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1、,2023年3月2日,AMDAR资料在天气预报中的应用研究,主要内容：,1、AMDAR项目背景简介2、AMDAR资料的统计分析3、AMDAR资料的图形显示4、AMDAR资料的预报应用5、结论与讨论,1、AMDAR项目背景简介,1.1 AMDAR项目的历史背景,AMDAR（Aircraft Meteorological Data Relay）直译为飞机气象数据中转。是商业飞机上搭载的气象仪器测得的气象数据，经过处理以后中转给气象部门使用。具体解释可参见下文：,The acronym for Aircraft Meteorological Data Relay is AMDAR.Modern co
2、mmercial aircraft are equipped with meteorological sensors and associated sophisticated data aquisition and processing systems.These provide input in real time to the aircraft flight management,control and navigation systems and other on-board systems such as the environmental control system.Data ar
3、e also recorded in the flight data recorder for off-line analysis and special(e.g.accident)investigations.,AMDAR的概念最早是源于70年代第一届全球大气影响方案提出的一个全球试验。一共开发出2个系统：一个是利用地球同步环境卫星（GOES）、气象卫星和地球同步气象卫星的通讯系统来进行全球观测；另外一个是利用飞机标准的甚高频通信系统（ACARS）。,飞机卫星数据中转（ASDAR，Aircraft to Satellite Data Relay）已经于1991年成为WMO的一项业务系统。由于
4、ASDAR系统需要一套专用的数据格式和卫星中转，相比之下 ACARS则不需要在飞机上添加额外的设备，非常简单。,但由于卫星技术的发展，使得利用卫星中转资料也很方便，ASDAR业务得到了很大的发展。通过结合以上两个系统的优势，开发出AMDAR项目。,AMDAR资料由于具有较高的时空分辨率，特别是在反映航线的大气实况上，弥补了探空观测时间间隔过长的不足，可为预报人员提供高时间分辨率的高层大气的实际状况。另一方面，由于飞机大密度地在机场起飞降落，其所携带的航空器自动探测的AMDAR资料已成为了机场及其附近空域的实时探空资料，这些高密度的资料使得预报员能够连续地监测机场及其周边地区的气象要素及其时空变
5、化特点，进而捕捉到一些常规探空观测难于发现的中小尺度天气系统及其演变趋势，为准确制作临近和短时预报提供了精细的预报依据。,1.2 AMDAR资料的一些特征,1.3 国内AMDAR项目开展背景,2002年11月正式开始AMDAR的试验工作。2003年5月，经气象信息中心通信系统并入国家气象中心实时数据库，供数值预报室试验使用。2004年6月22日，中国气象局与民航总局正式签署了航空器气象资料下传合作项目业务化协议，这一项目将通过飞机采集气象资料后及时下传至气象部门。在2004年7月结束的世界气象组织第七次飞机气象数据中转（AMDAR）会议上，我国已决定从10月1日起参加全球电信系统（GIS）交换
6、，这标志着我国的AMDAR工作取得新的进展。,对于AMDAR资料的应用研究国外已开展多年，其研究成果在数值预报、短时和临近预报中得到了有效的应用。而我国由于获取AMDAR资料较晚，目前有关该类资料的应用研究尚处于起步阶段，而且这种研究仅限于在数值模式中的应用，较少有关于在日常天气预报中的应用研究。,鉴于上述国内外的研究和应用的现状，基于AMDAR资料的上述优势，我们提出AMDAR在日常天气预报工作中应用的研究设想，以05、06年重大天气过程和高影响天气事件为对象开展了AMDAR资料对几种不同类型天气的应用研究，目的在于了解该资料在不同时效、不同类型、不同尺度天气分析和预报中的使用价值及其与现有
7、的日常业务预报中所使用的资料的优势和劣势，以便将来配套应用，优势互补，从而提高临近和短时预报的准确率和服务效益。,为此，中国气象局组成了以国家气象中心为总课题组，辽宁、黑龙江、山东、安徽、新疆、江西省为分课题组的研究队伍，分别对各自划分的区域AMDAR资料进行分析。,辽宁课题组,黑龙江课题组,新疆课题组,江西课题组,安徽课题组,山东课题组,2、AMDAR资料的统计分析,2.1 资料的主要内容,AMDAR资料包含了飞机起飞、降落以及航空器飞行中的温度、风速、风向、大气能见度、云的状况、颠簸、积冰、飞行高度、飞行速度、经纬度等观测记录，其中来报量最稳定的是温度、风向和风速三项气象要素。,AMDAR
8、资料的观测业务规范,AMDAR资料的空间分布,2001年10月29日AMDAR资料的全球空间分布图,AMDAR资料的中国空间分布图,国内民航飞机资料采集传输应用流程,电 路：帧中继端口速率：64KbpsCIR速率：32 Kbps网络协议：TCP/IP数据传输：fTP_PUT,2.2 统计分析,、资料的来报量统计、资料的空间分布特征、资料的时间分布特征、资料的时间延迟状况、资料的质量检验分析,、资料的来报量统计,全球平均每日4-5万份，国内报为5000-6000份,、资料的空间分布特征,集中于东部地区呈线状分布密集区以大城市为中心分布垂直分布有四个密集区,图4 2005年6月3日国内AMDAR资
9、料的空间分布图,2005年6月不同高度层AMDAR资料统计表,、资料的时间分布特征,每日的AMDAR资料主要集中在0823时之间，20时达到一天的高峰，20时以后资料逐渐减少，凌晨2时达到一天的低谷。,起降航班在一天中分布比较均匀，航班主要集中在上午（8：0010：00）和晚上（20：0022：00），航班间隔基本在2个小时以内。,、资料的时间延迟状况,2005年7月2231日资料延迟时间统计表,平均每一份报告的延迟时间为43分钟。对照气象通信规则统计结果说明，AMDAR资料的收信延迟时间小于80分钟为“及时报”。,与常规探空观测的对比与NCEP客观分析资料的对比高层AMDAR资料缺报、错报统
10、计,、资料的质量检验分析,AMDAR与探空观测资料的对比,北京,上海,两种资料的温度的差别随着高度的增加而加大。在7千米以下两者几乎重合,而到了9千米上空后偏差逐渐明显，可达到6以上。,高层AMDAR资料与NCEP客观分析资料的对比,2005年6月AMDAR同NCEP温度和风速均方根误差对比(T:W:m/s),12Z的温度大于5的偏差达到47左右,风速偏差大于20m/s的达到了17,高层AMDAR资料缺报、错报统计,2005年6月AMDAR温度和风的缺测和错误统计,3、AMDAR资料的图形显示,3.1 几种图形显示方案,单站高空风分析图,对同一时刻单站上空不同层次的冷暖平流和大气稳定度进行分析
11、,单站风和温度垂直结构图,对同一时刻单站上空不同层次风的垂直切变和温度的垂直递减变化情况进行直观的展现,单站风场的时间-空间剖面图,对单站上空风的垂直切变及风随时间的变化情况进行直观的展现,单站风速或温度时间-空间剖面等值线分析图,对单站上空要素的高值区分布和要素的时间和空间变化进行表现,航线风场经向-时间剖面图,对某一经（纬）向的风场的时间演变及空间的风切变或辐合辐散情况进行直观的表现,2005年1月30日 B-2645飞机轨迹（飞行高度）,4、AMDAR资料的预报应用,北京 强冰雹天气过程：5月31日1320时（国家气象中心分析）实况和灾情 2005年5月31日下午一场突如其来的强对流天气
12、突袭京城，北京市大部分地区遭遇20年来最猛烈的冰雹袭击。31日1320时，从京西的门头沟至京南的方庄小区，由西北向东南形成了一个冰雹链，大的冰雹尤如鸡蛋大小，冰雹最大直径达50毫米，并伴有雷雨和78级瞬时大风，这是北京今年第一次大范围的冰雹天气，强度大、范围广、受灾严重。,5月31日北京冰雹天气,主要天气尺度影响系统,5月31日北京强冰雹天气过程是发生在欧亚大陆地区径向度较大的两槽一脊的环流背景下，造成冰雹的主要天气尺度影响系统是蒙古冷涡、低槽以及高空急流,2005年5月31日08时500hPa天气图,2005年5月31日08时500hPa哈,5月31日08时T-lnP图,根据5月31日08时
13、探空观测资料绘制的T-lnp图上，已反映出中高层大气存在对流不稳定，预示未来可能出现对流天气，但由于探空资料时间分辨率过粗，无法对系统进行跟踪，进而确定天气的具体发生时间。,AMDAR资料特征,从5月31日1120时的AMDAR风场的时间空间剖面图上我们可以直观地看到，31日11时到15时、15时至18时多以及19时多低层500米以下分别有三个东南风或偏南风与东北风或西北风之间的水平或垂直方向上中尺度切变线，前两个系统无论从持续时间长短、还是从风速大小等均比最后一次强。从1500-5000米上空看前两个中尺度切变均处于对流层中层长波槽前的西南气流下方。而19时多的东南风与西北风之间的低层短暂的
14、切变是反映了该长波槽过境后冷空气沿槽后西北气流南下，北方冰雹区南移即将结束的风场的特点。,直观的看，这两个系统出现的时间与北京冰雹出现的两个阶段相当一致，那么它们是否是造成这两个时段冰雹的中尺度系统，冰雹产生的主要触发机制及形成过程又如何？以下将通过AMDAR资料与其它资料的对比探讨这个问题。,AMDAR资料特征,5月31日1120时的AMDAR风场的时间空间剖面图,图中箭头标注了冰雹的主要发生时段,1、两个低层中尺度水平切变线：1115时、1518时东南风或偏南风与东北风或西北风之间的水平中尺度切变线，均处于10004000米上空长波槽前的西南或偏西气流之下。2、一个中层弱的槽过境：13时前
15、后，西南风转为西西北风。3、一个中层前倾槽过境：18时前后，西南风转为西北风。4、低空切变线触发了两次冰雹天气。,5、一个低层垂直切变：19时多的东南风与西北风之间的低层短暂的垂直方向上切变，长波槽过境冷空气沿槽后西北气流南下，冰雹将结束的风场的特点。,AMDAR资料特征,AMDAR的风资料绘制的时间空间剖面图,两次低空急流出现：1、从12时57分开始低层2000米西南风由原来的6m/s左右加大至12m/s，表明低空急流出现，风的垂直切变加大，近地面层500米的东南风也由1-3 m/s加大到4-5 m/s。第一时段冰雹即将出现。2、17时前后低层3000米和2000米分别出现16和 12m/s
16、西南风急流，近地面层东北风加大，由1-3 m/s的东南风加大到10-11 m/s的东北风。第二时段冰雹加强。,由图可见，与上述两个中尺度系统相伴，在1000米以下的近地面层增温较明显，温度垂直速减率加大，有利于对流不稳定层结的发展；5000-6000米的对流层中层有弱的冷空气，这种上冷下暖的不稳定层结提供了有利的热力条件。,AMDAR的温度资料绘制的时间空间剖面图,12时57分AMDAR资料高空风图,从12时57分AMDAR资料高空风图中可以看出，从579到3109米均转为暖平流，这表明动力和热力场均有利于强对流的产生和发展。,1220,北京,组合反射率,果然12点左右雷达回波图上在门头沟西部
17、出现了中尺度强回波并出现了3次正闪电。,到16时41分开始由于冷空气南下，在高空风图上反映出中层2134-2621米转为冷平流，其下为暖平流,表明上冷下暖的不稳定层结形成，对流发展。,16时41分AMDAR资料高空风图,综上所述，可以看出，从AMDAR资料图上反映出的两个中尺度切变线正是北京两个时段冰雹的主要影响系统。AMDAR资料，特别是低层风场和温度场的分布对这次强冰雹的出现，有一定的指示意义，这在常规天气图上是难于发现的。如将AMDAR资料与雷达、闪电和地面自动站测风资料配套结合分析，可以比仅用常规资料云图提前2个小时左右报出冰雹的出现。,2005年12月3日影响华东华南的一次寒潮过程（
18、江西课题组）,2005年12月初的寒潮过程给全国造成大范围的降温天气。上海中心气象台2005年12月04日19时00分发布低温红色预警信号；广东省气象局2005年12月6日发布重大气象信息快报。其他华东、华南各省也深受影响。,上海航站12月3日（世界时）AMDAR资料风场剖面图,2时（世界时），近地层风向开始逆转，有冷平流，预示冷空气开始入侵；4时低层还是以偏东风为主；10时地面到低层已经全部转为北风，并且风力较大，一般都在4级以上，高层仍以西南偏西风为主，所以这个时候，冷空气刚刚过境，但高空仍处于槽前。由于59时关键的几个小时缺资料，所以不能确定什么时候冷空气开始侵入上海。,广州航站12月3
19、日（世界时）AMDAR资料风场剖面图,5时低层转为西北风，风向开始逆转，有冷平流引导地面冷空气南下。6时近地层风向发生变化，风向随高度逆转，地面冷空气已开始入侵。至10点从地面向上到2000米左右高度，风向很明显随高度逆转，12点地面逐渐转为偏北风，地面到高空转为一致的偏北气流控制，天气转好。,这些细节在常规天气图上只表现为北京时850hpa赣粤处的低层切变线。但在资料较多的AMDAR资料上，则能反映更多的细节。当将几个地方的AMDAR资料同时加以考虑，就能很明显的反映出过程性天气的演变，有非常强的参考性。,5、结论与讨论,1、AMDAR资料具有较高的时间和空间分辨率，弥补了常规探空观测时间间
20、隔过长的不足，资料基本集中于低层（2000m）和高层（80009000，1000011000m），对反映和低层和对流层高层大气的实际变化特征可起到较好的参考作用。AMDAR资料中飞机起降过程所探测到的大气资料，其时间分布较为均匀，资料质量与常规探空观测基本一致，对于预报人员及时准确地分析航站上空大气垂 直结构的时间演变提供了可能。,2、由于航空飞行受天气的影响较大，因此造成AMDAR资料在时间和空间分布上的不稳定性。同时AMDAR高层资料（6000m）观测误差较大，且其错报和缺报比例较高，对在天气预报中的应用会产生一定的影响。建议国家气象信息中心对AMDAR高层大气资料错报和缺报过多的现象进一
21、步研究。,3、AMDAR资料，特别是飞机大密度的在机场起飞降落高时空分辨率的资料，使得预报员能够连续地监视机场及其周边地区的气象要素及其时空间变化特点，进而能够捕捉到一些常规探空观测难于发现的中小尺度天气系统及其演变趋势，这不仅可为短期天气预报提供较好的参考信息，而且更重要的是可为准确制作定点的临近和短时预报提供精细的预报依据。,4、目前，AMDAR航线资料在业务预报中单一地使用比较困难，但作为常规资料的补充是有益的。时间和空间密度较大时的航线上的资料，可以反映出对流层高层大气大尺度天气系统的特征和活动，其优势在于比常规资料可以提前310小时追踪到天气系统的演变特征。,5、根据AMDAR资料观测要素和观测频率的具体特点，为了在日常的天气预报工作中更好的使用AMDAR资料，有必要进一步的开展AMDAR资料的可视化图形显示工具、资料检索和调用系统的深入研究。6、针对AMDAR资料的探测质量问题，在今后的研究和预报应用中应开展对重点区域和多种航班探测质量的系统分析，选取探测质量稳定的航班资料引入预报业务中，避免过多错误记录对预报应用的干扰。,7、有必要重点开展AMDAR资料与常规和非常规观测资料（如卫星、雷达、闪电定位仪、风廓线仪、地面自动站等资料）配套使用技术方法的深入研究，以便优势互补，充分发挥AMDAR资料在业务预报中的作用。,谢谢！,
