陳云峰

(民航中南空管局氣象中心，廣州 510406)

0 引 言

在民用航空運(yùn)輸中，影響飛行安全的因素有很多，天氣是很主要的因素之一，而雷暴又是影響飛行安全的最主要的天氣現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，全球每年發(fā)生雷暴約1 600萬次，每小時(shí)約1 820次。廣州白云機(jī)場地處亞熱帶，短時(shí)強(qiáng)對流天氣頻發(fā)，常常受到雷暴天氣影響。區(qū)志中[1]等統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)白云機(jī)場近20年平均年雷暴日為67天，張美平[2]等統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)白云機(jī)場全年12個(gè)月都有可能出現(xiàn)雷暴，多集中于4—9月份。所以，地勤天氣預(yù)報(bào)工作者揭示強(qiáng)對流天氣發(fā)生、發(fā)展原理，提前預(yù)報(bào)、預(yù)警雷電等短臨天氣對民航防災(zāi)、減災(zāi)和航空公司合理調(diào)度起到?jīng)Q定性作用。眾所周知，多普勒天氣雷達(dá)是監(jiān)測強(qiáng)對流天氣的重要工具，加強(qiáng)對天氣雷達(dá)強(qiáng)對流監(jiān)測產(chǎn)品特征的總結(jié)歸納，提升對強(qiáng)對流天氣的監(jiān)測能力，對于保障飛機(jī)安全航行有非常重要的意義。

1 雷雨天氣過程分析

1.1 天氣實(shí)況

5月10日08∶00至5月11日08∶00廣東省大部出現(xiàn)降水，量級以小到中雨為主，中部地區(qū)出現(xiàn)了中到大雨，廣州24 h降水量達(dá)到了23.4 mm。此次降水作為沿海地區(qū)降水量級和范圍都不算一次典型的降水過程，主要是伴隨降水發(fā)生的短時(shí)雷電造成了廣州白云機(jī)場大面積航班延誤，社會(huì)影響較大。5月10日13∶34，廣州白云機(jī)場出現(xiàn)雷雨天氣，從15∶00開始，強(qiáng)對流云區(qū)逐漸南壓，強(qiáng)雷雨天氣開始影響珠海終端區(qū)，強(qiáng)度維持；15∶30后，強(qiáng)對流云團(tuán)開始影響深圳，至20∶00強(qiáng)對流天氣一直影響深圳機(jī)場；18∶30—19∶30白云機(jī)場終端區(qū)再次出現(xiàn)了弱雷雨天氣；22∶00以后對流云團(tuán)逐漸減弱消散。

1.2 回波分析

5月10日早上6∶00前后，受低層切變線和地面弱冷空氣共同影響，廣東省中北部有東西走向的對流雨帶緩慢南壓。如圖1，弱冷鋒回波呈東西帶狀分布，前邊界比較清楚，回波中心強(qiáng)度達(dá)到60 dBZ,對流在07∶00前后開始影響白云機(jī)場終端區(qū)，后期，強(qiáng)對流區(qū)繼續(xù)南下東移，逐漸減弱消散。5月10日13∶00之后，又一塊狀回波影響白云機(jī)場終端區(qū)，并且在局地迅速發(fā)展 ，到13∶30回波中心強(qiáng)度已達(dá)到60 dBZ(如圖2)，13∶34廣州白云機(jī)場出現(xiàn)雷雨天氣，其中在13∶45—14∶19雷雨天氣明顯加強(qiáng)；15∶00以后，強(qiáng)對流云團(tuán)強(qiáng)度維持、持續(xù)南壓；16∶00后白云機(jī)場雷雨天氣結(jié)束，影響區(qū)域主要在珠海、深圳等。

圖1 5月10日07∶00番禺多普勒雷達(dá)反射因子圖

圖2 5月10日13∶30番禺多普勒雷達(dá)反射因子圖

2 天氣環(huán)流形勢分析

前期，500 hPa位于我國東北和黃淮地區(qū)的高空槽逐漸東移，蒙古一帶的橫槽逐漸轉(zhuǎn)豎，副熱帶高壓相比前一天稍有減弱，仍控制華南南部地區(qū)。從9日20∶00至10日08∶00位于內(nèi)蒙古東北部高空槽穩(wěn)定少動(dòng)，584線處于長江流域下游，兩廣地區(qū)處于588～592之間副熱帶高壓內(nèi)，受高空偏西氣流影響。700 hPa東北地區(qū)存在寬廣大槽，9日20∶00長江流域下游有西南至東北向準(zhǔn)橫槽存在，到10日08∶00東南槽東移減弱，白云機(jī)場終端受槽前西南氣流影響。850 hPa同700 hPa一樣，長江流域下游有西南至東北向準(zhǔn)橫槽存在，華南受強(qiáng)盛的西南氣流控制，強(qiáng)盛的偏南氣流提供了充足的水汽和能量。華南中東部溫度露點(diǎn)差基本維持2 ℃以下，低層濕度較大。9日20∶00在沿長江下游地區(qū)有西南風(fēng)與偏北風(fēng)的切變線，至10日08∶00切變線逐漸南壓影響華南地區(qū)。圖3為5月10日500 hPa、700 hPa、850 hPa形勢場，以及地面形勢場。

地面天氣圖上，10日08∶00之前華南地區(qū)一直受偏南氣流影響，從05∶00至08∶00，廣東以西地區(qū)東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，和偏東地區(qū)東南風(fēng)建立西南-東南切變線。11∶00有弱冷空氣進(jìn)入廣東省，在廣東省西北部出現(xiàn)偏北風(fēng)，建立偏南風(fēng)和偏北風(fēng)切變，14∶00偏北氣流逐漸南壓，推動(dòng)切變線南移，白云機(jī)場終端區(qū)正好處于切變線邊緣。從K指數(shù)分布來看(圖略)，珠三角地區(qū)K-Index從09日14∶00至10日08∶00都維持在32 ℃以上。這種環(huán)流形勢下，白云機(jī)場出現(xiàn)了長時(shí)間的間歇性雷雨天氣。因此，9號晚上預(yù)報(bào)廣州白云機(jī)場24 h天氣如下：多云間陰，有雷陣雨，偏南風(fēng)轉(zhuǎn)偏北風(fēng)1～5 m/s，能見度6 km以上，溫度25 ℃～32 ℃。

3 兩種雷達(dá)產(chǎn)品對此次降水過程特征對比分析

多普勒雷達(dá)產(chǎn)品眾多，更新速度快，雷達(dá)探測到的單體結(jié)構(gòu)更加清晰。但是，單部雷達(dá)顯示范圍小，對中尺度以上天氣系統(tǒng)單部雷達(dá)不能監(jiān)測系統(tǒng)的全貌。因此，兩部或多部多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品組網(wǎng)及對比分析廣泛運(yùn)用于短臨天氣監(jiān)測、預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中。

番禺和香港兩部多普勒天氣雷達(dá)均為S波段雷達(dá)，時(shí)間分辨率都是6 min。番禺多普勒雷達(dá)監(jiān)測距離為230 km，香港多普勒天氣雷達(dá)為256 km，白云機(jī)場終端區(qū)都在兩部雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)。基于本次強(qiáng)天氣過程，針對番禺和香港兩部多普勒天氣雷達(dá)進(jìn)行特征對比分析。圖4(a)為5月10日14∶00香港3 km高度降水率雷達(dá)圖。從圖中看出，在廣東省中北部至粵湘交界處存在降水率大于0.5 mm/h的大片回波區(qū)域，大值中心出現(xiàn)在廣東省境內(nèi)，廣州以北區(qū)域，其中心值達(dá)到30～50 mm/h，可以看出局地性較強(qiáng)，降水率從1～2 mm/h直接躍增至30～50 mm/h，屬于局地強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)發(fā)展階段。次大值區(qū)出現(xiàn)在粵湘交界處，其范圍較大，但強(qiáng)度要小得多，中心值只有7～10 mm/h，說明局地發(fā)展不強(qiáng)或者已經(jīng)處于消散階段。圖4(b)為5月10日14∶00番禺雷達(dá)組合反射率圖，從整體分析回波大值區(qū)和次大值區(qū)與香港3 km高度降水率一致，明顯看出白云機(jī)場終端區(qū)有反射率大于55 dBZ的強(qiáng)回波存在，影響范圍主要在粵中北部地區(qū)，并且處于發(fā)展或者成熟階段。對其進(jìn)行剖面分析，強(qiáng)對流云團(tuán)頂高達(dá)到21 km，同時(shí)回波強(qiáng)度大于50 dBZ的大值區(qū)從近地面層一直伸展到15 km，說明強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展非常強(qiáng)盛，系統(tǒng)深厚，其大值中心主要集中在3～5 km，中心回波強(qiáng)度達(dá)到60 dBZ以上。

圖3 5月10日08∶00 500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)形勢場、(d)地面形勢場

通過兩部雷達(dá)產(chǎn)品對比可知，香港3 km高度降水率雷達(dá)圖表明，強(qiáng)對流云團(tuán)范圍清晰，相比番禺多普勒雷達(dá)，能夠更直觀反映雷暴的空間分布，監(jiān)測范圍更大，但是不能進(jìn)一步判識(shí)雷暴強(qiáng)弱，對于強(qiáng)對流系統(tǒng)整層分布結(jié)構(gòu)也不清晰。結(jié)合番禺雷達(dá)組合反射率圖分析可知，進(jìn)一步明確了中心大值區(qū)回波強(qiáng)度，同時(shí)通過剖面分析對強(qiáng)對流系統(tǒng)整層分布有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，對判別強(qiáng)對流天氣類型和強(qiáng)弱起到了決定性作用。所以，在分析判識(shí)強(qiáng)對流天氣時(shí)，可以同時(shí)使用兩部天氣雷達(dá)監(jiān)測廣州白云機(jī)場終端區(qū)及珠海終端區(qū)(包括南海北部)，通過產(chǎn)品互補(bǔ)分析，預(yù)測對流云團(tuán)的生消、發(fā)展和移動(dòng)。

圖4 5月10日14∶00香港3 km高度降水率(a)和番禺雷達(dá)組合反射率(b)對比

4 結(jié)束語

此次強(qiáng)對流天氣過程，中高層高能高濕，低層有弱冷空氣滲透，則上層暖濕，有能量集聚，低層伴隨有弱擾動(dòng)，觸發(fā)不穩(wěn)地能量爆發(fā)；切變線與強(qiáng)對流天氣有很好的對應(yīng)關(guān)系。對比分析番禺多普勒雷達(dá)和香港天氣雷達(dá)，結(jié)果表明香港雷達(dá)探測范圍較大，可以更清晰地把握強(qiáng)對流影響范圍，但不能進(jìn)行更加細(xì)致的判別。番禺雷達(dá)在香港雷達(dá)探測結(jié)果基礎(chǔ)上可以有針對性地、更加細(xì)致地進(jìn)行分析和判識(shí)強(qiáng)天氣。在天氣業(yè)務(wù)中要充分發(fā)揮各自利弊，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，在強(qiáng)對流系統(tǒng)預(yù)測、追蹤中其效果更佳。