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香港国际机场应对强对流天气 影响空域及机场运作的最新发展

香港国际机场应对强对流天气 影响空域及机场运作的最新发展. 周志坚 香港天文台. 第 21 届航空 气象 交流会 2013 年 10 月 23-24 日. 内容. 第一部分 机场雷暴和闪电预警系统 (ATLAS) 第二部分 航机绕避对流天气的研究. 第一部分 机场雷暴和闪电预警系统 (ATLAS). 机场雷暴和闪电预警系统. A irport T hunderstorm and L ightning A lerting S ystem – ATLAS 提供香港国际机场附近范围内的闪电预警信息 ( 红色或黄色的警报 )

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香港国际机场应对强对流天气 影响空域及机场运作的最新发展

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Presentation Transcript

  1. 香港国际机场应对强对流天气影响空域及机场运作的最新发展香港国际机场应对强对流天气影响空域及机场运作的最新发展 周志坚 香港天文台 第21届航空气象交流会 2013年10月23-24日

  2. 内容 • 第一部分 机场雷暴和闪电预警系统(ATLAS) • 第二部分 航机绕避对流天气的研究

  3. 第一部分机场雷暴和闪电预警系统(ATLAS)

  4. 机场雷暴和闪电预警系统 • Airport Thunderstorm and Lightning Alerting System – ATLAS • 提供香港国际机场附近范围内的闪电预警信息(红色或黄色的警报) • 让机场地勤工作人员在出现雷暴时及时采取适当措施，保障生命安全。

  5. ATLAS的预警范围 红色闪电预警 • 机场岛一公里范围内有CG或预测有CG • 停机坪上所有活动立即停止 • 旅客登机、下机及认领行李的时间可能会因此延长 黃色闪电预警 • 机场岛五公里范围内有CG或预测有CG • 停机坪上非必要的活动将会暂停

  6. ATLAS新的分区预警范围 Zone-A 红色闪电预警 • Zone-A 包括客运大楼和空运中心 • Zone-A 一公里范围内有CG或预测有CG • Zone-A范围内停机坪上所有活动立即停止 • 仅影响 Zone-A 范围 Zone-A 黄色闪电预警 • 与 Zone-B 黄色闪电预警一致

  7. ATLAS包含两个模组 • 探测模组 • 预测模组

  8. ATLAS数据来源 粤、港、澳闪电探测网 天文台天气雷达 大老山 闪电探测仪 大帽山 天文台「小涡旋」临近预报系统的数据

  9. 探测模组 • 闪电位置资讯系统(LLIS)提供最新的云对地闪电(CG)时间和位置 • 当在机场及其附近一公里的范围内出现云对地闪电时->红色警报 • 当云对地闪电发生在上述范围以外，而在机场的五公里范围内时->黄色警报

  10. 预测模组 • 机场15公里范围内探测到的云地闪会自动组成椭圆组合（cluster） • 「小涡旋」临近预报系统的雷达回波相关分析(TREC) • 系统采用的是时间滞后集合(Time-lagged Ensemble - TLE)技术

  11. 「小涡旋」临近预报系统的雷达回波相关分析(TREC)「小涡旋」临近预报系统的雷达回波相关分析(TREC) • 「小涡旋」是一套基于雷达数据的暴雨临近预报系统，能够追踪强烈暴雨的短期移动情况 • 提供未来十二分钟的闪电预测 临近预报系统「小涡旋」分析 的雷达回波移动矢量 TREC

  12. 天气雷达 - 雷暴扫描 闪电位置信息系统 – 云地闪电位置

  13. 时间滞后合成法(Time-lagged Ensemble – TLE) 时间滞后合成法中权重的分配

  14. 閃電预测程序 ATLAS会按以下的程序来提供未来十二分钟的闪电预测： • (1)组合 ─ 将闪电位置资讯系统(LLIS)探测到的云对地闪电群以椭圆图形组合。 • (2)外推 ─ 利用「小涡旋」临近预报系统的雷达回波相关分析﹝TREC﹞得出的矢量作为背景风场，把每个闪电椭圆组沿着该矢量向外推，得出其预测位置。 • (3)合成 ─ 采用“时间滞后合成法”强外推方法的可靠性和准确度。利用合成法计算每一组进入警报范围的预测总分，如果总分高出一个预设的指标，或是预测有闪电会进入香港国际机场五公里预警范围内，系统便会自动发出红色或黄色警报。

  15. ATLAS发送预警讯号途径 天文台 機管局 Airport Lightning Warning System (ALWS) ATLAS 自动话音信息 机场营运机构 多线传真 警告灯号 及响号 AMIDS (Aviation Meteorological Information Dissemination System)

  16. 机场闪电警告灯和警号器 ALWS 防雷亭/站

  17. ATLAS发出闪电预警的表现 成功率(POD)和虚报率(FAR)均很理想

  18. ATLAS 分区预警的表现 • 分区预警的效果亦令人满意 • Zone-A总预警时间比Zone-B约缩短了三分一时间

  19. ATLAS的限制 • 闪电数据延滞 (LLIS 约有十多秒延滞) • 对流活动的发展及闪电的变化未能充分掌握 • 无法预知单个闪电、“trailing lightning”、“out from the blue”等远离雷雨区的闪电

  20. 个案 (一) 2013年5月22日 04:09：ATLAS 预计闪电区在12分钟后仍未影响机场 5公里范围 04:10：ATLAS 在机场岛上探测到 CG

  21. 个案(二) 2013年5月22日 10:15：雷暴区已远离，机场附近闪电活动减少 10:21：ATLAS 在 8 公里外探测到CG 10:27：ATLAS 在机场岛一公里范围内探测到 CG

  22. 构想：云间闪电 (CC)的应用 ATLAS是以CG数据为作为预报基礎，还有很多云间闪电(CC)数据未被应用 研究发现 CC+CG 数目变化可显示对流活动的剧烈程度 CC与CG的数目和比例随着雷暴发展过程的不同阶段而有所变化 适当地将CC和CG组合，有机会提升ATLAS预报闪电的能力

  23. 第一部分小结 ATLAS红色及黄色闪电预警能有效地保障机场地勤人员的安全 今年雨季，ATLAS提供更精细化的分区预警，POD 保持在 90 % 以上 在机场上发展和雷雨区外地闪电， ATLAS仍有改善空间

  24. 第二部分航机绕避对流天气的研究

  25. 研究背景 • 利用航机的实际航行路线对应雷达回波数据，尝试建立一客观关系 • 客观评估强对流天气为航班以至航空运作带来的影响 • 研发空域交通流量预报及至概率预报

  26. 分析数据 • 航班数据 • 东北路径 • 偏东路经 (不考虑飞行高度) • 雷达数据 • 三公里反射率(REF3) • 垂直累积液态水含量(VIL) (扫瞄范围：256公里) 预定航行路线 实际飞行路线

  27. 记录对流强度 N W E F A S • 记录范围分为机场(A)、东(E)、南(S)、西(W)、北(N)及飞机前方(F)，在此六格中记录最高对流强度 • 记录范围大小：51 x 51 像素 ≈ 54 x 54 km2

  28. 计算范围内的第90百分位数 • 计算范围内的第90百分位数之 REF3及 VIL • 每隔六分鐘記錄一次，直至航機著陸為止。 A

  29. 绕避措施 航机以空中盘旋方式等候，路径出现返回及回旋状态，以回避机场周边之强对流天气。 航机以锯齿状的迂回飞行路线前进，以增加飞行距离，延迟飞机抵达机场的时间。

  30. 等候(Holding) 偵測條件： 1.不在機場位置 (非A格) 2.出现返回路徑 3.盤旋状态

  31. 個案一：2011-04-17 CAL947 [15:00–15:05]正常狀態

  32. 個案一：2011-04-17 CAL947 Holding [15:06–15:08]正常狀態 [15:09]航班進入等候狀態

  33. 個案一：2011-04-17 CAL947 记录 实际路线 机场

  34. 減速(Slow Down) 偵測條件： 1.不在機場位置 (非A格) 2.出现返回路徑 3.路線呈 S型 滿足條件 (1 + 2) 或 (1 + 3)

  35. 個案二：2011-05-22 CPA419 记录 实际路线 机场

  36. 直方圖分析(不受影响航班) • 数据总数 : 1220 • 不受影响航班总数 :375 (即没有采取绕避措施) • 最多 :553 • VIL: 0 mm • REF3: 0-2 dbZ • 第二最多 :51 • VIL: 1 mm • REF3: 27-29 dbZ

  37. 等候Holding/减速Slowdown

  38. 概率對照表 进行平滑化及插值后得出航班采取等候/減速之概率对照表 VIL≥4mm, REF>39dBz

  39. 结合应用

  40. 第二部分小结 利用航机实际飞行路线及天气雷达的回波参数，找出因天气而造成航机绕避的机会 当航机遇上REF3>39 dBZ，VIL ≥4 mm的天气，有多于一半机会采取绕避动作 对流天气绕避概率对照表能将雷达探测到的对流强度转化为对航机绕避的机会率，对空中交通的流量预报有参考价值

  41. ~ 谢谢 ~

  42. 新的分区预警

  43. CC与CG数目的变化

  44. 航班数据

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