本發明屬于氣象預報,尤其涉及一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法。
背景技術:
1、位于青藏高原東南部的橫斷山區是典型的高原山地地形,從西向東十多條南北向的山脈交錯排列,怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河等并流南下,橫斷東西間交通,這也使得該區域的地面交通建設較為困難,航空運輸的優勢突出。橫斷山區受季風環流影響,全年分為干季、濕季兩個自然氣候季節,干季通常為11月至次年4月,此時期高空西風帶南移,在青藏高原的阻擋作用下,形成南支西風急流,控制橫斷山區上空,使地面風速較濕季(5至10月)明顯增大,加之橫斷山區復雜的地形地貌,使地形風效應較為明顯,常造成局地性大風天氣,區域內的大理、西昌、瀘沽湖、迪慶、麗江、稻城等機場年平均大風日數均超過10天。機場當地氣象條件復雜是特殊機場的判定條件之一,我國境內特殊機場共有19個,其中就有10個機場位于橫斷山區及其附近區域。復雜的氣象條件,尤其是大風天氣的影響,威脅著飛行安全,因此,開展高原山地機場干季大風的預報研究,對提升橫斷山區各機場氣象保障能力,保證飛行安全和突破發展瓶頸有重大意義。
2、《中國民用航空氣象觀測規范》中規定,大風是指瞬時風速大于等于17m/s的風,有大風出現的一天稱為大風日;在中國天氣預報業務中則規定,蒲福風級6級(平均風速為10.8-13.8m/s)或以上的風為大風。
3、大風的形成既與大型環流背景有關,又與中小尺度天氣系統密切相關聯,同時還受到地形、地貌的影響,是民航氣象預報工作中的難點之一。在機場氣象預報業務中通常使用天氣學和統計學方法,通過天氣圖和探空資料來確定影響天氣系統和高空引導氣流,使用數值預報產品了解天氣系統和高空氣流的演變,按照統計和預報經驗,結合實況來預報機場未來的大風天氣。這種預報方法的主觀性較強,預報精度和準確程度有較大局限性,特別是在使用數值預報產品各種物理量對大風天氣的影響進行預估時,缺少客觀的判據標準。因此,探索一種基于數值預報產品的客觀定量預報方法,是實現機場大風天氣準確預報的有效途徑。
4、目前國內對大風天氣的客觀定量預報方法尚處于探索和研究階段,不能滿足高原山地機場的大風天氣預報業務需求。已較為成熟的強對流天氣潛勢預報方法對雷暴大風天氣有一定的預報能力,該方法主要是通過對不同類型的強對流天氣的歷史氣象資料得到的導出物理量歷史值進行分類統計,選取與該類強對流天氣相關性較好的敏感對流參數作為預報因子,通過權重分析應用多元逐步回歸法建立不同類型強對流天氣的潛勢預報方程。但是,強對流天氣潛勢預報方法僅適用于預測伴隨雷暴發生的大風天氣,不能解決橫斷山區機場干季大風天氣的預報問題。
技術實現思路
1、本發明的目的是為了解決現有技術的不足,提供一種基于數值預報產品的高原山地機場干季大風的潛勢預報方法。在前期對位于橫斷山區的大理機場強對流天氣潛勢預報方法的研究過程中,發現對機場干季大風天氣進行潛勢預報探研的可行性,可借鑒現有強對流天氣潛勢預報技術,進行改進和創新。
2、為了實現上述目的,本發明是采用以下技術方案實現的:所述的方法包括:
3、數據資料整理及預處理:選取機場大風日,整理成機場大風日數據樣本;
4、數據構造及相關系數計算:建立大風時間序列ywind(1,0);提取機場位置格點gfs資料提供的物理量,作為大風發生的備選潛勢預報因子,建立各物理量的兩年時間序列,形成氣象因子數據集;
5、預報因子初選及相關性檢驗:對所提取的備選潛勢預報因子進行初選;
6、建立多元回歸潛勢預報方程;
7、計算標準化變量的回歸方差及殘差方差,對潛勢預報方程進行f檢驗;
8、預報閾值確定:將預報結果與實況進行檢驗,得到預報準確率;調整預選閾值,直至得到最佳預報準確率,確定為預報閾值。
9、在一個方案中,所述的大風日為一天中瞬間風速大于等于17.0m/s的數據;
10、選用同期gfs全球數值天氣預報計算模式輸出的物理量,水平分辨率為1°×1°,時間間隔3h。
11、在一個方案中,機場觀測到瞬時風速大于等于17m/s,則當日為大風日記錄1,否則記錄0,建立大風兩年時間序列ywind(1,0);
12、相關系數計算:
13、大風觀測資料為(1、0)離散時間序列,所提取的gfs資料預報因子為連續時間序列,在計算兩者的相關系數時采用點序時間序列相關系數算法,
14、公式為:
15、
16、式中:為在y=1時x的平均值;p為事件y=1出現的頻率;sx為因子的樣本標準差。
17、在一個方案中,所述的相關性檢驗采取t檢驗:式中:n為樣本容量,r為相關系數。
18、在一個方案中,所述的f檢驗:
19、
20、
21、式中:為標準化變量的回歸方差,為標準化變量的殘差方差,p為預報因子個數,n為樣本容量,bzk為第k個分量;
22、在一個方案中,所述的多元回歸潛勢預報方程為
23、y=b*x
24、b=(x'x)-1·x'y,
25、
26、y=(y1,y2,…,yn)
27、b=(b0,b1,…,bm),
28、式中:n為樣本容量,m為預報因子個數。
29、在一個方案中,所述的預報閾值確定,采用距離機場最近的四個格點的潛勢概率的平均值與預選閾值進行對比,當此平均值大于等于預選閾值時,預報出現大風天氣,否則預報不會出現大風天氣;將預報結果與實況進行檢驗,得到預報準確率;調整預選閾值,直至得到最佳預報準確率,確定為預報閾值。
30、本發明有益效果:
31、本發明采用潛勢預報技術,提供一種基于數值預報產品的高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,該方法重點從大風天氣發生的條件出發,從大風的歷史記錄及其天氣過程相關物理量中尋找規律,歸納總結潛勢預報的判別指標,利用中尺度數值預報模式,輸出若干與大風天氣發生發展有密切關系的常規物理量,利用概率預報方法對大風潛勢進行預報。本發明方法突破傳統雷暴大風潛勢預報技術的局限性,可擴展到干季大風天氣的預報應用中,滾動預測0-36小時內大風天氣,時間間隔為3小時。
32、本發明建立的大風潛勢預報方程通過f檢驗(聯合假設檢驗),證明預報方程顯著;通過挑選最優預報閾值,預報準確率可達73%以上。采用本發明預測方法可為預報機場干季大風天氣提供準確的客觀指導依據,提高預報準確率和提前量,有利于大風天氣時的航班調時、流控,以及航班延誤時的預先處置,保障航班運行的安全和正常,減少因大風天氣原因導致的航班返航備降,本發明方法必將產生巨大的經濟和社會效益,具有良好的應用前景。同時,由于橫斷山區干季大風天氣的形成機制大致相同,大風潛勢預報方法同樣適用于該區域內的高原山地機場,本發明具有較好的推廣應用價值。
1.一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的方法包括:
2.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的大風日為一天中瞬間風速大于等于17.0m/s的數據;
3.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:機場觀測到瞬時風速大于等于17m/s,則當日為大風日記錄1,否則記錄0,建立大風兩年時間序列ywind(1,0);
4.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的相關性檢驗采取t檢驗:式中:n為樣本容量,r為相關系數。
5.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的f檢驗:
6.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的多元回歸潛勢預報方程為
7.根據權利要求1所述的一種高原山地機場干季大風的潛勢預報方法,其特征在于:所述的預報閾值確定,采用距離機場最近的四個格點的潛勢概率的平均值與預選閾值進行對比,當此平均值大于等于預選閾值時,預報出現大風天氣,否則預報不會出現大風天氣;將預報結果與實況進行檢驗,得到預報準確率;調整預選閾值,直至得到最佳預報準確率,確定為預報閾值。