一次短時強降水過程的兩種雷達產品特征對比分析

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象。據統計[1]，全球每年發生雷暴約1 600萬次，每小時約1 820次。廣州白云機場地處亞熱帶，短時強對流天氣頻發，常常受到雷暴天氣影響。區志中[1]等統計發現白云機場近20年平均年雷暴日為67天，張美平[2]等統計發現白云機場全年12個月都有可能出現雷暴，多集中于4—9月份。所以，地勤天氣預報工作者揭示強對流天氣發生、發展原理，提前預報、預警雷電等短臨天氣對民航防災、減災和航空公司合理調度起到決定性作用。眾所周知，多普勒天氣雷達是監測強對流天氣的重要工具，加強對天氣雷達強對流監測產品特征的總結歸納，提升對強對流天氣的監測能力，對于保障飛機安全航行有非常重要的意義。

1 雷雨天氣過程分析

1.1 天氣實況

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

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，回波中心強度達到60 dBZ,對流在07∶00前后開始影響白云機場終端區，后期，強對流區繼續南下東移，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場終端區，并且在局地迅速發展 ，到13∶30回波中心強度已達到60 dBZ(如圖2)，13∶34廣州白云機場出現雷雨天氣，其中在13∶45—14∶19雷雨天氣明顯加強；15∶00以后，強對流云團強度維持、持續南壓；16∶00后白云機場雷雨天氣結束，影響區域主要在珠海、深圳等。

圖1 5月10日07∶00番禺多普勒雷達反射因子圖

圖2 5月10日13∶30番禺多普勒雷達反射因子圖

2 天氣環流形勢分析

前期，500 hPa位于我國東北和黃淮地區的高空槽逐漸東移，蒙古一帶的橫槽逐漸轉豎，副熱帶高壓相比前一天稍有減弱，仍控制華南南部地區。從9日20∶00至10日08∶00位于內蒙古東北部高空槽穩定少動，584線處于長江流域下游，兩廣地區處于588～592之間副熱帶高壓內，受高空偏西氣流影響。700 hPa東北地區存在寬廣大槽，9日20∶00長江流域下游有西南至東北向準橫槽存在，到10日08∶00東南槽東移減弱，白云機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橫槽存在，華南受強盛的西南氣流控制，強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在沿長江下游地區有西南風與偏北風的切變線，至10日08∶00切變線逐漸南壓影響華南地區。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之前華南地區一直受偏南氣流影響，從05∶00至08∶00，廣東以西地區東南風轉為西南風，和偏東地區東南風建立西南-東南切變線。11∶00有弱冷空氣進入廣東省，在廣東省西北部出現偏北風，建立偏南風和偏北風切變，14∶00偏北氣流逐漸南壓，推動切變線南移，白云機場終端區正好處于切變線邊緣。從K指數分布來看(圖略)，珠三角地區K-Index從09日14∶00至10日08∶00都維持在32 ℃以上。這種環流形勢下，白云機場出現了長時間的間歇性雷雨天氣。因此，9號晚上預報廣州白云機場24 h天氣如下：多云間陰，有雷陣雨，偏南風轉偏北風1～5 m/s，能見度6 km以上，溫度25 ℃～32 ℃。

3 兩種雷達產品對此次降水過程特征對比分析

多普勒雷達產品眾多，更新速度快，雷達探測到的單體結構更加清晰。但是，單部雷達顯示范圍小，對中尺度以上天氣系統單部雷達不能監測系統的全貌。因此，兩部或多部多普勒天氣雷達產品組網及對比分析廣泛運用于短臨天氣監測、預報業務中。

番禺和香港兩部多普勒天氣雷達均為S波段雷達，時間分辨率都是6 min。番禺多普勒雷達監測距離為230 km，香港多普勒天氣雷達為256 km，白云機場終端區都在兩部雷達覆蓋范圍內。基于本次強天氣過程，針對番禺和香港兩部多普勒天氣雷達進行特征對比分析。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的大片回波區域，大值中心出現在廣東省境內，廣州以北區域，其中心值達到30～50 mm/h，可以看出局地性較強，降水率從1～2 mm/h直接躍增至30～50 mm/h，屬于局地強對流天氣系統發展階段。次大值區出現在粵湘交界處，其范圍較大，但強度要小得多，中心值只有7～10 mm/h，說明局地發展不強或者已經處于消散階段。圖4(b)為5月10日14∶00番禺雷達組合反射率圖，從整體分析回波大值區和次大值區與香港3 km高度降水率一致，明顯看出白云機場終端區有反射率大于55 dBZ的強回波存在，影響范圍主要在粵中北部地區，并且處于發展或者成熟階段。對其進行剖面分析，強對流云團頂高達到21 km，同時回波強度大于50 dBZ的大值區從近地面層一直伸展到15 km，說明強對流云團發展非常強盛，系統深厚，其大值中心主要集中在3～5 km，中心回波強度達到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

通過兩部雷達產品對比可知，香港3 km高度降水率雷達圖表明，強對流云團范圍清晰，相比番禺多普勒雷達，能夠更直觀反映雷暴的空間分布，監測范圍更大，但是不能進一步判識雷暴強弱，對于強對流系統整層分布結構也不清晰。結合番禺雷達組合反射率圖分析可知，進一步明確了中心大值區回波強度，同時通過剖面分析對強對流系統整層分布有了更加清晰的認識，對判別強對流天氣類型和強弱起到了決定性作用。所以，在分析判識強對流天氣時，可以同時使用兩部天氣雷達監測廣州白云機場終端區及珠海終端區(包括南海北部)，通過產品互補分析，預測對流云團的生消、發展和移動。

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

4 結束語

此次強對流天氣過程，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，觸發不穩地能量爆發；切變線與強對流天氣有很好的對應關系。對比分析番禺多普勒雷達和香港天氣雷達，結果表明香港雷達探測范圍較大，可以更清晰地把握強對流影響范圍，但不能進行更加細致的判別。番禺雷達在香港雷達探測結果基礎上可以有針對性地、更加細致地進行分析和判識強天氣。在天氣業務中要充分發揮各自利弊，進行優勢互補，在強對流系統預測、追蹤中其效果更佳。