强降雪天气下能见度与温度的预报分析
摘要：利用气象自动观测系统、WAFS数值预报产品、MACPAS等资料，对2015年至 2017 年中16次严重 影响航班运行的强降雪天气进行分析，其中选取了两次典型春季强降雪天气过程进行对比分析。本文重点研究了强降雪天气中能见度变化规律，解释了在强降雪天气情况下能见度与风的相关性，并提出能见度趋势预报的发布规律，以及强降雪过后温度骤降对飞行器和机场的影响。
关键词： 趋势预报、强降雪；飞行安全；能见度；风；温度
强降雪天气是内蒙古高原上一种危害严重的气象灾害。强降雪灾害多发生在春季，强降雪发生时，一般风力为 8～16m/s，降雪量≥8mm，降温≥5℃ [1]，常常是风雪迷漫，能见度差，严重影响飞行员目视飞行，使目视条件恶化，难以判断周围视野，给起飞、着陆造成困难。强降雪天气会导致机场场面严重积雪，影响机场的正常作业，严重时会导致机场关闭，影响航班的运行[2]。
强降雪过程中的能见度波动幅度较大，预报员难以把握能见度的变化趋势，造成机场预报和趋势预报准确率下降、趋势预报中空、漏报率较高。强降雪过后温度骤降，易造成飞机积冰或跑道结冰，严重影响飞行安全。可见对强降雪天气的深入研究非常必要，文中选取了两次春季典型强降雪天气过程进行研究。
1 两次典型春季强降雪天气概况
2016年3月31日至4月1日蒙古气旋南压之后受黄河至鄂霍次克海高压脊阻塞影响北抬（图1-1），在高空500Hpa、700 Hpa、850 Hpa海拉尔区域都存在槽线东移过程，此次强降雪天气过程为典型的蒙古气旋东移强烈发展成东北气旋的天气过程。
此次强降雪天气总降水量达到9.1mm，期间能见度最低600米，最大阵风15米/秒，趋势预报准确率22.35%，空报率47.06%，漏报率11.76%，机场预报准确率73.77%。4月1日海拉尔机场因强降雪、低能见度于06：00至15：00关闭，后因午后降温较快跑道积冰，机场于18：00至4月2日上午10：00关闭，因此次降雪过程取消、返航、备降航班共计14个班次。
2017年2月15日～2月16日蒙古气旋持续东移（图1-2），在高空仅有850Hpa在海拉尔区域存在浅槽。此次过程为蒙古气旋东移减弱，在贝加尔湖高压不断补充冷空气之后发展成东北气旋的天气过程。
此次强降雪天气总降水量达到5.6mm，期间能见度最低600米，最大阵风13米/秒，趋势预报准确率75%，空报率11.11%，漏报率33.33%，机场预报准确率84.56%。2月15日因强降雪、低能见度导致1个航班地面除冰作业、3个航班返航备降。
2 强降雪天气下的能见度变化规律
2.1 能见度与风速的相关性
图21、图22分别为强降雪发生期的整点能见度和风速的17和19小时分布图。由图可见，强降雪期间能见度与风速不存在明显的相关性，能见度的预报不能仅仅依据风速的变化。2016年3月31日至4月1日的强降雪天气过程中，预报员发布能见度趋势预报仅仅依据风速增大引起吹雪，能见度与风速成负相关，导致趋势预报空报率较高，准确率较低。
吹雪的发生需要风对雪面颗粒的启动力大于雪颗粒之间的剪切力。吹雪发生时一般都伴随着大风，低能见度，低温或降雪。 但吹雪发生与否取决于风速、雪面状态以及气温等要素的综合作用，同时受地形影响很大，雪暴和吹雪的发生是一个概率过程。 通过分析与吹雪发生有关的气象因素得知，吹雪发生与风速、气温和雪面状态有很大的关系。在同样的气温和雪面状态下吹雪发生概率随着风速的增大而增大[3]。进而得出强降雪期间的能见度变化可能并不是由吹雪引发。
2.2 能见度与风向的相关性
图23、图24分别为强降雪发生期的整点能见度和风向的17和19小时分布图。由图可见，强降雪期间能见度变化与风向存在一定的联系。强降雪发生时，风向为偏东风，能见度大多数情况下都低于3000米，当风向逐渐转为偏北风时能见度逐渐回升，大多数情况下高于3000米。通过分析2015年至2017年由强降雪引起的能见度变化的数据可知，当地面冷涡过境转为高压脊前控制时，风向由偏东逐渐转为西北，降雪强度逐渐减弱，使主导能见度逐渐回升。强降雪期间能见度显著变化时，湿度、云并未发生显著变化，进而得出海拉尔地区降雪强度可能是影响主导能见度变化的主要因素。
通过分析图21、图22、图23、图24还可以得出发生强降雪过程，风速会逐渐增大，风向会逐渐由偏东逐渐转为西北，但风向和风速变化都未达到发布趋势预报的标准。其原因可能为春季蒙古气旋移动速度为平均约13纬距/2 4小时[4]，蒙古气旋引发的风向风速变化时效大于2小时。
3 强降雪过程中气温变化对飞行的影响
强降雪天气可以导致飞机的机身部件积冰，影响飞机的性能，危及飞行的安全通常飞机积冰。当强降雪持续时间较长，跑道表面的可用部分超过 25% 的面积有超过3 mm深的积水或当量厚度超过 3 mm 的融雪、松雪，或压紧的雪和冰等污染物时，机场跑道则不符合飞行活动的标准。
图31、图32分别为2016年强降雪天气温度的17小时分布图 和 2017年强降雪天气能温度的19小时分布图，由图可见，温度在强降雪过后会逐渐降低，温差在6℃以内溫度的骤降对预报飞行器和跑道积冰具有重要的参考价值。在2017年2月15日～2月16日，强降雪发生时，一架航班进行了地面除冰作业。2016年3月31日至4月1日，强降雪发生后，跑道迅速大面积结冰，导致机场关闭。其原因可能为飞行器积冰形成于温度范围是在 0～11 ℃， 出现较强积冰（>1 cm/10 min） ，温度范围在 1～8 ℃，云中温度 <20 ℃时少数情况下也会发生飞行器积冰。雪花降落在高于0℃的地面后快速融化，在气旋过境后温度骤降而快速结冰[5]。
4 结论与建议
1）强降雪期间能见度的变化，主要影响因素为降雪强度，当降雪强度增大时，能见度会显著下降，当气旋逐渐过境，降雪强度减弱，能见度显著回升。发布能见度趋势预报时，主要考虑降雪强度的变化，综合考虑风向、风速、气温的变化，可以大幅提高趋势预报准确率。
2）通过分析强降雪期间风向风速的变化速率，发现海拉尔地区强降雪期间风向风速的变化速率相对较慢，风向风速变化一般不会达到趋势预报发布标准。尽可能减少强降雪期间的风向风速的趋势预报发布，进而降低风的趋势低空报率。
3）强降雪过后会剧烈降温，一般降温在5℃以上。建议根据当时的地面温度，重点预报飞机积冰和跑道结冰，为航空公司和机场集团决策提供可靠依据，进而优化气象预报服务品质。
参考文献：
[1]孙永刚，孟雪峰，孙鑫，斯琴.内蒙古暴风雪天气成因分析[J].干旱区资源与环境，2012，05 ：18 26
[2]周川，张序，谭力，邓豪，郝帅.强降雪天气对飞行的影响分析[J].沈阳航空航天大学学报，2015，32（3）：7891.
[3]赵梅兰，苗冬梅，李耀东，吴桂霞.1961—2010 年新巴尔虎右旗吹雪和雪暴天气分析[J].内蒙气象，2015，5：710.
[4]王新敏，江志红，翟盘茂，范学峰，鲁坦.蒙古气旋的气候特征及变化研究[J].气象与环境科学，2007，30（1）：3538.
[5]庞朝云，张逸轩.甘肃中部地区飞机积冰的气象条件分析[J].干旱气象，2008，26（3）：5356.
