(b) 11月23日08時550hPa

(c) 11月23日14時500hPa

(d) 11月23日14時 550hPa圖2 積冰指數(shù)法預(yù)報結(jié)果

4.2 假霜點判別法

利用假霜點溫度公式計算判定此次飛行積冰情況，運8飛機飛行速度一般為450km/h，結(jié)果如圖3所示。由圖可知，11月23日08時、14時500hPa和550hPa高度上河南均為中度以上積冰。該方法能夠判斷出有積冰產(chǎn)生，但判定積冰程度為中度以上積冰，預(yù)報程度偏重、分級不明顯，不符合實際情況，相較于積冰指數(shù)法，預(yù)報積冰程度準確性較差。

(a) 11月23日08時500hPa

(b) 11月23日08時550hPa

(c) 11月23日14時500hPa

(d) 11月23日14時550hPa圖3 假霜點判別法預(yù)報結(jié)果

4.3 統(tǒng)計經(jīng)驗公式

統(tǒng)計經(jīng)驗公式判斷結(jié)果如圖4所示，該方法判斷11月23日飛行區(qū)域無積冰現(xiàn)象，與觀測事實不符。與前兩個方法相比，該方法只能判斷出有無積冰，不能判斷積冰強度，且判斷是否存在積冰準確性低。

(a) 11月23日08時500hPa

(b) 11月23日08時550hPa

(c) 11月23日14時500hPa

(d) 11月23日14時550hPa圖4 統(tǒng)計經(jīng)驗公式預(yù)報結(jié)果

4.4 2015-2016年統(tǒng)計結(jié)果

利用上述三種方法分析河南省人工影響天氣中心2015-2016年作業(yè)期間記錄的飛機積冰事例，結(jié)果如表2所示。由表2可知，三種算法的預(yù)報準確性差別較大，飛機積冰指數(shù)法最能反映實際情況，假霜點判別法預(yù)報程度偏重、分級不明顯，而統(tǒng)計經(jīng)驗公式基本不能預(yù)測出積冰，預(yù)報效果最差。

表2 2015-2016年作業(yè)期間飛機積冰事例分析結(jié)果

續(xù)表2

作業(yè)時間飛機積冰指數(shù)(Ic)假霜點判別法統(tǒng)計經(jīng)驗公式2016.9.25與實際情況相符合預(yù)報程度偏重、分級不明顯與觀測事實不符2016.10.10與實際情況相符合預(yù)報程度偏重、分級不明顯與觀測事實不符2016.10.14與實際情況相符合預(yù)報程度偏重、分級不明顯與觀測事實不符2016.10.15與實際情況相符合預(yù)報程度偏重、分級不明顯與觀測事實不符2016.10.23與實際情況相符合預(yù)報程度偏重、分級不明顯與觀測事實不符

*注：所用作業(yè)數(shù)據(jù)均來源于河南省人工影響天氣中心飛行作業(yè)記錄

5 結(jié)論

(1)分析2015年11月23日的飛機積冰過程發(fā)現(xiàn)，低槽冷鋒是形成此次積冰過程的天氣背景，適宜的溫度和濕度條件有利于積冰生成。

(2)結(jié)合2015-2016年作業(yè)期間記錄的飛機積冰事例，對比三種不同算法的預(yù)報準確性發(fā)現(xiàn)，國際民航組織推薦的飛機積冰判別指數(shù)較好地反映了此次發(fā)生積冰的區(qū)域及強度，假霜點判別法預(yù)報程度偏重、分級不明顯，而統(tǒng)計溫度、溫度露點差的經(jīng)驗公式預(yù)報效果最差。

[1] 劉風(fēng)林, 孫立潭,李士君.飛機積冰診斷預(yù)報方法研究[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2011,34(4):26-30.

[2] 丁玉江,王永忠,張玉梅.基于NCEP及NCAR資料的我國華東地區(qū)飛機積冰強度的分布研究[J].西安航空學(xué)院學(xué)報,2014,32(1):7-11.

[3] 顧效斌,倪洪波,羅俊頡,等.陜西秦嶺以北地區(qū)飛機積冰狀況研究[J].陜西氣象,2013(2):23-26．

[4] 何新黨,劉永壽,茍文選,等.基于云微物理參數(shù)的飛機積冰多因子預(yù)測方法[J].航空計算技術(shù),2012,42(1):72-75,79.

[5] 潘玉萍.東南地區(qū)飛機積冰預(yù)報方法效果檢驗及規(guī)避措施[C]//中國氣象學(xué)會.創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展 提高氣象災(zāi)害防御能力——S12航空與航天氣象技術(shù)研究與應(yīng)用.中國氣象學(xué)會,南京，2013:8.

[6] 龔佃利,劉詩軍.山東增雨飛行安全氣象條件預(yù)報方法介紹[J].山東氣象,2008,28(1):1-4,59.

[7] 龐朝云.一次飛機積冰條件下的云粒子結(jié)構(gòu)分析[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報,2011,26(6):702-706.

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[責(zé)任編輯、校對：李琳]

Abstract：Based on Micaps surface and upper air data as well as every 6h NCEP/ NCAR reanalysis data,the aircraft icing was analyzed that occurred during the operation of the aircraft on November 23,2015.The reports of icing conditions in Henan province in 2015 and 2016 were collected to judge the accuracy of the three kinds of ice accretion methods.The results show that the low trough and cold front is the main system of this aircraft icing.The adequate moisture and the suitable temperature are favorable for the formation of icing.The aircraft icing index recommended by ICAO is a good indicator of the ice accretion area and intensity;the false frost point discrimination method is more sensitive to the forecast degree and not obvious in classification;the effect of the temperature and humidity experience judgment method is the worst.

Keywords：aircraft icing;artificial precipitation enhancement;icing index

AnAnalysisofAircraftIcingandComparisonofDifferentForecastingMethods

BAITing,ZHANGFan

(Weather Modification Center of Henan Province,Henan Weather Bureau,Zhengzhou 450003,China)

V321.2

A

1008-9233(2017)05-0032-05

2017-06-06

河南省氣象局科研項目(Z201508)

白婷(1989-)，女，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，助理工程師，主要從事人工影響天氣研究。