低能见度的成因及预报.doc

低能见度的成因及预报刘国基大气能见度对航空飞行有着重要的影响，低能见度条件对航班到达准点率、起降安全性有着直接而重要的影响。大雾是低能见度的代表天气，其使得飞行员无法看清跑道标识或跑道灯，从而无法确定跑道位置，其最终结果是不得不返航、备降或取消；大面积的低能见度天气更使得机场关闭，影响时间范围内的航班全部取消，其造成的经济损失，无论对机场还是对旅客来说都是巨大的。因此研究和掌握机场能见度的变化规律、定性和定量预报能见度的变化趋势和变化量级对航空飞行有着重要的意义，其不仅能够确保飞行安全，同时能够让有关方面合理安排航班计划，避免不必要的经济损失。低能见度以秋冬季节最多，严重影响了飞行安全，是航班大量延误的主要原因。要充分利用数值预报产品。在历史资料中寻找预报因子时，可以考虑当前预报时刻以后的数据，在实际应用中当前预报时刻以后的数据用数值预报产品代替。预报因子要对有无低能见度具有较强的分辨能力，符合宁空勿漏的预报原则，尽量做到明确区分。在天气形势的掌握上，不仅要保留常规的预报习惯，而且要重视对历史数据和数值预报产品的再次开发，既要有单时刻的平面形势图，又要有一段时间内的曲线演变图。要充分考虑地形的作用，依托低能见度过程的演变规律，逐级降低预报难度，简化操作步骤。 判断冷暖空气活动的物理量指标 温度平流。冷平流出现的分区越多，冷空气越强；冷平流的数值越大，冷空气也越强。 地面气压标准差。气压标准差越大，说明气压场越不均匀，空气扰动大，能见度较好；气压标准差越小，气压场越均匀，天气稳定，能见度较差。 四个象限气压平均值的差值曲线拐点 峰值和谷值之间的差越大，冷空气活动的强度越大。该曲线可以了解一周以来以及未来两天气压梯度的变化，其波峰出现拐点时的信息非常关键，峰值左侧表示冷空气在太行山迎风坡迅速堆积，右侧则表示冷空气翻越太行山，在背风坡迅速下冲，波峰、波谷之间的差值越大、坡度越陡表示冷空气越强。 风场的分量分量为负值表示北风强，有冷空气输送，有利于低能见度消失；分量为正表示西风，为负表示东风，引导气流的作用 非常重要，西北风和东北风是机场的两个主要风向，对低能见度的影响很大。 低能见度的主要表现是雾霾。雾霾产生原因1、在水平方向静风现象增多，垂直方向上出现逆温城市里大楼越建越高，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象增多，不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释，容易在城区和近郊区周边积累。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象，使得大气层低空的空气垂直运动受到限制，空气中悬浮微粒难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。2、空气中悬浮颗粒物的增加随着城市人口的增长和工业发展、机动车辆猛增，导致污染物排放和悬浮物大量增加，直接导致了能见度降低。3、PM2.5是“罪魁祸首”PM2.5的主要来源有多种。一是汽车尾气。二是道路扬尘和建筑施工扬尘。三是工厂制造出的二次污染。四是冬季取暖时燃烧煤炭低空排放的污染物。五是生物质（秸秆、木柴）的燃烧以及垃圾焚烧产生的烟尘，这也是PM2.5的重要来源。英国伦敦又称“雾都”，其缘由就是以前的伦敦上空烟雾缭绕,迷茫一片。尽管街头路灯明亮,但能见度却相当差,人们甚至看不清10米以外的东西，总感到眼前模模糊糊。但现在以“雾都”形容伦敦却已经名不副实，现在的伦敦上空已经看不到昔日的浓烟滚滚，黄雾弥漫，而是如同一个生态公园，生机盎然。 现阶段我国正处于经济高速增长时期，在增长过程中也存在着很多不合理的地方，例如存在资源大量消耗，并且利用效率低等问题。而这些对资源的不合理消耗以及对环境保护的不注重，也使中国大部分地区出现了雾霾天气，尤其是北京，俨然已经成为了中国的“雾都”。越来越严重的雾霾问题已使人民怨声载道，也使政府将推出解决措施提到了日程。现在中国也已经有了一些措施，如私家车限号行驶，大力发展公共交通事业等，在一定程度上缓解了雾霾问题，但距离解决问题还较远。因此，我国可以借鉴英国伦敦治理雾霾的经验，为我国治理雾霾提供借鉴。下面使我们小组讨论出来的一些解决办法。 第一，中国应制定出台治理雾霾的相关法律。法律是规范一切行为的最高标准，有了法律制度的约束，人们的行为便会依法而行，效果也会更加显著。英国1956年出台了世界上第一部空气污染防治法案清洁空气法，规定城镇要使用无烟燃料，推广使用电力和天然气，冬季采取集中供暖，发电厂和重工业设施被迁至郊外等。1968年以后，英国又出台了一系列的空气污染防控法案，对各种废气排放进行了严格约束，并制定了明确的处罚措施，有效减少了烟尘和颗粒物。英国相关法律的出台和执行对英国治理雾霾起到了重要的作用，整个社会都按照防治污染法行事，严格约束自己的行为。中国也应效 仿英国，制定相关法律，并且严格推行，加大力度，这样才能加快治理雾霾的步伐。第二，中国应改变传统的资源使用方式，加大使用清洁能源。相关数据表明，在过去的十年，中国的煤炭消费量增长迅速，已经于全世界其他国家的总和持平，在2011年中国已经超越日本成为了全球最大的煤炭进口国。而英国当时与中国现在的情况相似，英国19世纪的霸主地位很大程度上建立在其庞大的煤炭矿床之上。由于煤炭消费量直线上升，英国各城镇上空的雾越来越浓，而过量的煤炭消耗让英国人深受其害，仅1952年12月的“大烟雾”就导致上万人死亡，数不清的工业和家用烟囱向空气中喷射的烟尘与本来就湿重的雾气混合形成有毒的雾霾，而之后英国煤炭的消费也在1952年达到峰值。但在20世纪70年代开始，英国能源开始走向多元化，最先是使用水电，之后陆续使用天然气、原油以及再后来的可再生能源，煤炭消费量显著下降。所以现在中国应加大控制煤炭的消费量，提高煤炭的使用效率，并且使用更加清洁的能源，如天然气等，并且要尽快找到相关能源，可以替代我国的火电发电。 第三，中国要扩展绿地，加大治理交通污染的力度。伦敦的绿化做得相当好，伦敦的人均绿化面积有24平方米左右，在伦敦市中心也保留着海德公园、詹姆斯公园等大片绿地，在伦敦周围也有大片的环形绿化带。这些绿化对于治理空气污染起到了重要作用。并且伦敦大力发展公共交通业，限制私家车数量。中国也应该加大城市绿化面积，减缓房地产事业发展速度，使房地产降温，将一些用地分配给城 市绿化而非建造楼房。对于交通问题，应鼓励人们乘坐公共交通工具，给乘坐者一定的价格优惠；并且加大建设力度，减缓公共交通工具的拥挤问题，缓解道路拥堵问题。第四，中国应该加快产业结构调整。英国治理雾霾措施中，产业转型是关键。英国不再单纯依赖制造业，而是大力发展服务业和高科技产业。以绿色经济产业为例，如今的英国绿色经济产业是为数不多的持续增长行业，年均增长率超过4%，每年可以容纳40万人就业，而且这一数字还将不断上升。中国现在是发展中国家，“中国制造”也已经世界闻名，产业结构调整也是一个较为长期的过程。我国应加快经济发展的步伐，推动产业结构调整。主要计算方法包括：相关分析用于分析气象因子与能见度的关系；多元线性回归用于对样本的能见度数值（因变量）与相关的气象要素（自变量）构建预报方程；概率密度匹配(PDF)方法曾被广泛用于具有偏差非独立特性（即误差随着资料的大小、时间及区域的不同而变化）的卫星资料的误差订正上，其主要是为了尽量消除多元线性回归值与实况值的非独立系统误差。能见度与各类地面气象要素相关性研究由于大气能见度是受到湿度、温度、大气中的颗粒物等共同影响，因此研究各类气象要素与能见度的相关性对建立能见度的预报方法有着重要的意义。能见度预报方法建立 为了得到时段内稳定的预报方程，样本的数量必须要达到一定的数目，因为这样才能模拟出天气或季节时段内能见度受要素影响后变化的特点。文中采用动态递增的加入样本数量，通过对比样本预报值与实况值的总偏差大小来确定该时段内最终的训练样本容量大小，从而得到该时段的一个动态预报方程。回归方程建立如下：Y=XA公式（2）其中X是自变量矩阵(结构为N7)，Y为因变量矩阵(结构为N1)，A为方程系数矩阵(结构为71)，根据最小二乘法原理的出系数A：A=（XTX）-1XTY公式（3） 考虑到时段内的预报值与真实值存在一定非独立偏差，因此采用概率密度匹配的方法对预测值进行订正。其订正方案如下：（1） 选取该动态方程的训练样本作为建立累计概率密度的样本。（2）分别计算出样本值和样本预报值的稳定累计概率密度分布（为建立稳定分布， 样本容量至少为300时次以上，本文建立了从0米-30000米，共23个区间分布）。（3）订正预报值，将预报值所对应的累计概率密度匹配到样本值中相同概率的区间 值内，选取区间值内的平均值（或代表值）作为最终的预报值。为了确保预报值的可靠性，在预报未来三小时数值时最好提前8小时开始逐小时预报（设做预报时间是5点，预报点为8点），并通过预报3-5点的实况对比来修正这一时段预报值与实况值的偏差。从而再次订正8点预报的偏差，同时在预测出低能见度时要根据前述的消空依据来做进一步订正。通过随机对50次能见度过程进行模拟24小时预报，其预报逐小时趋势对比准确率平均为67%、最高为81%、最低为54%；实况值与预报值的相关系数平均为0.852、最高为0.971、最低为0.551。为第一次过程样本的累计概率密度分布。从样本训练，到预报输出， 共计完成48个小时的能见度预报。从预报结果来看，两次过程中对趋势预报完成较好，同时能够预报出转折变化和低能见度数值，但两次预报在能见度高值时偏差较大。