徐琪　慕熙昱

摘? ?要：本文基于南京祿口機(jī)場一次預(yù)報偏差較大的對流性強(qiáng)降水過程，通過分析降水前3小時預(yù)報員所能得到的業(yè)務(wù)資料，探討該次降水的可預(yù)報性。資料表明，在此次對流性強(qiáng)降水開始前，大尺度上，預(yù)報員根據(jù)天氣形勢圖、數(shù)值預(yù)報、衛(wèi)星云圖等資料，預(yù)報降水主體偏北。從中小尺度上，常用的本場多普勒天氣雷達(dá)反射率圖回波較弱，故預(yù)報員預(yù)計未來6小時內(nèi)本場不會有對流性強(qiáng)降水。但深入研究梅雨鋒降水特點(diǎn)，充分發(fā)掘多普勒天氣雷達(dá)其他產(chǎn)品，能夠發(fā)現(xiàn)該次過程的可預(yù)報性較高。在大尺度的梅雨鋒降水中應(yīng)該關(guān)注哪些點(diǎn)才能提高中小尺度系統(tǒng)的預(yù)報準(zhǔn)確率是本文探討的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：中小尺度對流性降水? 氣象雷達(dá)產(chǎn)品? 可預(yù)報性

中圖分類號：P445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0111-03

1? 天氣及服務(wù)保障過程

2018年7月4-6日江淮地區(qū)受梅雨鋒控制，南京機(jī)場5日08-11時（北京時，下同）、19-21時、6日2-5時出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水天氣。從此次過程的預(yù)判上看，預(yù)報員對這種系統(tǒng)性的降水預(yù)報效果比較好，其中后兩個時段的預(yù)警與實況基本吻合，但對于5日08-11時的大雷雨存在漏報。這個時次又恰逢航班進(jìn)出港高峰，且周邊多個航站均因天氣原因無法接收航班備降，導(dǎo)致航班繞飛、積壓嚴(yán)重，3小時內(nèi)46個航班備降，管制指揮秩序受到考驗?；诳罩泻桨噙\(yùn)行壓力，民航江蘇空管分局于7月5日08：30-17：00啟動航班大面積延誤（MDRS）黃色預(yù)警，該時段內(nèi)消減25%航班，以保證航班的安全和有序。

復(fù)雜天氣的生消預(yù)報對航空安全和正點(diǎn)有著深刻的影響，是氣象預(yù)報的難點(diǎn)和重點(diǎn)。航空飛行基于行業(yè)需求，非常重視0～6h的短臨預(yù)報，精準(zhǔn)的短臨預(yù)報可以給飛行員、管制員足夠的協(xié)調(diào)余地，減輕壓力。而多普勒天氣雷達(dá)因其直觀、精細(xì)在短臨預(yù)報中有著無可替代的作用。本次過程在2019年江蘇省省部屬企業(yè)職工航空氣象預(yù)報技能競賽中選為個例分析考核項目，筆者作為組織者，賽后對選手的考核進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)幾乎所有選手對于雷達(dá)產(chǎn)品的分析存在不足。故本文通過分析天氣環(huán)流背景、05-08時的多普勒天氣雷達(dá)資料，提煉08-11時段降水預(yù)報應(yīng)注意的技巧，為航空氣象臨近預(yù)報預(yù)警經(jīng)驗的積累提供參考。

2? 梅雨鋒環(huán)流背景分析

從7月5日05：00的500hPa上看，整個歐亞地區(qū)呈兩槽一脊的環(huán)流形勢，兩槽分別位于巴爾喀什湖以南和我國東北地區(qū)，高壓脊位于貝加爾湖附近，東北地區(qū)以東有氣旋性環(huán)流。聯(lián)系前后時次的500hPa形勢場會發(fā)現(xiàn)，整個環(huán)流形勢的經(jīng)向性逐漸增強(qiáng)，高壓脊加強(qiáng)東移。850hPa上江淮地區(qū)有一個低渦，其南側(cè)有風(fēng)速大于12 m/s的西南低空急流，為江淮地區(qū)帶來充沛的暖濕水汽，低空急流左前方的輻合區(qū)和高空急流右側(cè)的輻散區(qū)相互作用，兩者耦合有利于垂直上升運(yùn)動。地面圖上，在安徽北部有江淮氣旋，且存在梅雨鋒，冷暖空氣形成對峙。江淮氣旋緩慢南移，氣旋南部的偏南氣流不斷向北輸送暖濕氣流，江淮地區(qū)處于高溫高濕的不穩(wěn)定環(huán)境。

從以上分析可見，此次過程具有比較典型的梅雨鋒大尺度環(huán)流背景，5日05：00的EC3-9小時數(shù)值預(yù)報上也準(zhǔn)確預(yù)報了降水主體位置是位于本場以北，本場處于降水邊緣地帶。此時雖然降水主體并不在本場，但預(yù)報員更需要注意的是梅雨鋒上不停發(fā)展前移的中尺度系統(tǒng)。對資料進(jìn)行進(jìn)一步分析可見：強(qiáng)冷空氣疊加在低層暖濕氣流上空，較強(qiáng)的斜壓性為強(qiáng)對流天氣的發(fā)生提供有利的環(huán)流背景，低空急流的持續(xù)加強(qiáng)為對流的發(fā)生發(fā)展提供了條件性不穩(wěn)定和對流有效位能，在T-LnP圖上，4日20點(diǎn)時，K指數(shù)已達(dá)到40以上，CAPE值達(dá)到1400kg/J以上，抬升指數(shù)也達(dá)到-3到-4之間，充分表明大氣環(huán)境非常不穩(wěn)定，如果有充沛的水汽供應(yīng)，則應(yīng)隨時做好強(qiáng)對流天氣發(fā)生和發(fā)展。

3? 多普勒天氣雷達(dá)分析

雷達(dá)在短臨預(yù)報中的作用不言而喻。本文采用的是南京龍王山的S波段多普勒雷達(dá)資料。本場處于雷達(dá)中心點(diǎn)龍王山178度方位、約50km距離的位置，也是雷達(dá)探測的較佳距離。雷達(dá)由于掃描方式、掃描距離等的局限性，從而造成對云體的掃描也有一定的局限性。為了更好地對云體的空間垂直結(jié)構(gòu)有更全面的了解，新一代多普勒天氣雷達(dá)有著多達(dá)幾十種的產(chǎn)品。業(yè)務(wù)應(yīng)用中，常用的也有十幾種產(chǎn)品，為預(yù)報員提供了全方位了解云體結(jié)構(gòu)的方式。本文就結(jié)合了新一代天氣雷達(dá)的其他產(chǎn)品對該次過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

3.1 垂直累積液態(tài)水（VIL）

垂直累積液態(tài)水表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水值，它是假設(shè)所有反射率因子返回都是由液態(tài)水滴引起的經(jīng)驗導(dǎo)出關(guān)系。它反映了降水云體中，在某一確定的底面積（4km×4km）的垂直柱體內(nèi)液態(tài)水總量分布。

5：03時，本場附近還沒有VIL顯示，到6：39，VIL已覆蓋本場及周邊區(qū)域，數(shù)值在1～5kg/m2之間，到7：48分時，本場附近的VIL區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)大，多處VIL已成紅色，達(dá)到了15～20kg/m2（見圖1），這足以說明當(dāng)時的云體中水汽含量非常充沛，為后續(xù)的降水提供了足夠的水汽條件。進(jìn)一步分析，在5：03本場附近還沒有出現(xiàn)VIL顯示有兩種可能，一是本場范圍內(nèi)確實沒有云體，雷達(dá)計算為零。但通過其他產(chǎn)品我們可以發(fā)現(xiàn)此時本場范圍內(nèi)實際已出現(xiàn)回波，說明有云體存在，故不成立。二是由于雷達(dá)掃描高度有限，導(dǎo)致本部雷達(dá)在該掃描高度確實未掃描到云體。此時，建議預(yù)報員充分結(jié)合周邊雷達(dá)資料，如常州、合肥等雷達(dá)資料進(jìn)行綜合分析，通過不同的角度、不同的高度詳細(xì)了解天空的真實情況，為精準(zhǔn)預(yù)報采集更為詳實的數(shù)據(jù)。

3.2 風(fēng)廓線產(chǎn)品（VWP）

新一代天氣雷達(dá)通過算法可得到雷達(dá)上空約60km范圍內(nèi)風(fēng)向向速隨高度的變化， 且每6min進(jìn)行一次體積掃描，可給用戶提供準(zhǔn)確、高時間分辨率的風(fēng)場資料。進(jìn)而可以分析雷達(dá)測站附近風(fēng)場的垂直分布、冷暖平流、急流生消等信息。

圖2是5：03-7：55之間的垂直風(fēng)廓線圖。5：03時，底層開始出現(xiàn)東南風(fēng)，隨后風(fēng)速逐漸加大，東南風(fēng)的高度層也逐漸抬升，底層呈風(fēng)向順轉(zhuǎn)，即為暖平流，上層1-6km一致的西南急流，該形式一致維持到對流性降水發(fā)生前，逐漸加強(qiáng)的暖平流為本場帶來了非常充足的水汽條件。該時段6km以上也是基本一致的西北氣流，冷空氣疊加在暖濕氣流上的結(jié)構(gòu)為對流的發(fā)生提供了動力條件。

3.3 風(fēng)暴單體識別與跟蹤產(chǎn)品（STI）

準(zhǔn)確的風(fēng)暴單體識別與跟蹤算法（STI）是雷達(dá)及強(qiáng)天氣警報業(yè)務(wù)的基本組成部分，可以有效地識別出強(qiáng)對流單體，且能夠正確跟蹤90%以上的風(fēng)暴單體。經(jīng)統(tǒng)計表明，風(fēng)暴類型越強(qiáng)，雷達(dá)反射率越強(qiáng)的回波，其識別率越高。

5日6：04，在STI圖上，預(yù)警信息點(diǎn)集中在本場以北50～60km處，相對比較零散，本場附近還沒有出現(xiàn)相關(guān)預(yù)警信息點(diǎn)。但到6：29，在本場以北20km處出現(xiàn)了密集的預(yù)警信息點(diǎn)，到07：00，預(yù)警信息點(diǎn)不僅增多，從巢湖到本場以北15～20km呈帶狀分布，而且有南壓趨勢。07：42分（圖3）時，預(yù)警信息點(diǎn)更加密集已經(jīng)連成了一條線，就分布在本場區(qū)域內(nèi)。SCIT算法具有一定的局限性，即不能識別在徑向長度上或面積上小的、淺的（不能通過兩個相繼仰角上的閾值）或最大反射率因子小于30dBZ的單體，如剛發(fā)展的雷暴、塔狀積云等，這應(yīng)該是6：04之前本場未出現(xiàn)預(yù)警信息的原因。但6：29之后，預(yù)警信息不僅持續(xù)存在，且逐步呈加強(qiáng)趨勢，至對流發(fā)生前，預(yù)警信息點(diǎn)密集到連成了線，這對08～11時的對流性強(qiáng)降水有著非常好的指示作用。

對流風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展主要取決于以下三個因子：環(huán)境的熱力不穩(wěn)定，垂直風(fēng)切變和水汽垂直分布條件。通過以上分析可知，三個因子均通過不同產(chǎn)品有所體現(xiàn)，如能充分考慮，該次系統(tǒng)的可預(yù)報性是比較高的。

4? 結(jié)論

由以上分析可得以下結(jié)論：

（1）該次過程發(fā)生在系統(tǒng)性梅雨降水期間，梅雨鋒上常嵌套有很多中小尺度天氣系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的局地性，這種局地性強(qiáng)降水是預(yù)報的重點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)預(yù)報點(diǎn)受到梅雨鋒影響時，不僅要從宏觀上考慮系統(tǒng)的生消和移動，也同時要加強(qiáng)關(guān)注梅雨鋒上不停發(fā)展的中小尺度天氣系統(tǒng)。

（2）EC全球數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對大尺度降水及降水趨勢表現(xiàn)較好，但對中小尺度降水的可參考性不高，不能過于依賴。

（3）在強(qiáng)對流降水發(fā)生前2～3h，PPI產(chǎn)品因其雷達(dá)的局限性，降水信息表現(xiàn)不足。但如能充分結(jié)合雷達(dá)其他產(chǎn)品，如本次過程在垂直累積液態(tài)水、垂直風(fēng)廓線、風(fēng)暴單體識別與跟蹤產(chǎn)品等，那么該次過程的可預(yù)報性還是比較高的。分析雷達(dá)產(chǎn)品時要考慮到單部雷達(dá)掃描的局限性，可結(jié)合周邊雷達(dá)信息進(jìn)行對比和綜合分析?？傮w來說，雷達(dá)作為短臨預(yù)警最重要的手段，在雷雨季節(jié)應(yīng)對加強(qiáng)對其產(chǎn)品的分析。

（4）在業(yè)務(wù)運(yùn)行中，尤其是雷雨季節(jié)，當(dāng)大的環(huán)流背景已經(jīng)是有利于強(qiáng)降水的發(fā)生時，一定要對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，哪怕有一個產(chǎn)品發(fā)出預(yù)警，都應(yīng)引起相應(yīng)的關(guān)注，及時會商，全方位考慮，才能有效提高航空氣象預(yù)警的準(zhǔn)確率，為航班的安全、正點(diǎn)提供更為有效的服務(wù)。

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