對廈門機場一次罕見冬季大暴雨特征分析

沈華平 梁秋楓 王健治 劉瑞雯

（民航廈門空中交通管理站，福建 廈門 361006）

根據(jù)中國氣象局的信息顯示，2015年10月，厄爾力諾海溫距平指數(shù) （升溫幅度） 累計達到18.4 ℃，已達到極強厄爾力諾事件標準。在冬季，我國南部降雨增多是厄爾力諾的典型表現(xiàn)。暴雨天氣能形成嚴重自然災害，給國民經(jīng)濟建設帶來重大損失，對航空飛行來說，國內航空公司規(guī)定：在機場出現(xiàn)大雨的時候飛機不能起降。因此暴雨天氣，特別是短時大雨觀測和預報引起空管氣象部門的高度關注。本文通過環(huán)流形勢、物理量場和多普勒雷達圖像等方面進行分析，對提高對冬季暴雨的認識，進而對今后厄爾力諾年出現(xiàn)氣候異常提供一些借鑒。

1 大尺度環(huán)流背景分析

2015年12月9日8：00 850 hPa上，入海高壓位于日本南部，華東地區(qū)均處于高壓后部偏南氣流控制，有槽線從河南經(jīng)湖北伸到廣東中北部，從菲律賓北部到閩南粵東交界有東南風急流。700 hPa處有一只北部灣到廣東東部沿海的風速大于等于12 m/s的西南急流，南海中北部到福建南部有一只偏南風急流，本場正好處于兩只急流的交匯處，存在強烈的風場輻合。500 hPa西太平洋副熱帶高壓 （以下簡稱副高）穩(wěn)定在南海中北部，高原東部有槽線發(fā)展東移，華南處于在副高北側，為強盛的西南氣流控制。地面在南海中北部有低值系統(tǒng)維持，南海中北部到臺灣北部為低壓倒槽控制。

從大尺度環(huán)境場分析，此次暴雨形成的有利條件：高空槽和低層的低壓倒槽配合，存在天氣尺度的上升運動；存在低空急流，有利于長時間低層暖濕平流的輸送，本場位于急流的前方，有明顯的水汽輻合和質量輻合。

2 物理量場分析

暴雨發(fā)生在低空輻合、高空輻散，低空為正渦度區(qū)、高空為負渦度區(qū)中，在深厚層次里，有較強的上升運動[1]（見圖1）。通過水汽通量散度、渦度、相對濕度和假相當位溫這四種物理量來分析暴雨發(fā)生時高低空垂直結構和動力特征。

圖1 水汽通量散度、渦度、相對濕度、假相當位溫時間剖面圖

水汽通量散度剖面圖中，9日8：00 500 hPa以下水汽通量散度均為負值，存在水汽輻合，20：00受冷空氣影響，850 hPa以下水汽通量散度轉為正值，水汽輻合最大值位于700 hPa，達到-33 g/（ hPa·cm2·s），因而低層水汽輻合是暴雨的主要水汽來源。

渦度剖面圖中，9日8：00 200 hPa以下為負渦度，到了傍晚低層出現(xiàn)正渦度，250 hPa為負渦度中心，正渦度20：00零線抬高到925 hPa，并維持到10日凌晨，存在深厚的上升運動，到10日8：00 低空轉為負渦度區(qū)，高空為正渦度區(qū)中心，轉為一直的下沉氣流，天氣趨于結束。

相對濕度剖面圖中，9日8：00 500 hPa以下相對濕度較大，20：00 850 hPa以下相對濕度減小，但500～850 hPa之間的相對濕度仍較大，有利于水汽凝結。

假相當位溫剖面圖中，假相當位溫隨高度增加，且低層到高層差值較小，中高層無明顯降溫，對流不穩(wěn)定能量較小。

3 雷達回波特征分析

3.1 速度場回波分析

在1.5°仰角速度圖中 （如圖2所示），9日9：11，低層到高層呈現(xiàn)強烈的順時針旋轉，為暖平流很強，低層500 m高度上，負速度中心數(shù)值遠遠大于正速度中心數(shù)值，存在很強的風速輻合。速度圖上顯示，在測站正南方高度在3 km以上出現(xiàn)風速為24 m/s的偏南大風核，且負速度中心數(shù)值遠遠大于正速度中心數(shù)值，整層上升運動旺盛，同時在測站偏南50 km處速度出現(xiàn)近180°的折角，且呈順時針旋轉，表明此處風向切變很大，從折角開始有一條西北-東南方向長約150 km的零速度線，此處為中尺度切變線，并一直維持，正好位于本場上游，為輻合上升區(qū)。10：02開始低層負速度區(qū)完全被正速度區(qū)包圍，呈現(xiàn)逆風區(qū)結構，并一直維持到22：00，較大范圍的逆風區(qū)是出現(xiàn)暴雨天氣的一個重要判據(jù)[2]。同時中層負速度區(qū)出現(xiàn)速度模糊，南風加大，且大風區(qū)高度下降到2.4 km，負速度中心數(shù)值遠遠大于正速度中心數(shù)值，該層上升氣流較強。

16：02，中層正負速度中心向右發(fā)生偏轉，由偏南風轉為西南風，負速度區(qū)出現(xiàn)速度模糊，正速度區(qū)風速加大，低層逆風區(qū)有所破壞，17：00重新建立，雷達中心100 km范圍等距離內，負速度區(qū)面積大于正速度區(qū)面積，且負速度中心數(shù)值仍大于正速度中心數(shù)值，存在風速輻合。20：02開始低層東北風加大，1 km高度以下正速度中心數(shù)值大于正速度中心數(shù)值，出現(xiàn)風速輻散，表明未來降水將趨于減弱。

圖2 9日9：11、10：02、16：02、20：02 1．5°仰角速度圖

3.2 強度場回波分析

通過組合反射率發(fā)現(xiàn)：9日全天在測站中心100 km范圍內，有較大面積的絮狀回波，在測站的上游西南方向不斷有回波發(fā)展移到本場上空，形成列車效應。反射率因子梯度不大，整體強度不強，回波組織性較差，維持35 DBZ左右，降水較為均勻。在均勻回波區(qū)內，出現(xiàn)了一些較強回波中心，達到48 DBZ，當這些回波經(jīng)過本場上空時，降水量明顯加大，通過自動觀測對比顯示，主要出現(xiàn)了2個較強的降水時段，分別為13：00～14：00和16：00～17：00，1 h降水量達到8 mm以上，為大雨標準。廈門機場氣象臺分別于11：28發(fā)布機場暴雨警報和15：31啟動暴雨四級預警，為航空氣象用戶提供了可靠的決策依據(jù)。

從本場實況資料顯示，從9日7：00～17：00，廈門機場一直維持中到大雨天氣，降水量累計達到80 mm，為主要降水時段，18：00～24：00為小到中雨天氣，可能受到低層冷空氣影響，整體上升運動減弱。

3.3 風廓線資料分析

從垂直風廓線圖（ VWP） 發(fā)現(xiàn)，9日上午500 m以下高度均為偏東風，500～3 000 m高度為南風，3 000 m以上高度為一致的西南風，風隨高度順轉，達到90°以上，存在強烈暖平流，并且低空維持垂直風切變，從0.3～1.8 km由4～14 m/s，即在低層1.5 km高度內的水平風垂直切變約為10 m/s。13：00開始3 000 m高度西南風由之前的16 m/s增加到20 m/s，2 400 m高度西南風由之前的10 m/s增加到14 m/s，急流高度下降，本場降水增強，強降水天氣的發(fā)生與低空急流的迅速加強和向下擴展相對應[3]。

從16：30開始，低層東北風由4 m/s增加到10 m/s，此時冷空氣剛從低層入侵，起“冷楔”作用，反而使得低層暖濕空氣的對流不穩(wěn)定發(fā)展，有利于降水加強。隨著冷空氣不斷補充，高度逐漸抬高1 500 m，低層暖濕氣流減弱，3 000 m高度西南氣流旺盛，仍存在一定的上升氣流，但降水較白天明顯減弱。

4 結語

（1） 這次大暴雨過程在有利的天氣背景條件下產生的，高空槽、低壓倒槽和低空急流是影響天氣系統(tǒng)的主要因素。

（2） 暴雨主要發(fā)生在較深厚的暖濕氣團中，存在明顯的低層水汽輻合，假相當位溫隨高度減小不明顯，表現(xiàn)為對流不穩(wěn)定條件要求不高。

（3） 分析雷達速度場時發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生時觀測到有利于暴雨發(fā)展的中尺度切變線，中低空均出現(xiàn)急流，速度場上對應有大范圍逆風區(qū)。

（4） 分析雷達強度場時發(fā)現(xiàn)，此次暴雨過程表現(xiàn)為大范圍塊狀降水回波，強度弱、回波組織性較差，受逆風區(qū)的作用，出現(xiàn)了回波增強現(xiàn)象，伴有降水增大。

（5） 通過風廓線資料分析得知，暴雨出現(xiàn)低層垂直風切變，主要表現(xiàn)在風向的變化上，低層風隨高度順轉達到90°以上，降水加強與低空急流高度下降期間密切相關。