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        一次短時(shí)強(qiáng)降水過程的兩種雷達(dá)產(chǎn)品特征對比分析

        2020-12-25 02:27:38陳云峰
        雷達(dá)與對抗 2020年3期
        關(guān)鍵詞:分析

        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。

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