對(duì)首都機(jī)場地區(qū)一次雷雨天氣過程的初步分析

朱華東

摘要 利用NCEP再分析資料以及多普勒雷達(dá)產(chǎn)品圖片資料，對(duì)2009年7月22日發(fā)生在首都機(jī)場地區(qū)的雷雨過程進(jìn)行了診斷分析，揭示了此次雷雨過程的產(chǎn)生機(jī)制。結(jié)果表明：低層暖舌的存在為此次雷雨過程創(chuàng)造了良好的熱力不穩(wěn)定層結(jié);低層850 hPa淺槽的過境為此次過程的觸發(fā)因子;雷達(dá)產(chǎn)品圖上外流邊界、中氣旋的識(shí)別有助于判斷是否會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)或冰雹天氣。另外，綜合分析了各不穩(wěn)定指數(shù)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣過程的預(yù)報(bào)有著很好的指示意義。

關(guān)鍵詞 雷暴;對(duì)流;回波

中圖分類號(hào)：V321.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）10–0091–02

雷暴天氣可對(duì)飛機(jī)飛行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。首都機(jī)場作為全球最繁忙的機(jī)場之一，在雷雨季時(shí)常因雷暴的發(fā)生而導(dǎo)致大面積航班延誤、返航或備降，不僅經(jīng)濟(jì)損失慘重，而且嚴(yán)重威脅飛行安全。因此，研究首都機(jī)場地區(qū)的雷暴天氣并將研究成果用于雷暴預(yù)報(bào)，對(duì)圓滿完成航空氣象保障任務(wù)，保障飛行安全具有重要意義。

1 雷暴發(fā)生的基本條件

1.1 層結(jié)不穩(wěn)定

理論和實(shí)踐都證明不穩(wěn)定的層結(jié)條件有利于對(duì)流行天氣的發(fā)生[1]。判斷層結(jié)是否穩(wěn)定的方法很多，比較直觀的方法是利用不穩(wěn)定指數(shù)進(jìn)行判斷，如SWEAT指數(shù)、K指數(shù)、TT指數(shù)、A指數(shù)、抬升指數(shù)等。

1.2 較好的低空水汽條件

在相同的溫度層結(jié)下，若上升氣塊的初始濕度較大，則凝結(jié)高度和自由對(duì)流高度就較低，容易形成真潛不穩(wěn)定，甚至是絕對(duì)不穩(wěn)定。可見，低層濕度越大，越有利于對(duì)流的發(fā)展[2]。

1.3 適當(dāng)?shù)挠|發(fā)因子

在層結(jié)和水汽條件適合的情況下，若配合有高空槽、鋒面、切邊線等天氣系統(tǒng)的過境，則非常有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

本文擬對(duì)首都機(jī)場一次典型雷雨天氣過程的環(huán)流背景及對(duì)流指數(shù)情況進(jìn)行初步的分析，試圖了解此次過程的產(chǎn)生機(jī)制，從而為首都機(jī)場地區(qū)雷暴天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警提供一些有益的參考指標(biāo)。文中所用資料為首都機(jī)場實(shí)況天氣紀(jì)要、實(shí)況天氣報(bào)文及NCEP/NCAR逐日00：00、06：00、12：00、18：00共4個(gè)時(shí)次的格點(diǎn)分析資料（格距為，文中時(shí)間為世界協(xié)調(diào)時(shí)）以及雷達(dá)產(chǎn)品圖片資料。

2 天氣過程回顧

2.1 天氣概況

2009年7月22日首都機(jī)場地區(qū)經(jīng)歷了一次強(qiáng)雷雨天氣過程，并伴有降雹和大風(fēng)天氣。此次雷雨過程主要發(fā)生在傍晚這一時(shí)段，雷暴持續(xù)將近1 h，而降水持續(xù)了約2 h，過程中短時(shí)還伴有冰雹、大風(fēng)天氣（表1）。從24 h降水量等級(jí)劃分來看，此次過程的累積降水量達(dá)到了大雨的級(jí)別。

2.2 天氣形勢(shì)分析

從高空?qǐng)D（圖略）上看，500 hPa為脊前的西北偏西氣流控制，等溫線雖有小波動(dòng)，但比較平直，沒有明顯的冷平流。700 hPa上本場為西北風(fēng)，并處于一暖舌前沿，暖舌自西向東伸出，強(qiáng)盛且穩(wěn)定少動(dòng)。低層850 hPa本場同樣處于一強(qiáng)盛而穩(wěn)定的暖舌前沿，06：00～12：00有一淺槽劃過本場。從地面圖（圖略）上看，地面為弱低壓控制，形勢(shì)場弱。由此可初步判斷，此次過程低層暖舌的存在為本次過程創(chuàng)建了不穩(wěn)定的層結(jié)，而850 hPa的淺槽活動(dòng)觸發(fā)了此次雷雨過程。

3 對(duì)流指數(shù)分析

以上主要是對(duì)大尺度形勢(shì)場的定性的分析，為了分析起來更加直觀、簡潔，以下引入對(duì)流指數(shù)這種定量形勢(shì)的分析。用對(duì)流指數(shù)預(yù)報(bào)雷雨天氣離不開大量的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，因此可認(rèn)為這是一種定量及定性兼具的分析形式。

孫明輝[3]曾將2004—2006年北京地區(qū)白天和夜間發(fā)生的雷暴分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并算出了一些對(duì)流指數(shù)的平均值。其中，白天CAPE=447.0 J/kg，K=27.3℃，TT=45.5℃。還曾有人將K指數(shù)與雷暴可能的關(guān)系作了細(xì)分，其中當(dāng)K>35℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)成片雷暴。對(duì)于SWEAT指數(shù)。統(tǒng)計(jì)顯示：在雷暴持續(xù)時(shí)間較長或伴隨強(qiáng)對(duì)流天氣的雷暴中，SWEAT指數(shù)多在300以上。A指數(shù)與降水的關(guān)系更為密切些，一般情況下，當(dāng)A由負(fù)值上升到正值時(shí)，天氣轉(zhuǎn)陰雨，達(dá)到10℃可以產(chǎn)生降水[3]。

利用NCEP資料計(jì)算顯示，22日06：00，CAPE≈1000 J/kg，TT≈53.5℃，A≈16℃，K≈39℃，SWEAT≈410，各項(xiàng)指數(shù)均指示本場將有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。06：00本場的對(duì)流抑制能量CIN近乎為0，幾乎形成真潛不穩(wěn)定，即近乎絕對(duì)不穩(wěn)定，850 hPa和500 hPa的溫差將近30℃，這均表明自由對(duì)流高度很低，十分有利于空氣團(tuán)的抬升，引發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

抬升指數(shù)也能反映對(duì)流強(qiáng)弱，抬升指數(shù)負(fù)的越多，對(duì)流越強(qiáng)。Showalter指數(shù)SI是抬升指數(shù)的一種。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)-6℃

4 雷達(dá)產(chǎn)品分析

雷雨臨近本場時(shí)（08：23）的1.5°仰角雷達(dá)回波強(qiáng)度圖及最強(qiáng)回波反射率顯示（MAX）：最強(qiáng)回波已超過45 dBZ，即預(yù)示將有雷暴天氣發(fā)生（圖1）。另外，在PPI圖上還可見到明顯的外流邊界自北偏東方向向南偏西方向移動(dòng)且臨近本場，這與本場大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)段相吻合，且與風(fēng)向也是相對(duì)應(yīng)的。

中氣旋是超級(jí)單體風(fēng)暴的特征。觀測到中氣旋，90%以上的情況出現(xiàn)強(qiáng)烈天氣（災(zāi)害性大風(fēng)、冰雹、暴洪）。首都機(jī)場多普勒雷達(dá)徑向速度圖中點(diǎn)雜波未得到有效抑制，且中尺度氣旋的尺度較小，在雷達(dá)回波圖上比較難辨認(rèn)。中氣旋探測（Mesocyclone Detection，MESO）這一雷達(dá)產(chǎn)品可以幫助我們找出并定位回波區(qū)中的中氣旋。雷雨期間在本場或附近均出現(xiàn)了中氣旋，而此次過程確實(shí)也出現(xiàn)了大風(fēng)、冰雹天氣（圖2）。

5 總結(jié)與討論

（1）高空低層暖舌的存在為此次雷雨天氣過程創(chuàng)造了不穩(wěn)定的熱力條件，而850 hPa的短波槽過境為此次過程的觸發(fā)因子。

（2）對(duì)流指數(shù)的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)閾值對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警有著很好的指示意義，一些指數(shù)僅考慮了熱力因子，而另一些指數(shù)在此基礎(chǔ)上還考慮了動(dòng)力因素，因此綜合分析各類不同的對(duì)流指數(shù)效果會(huì)更佳。

（3）雷達(dá)產(chǎn)品圖上外流邊界、中氣旋等的識(shí)別可幫助我們判斷是否會(huì)有大風(fēng)或冰雹等天氣發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根，臨錦瑞，壽紹文.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，1983

[2] 徐玉貌.大氣科學(xué)概論[M].南京：南京大學(xué)出版社，2000

[3] 孫明輝.對(duì)流參數(shù)在雷暴預(yù)報(bào)中的分析和應(yīng)用[C]//中國氣象學(xué)會(huì)2007年年會(huì)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警和影響評(píng)估技術(shù)分會(huì)場論文集.2007：1006-1010.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Preliminary Analysis of a Thunderstorm Weather Process in the Capital Airport Area

ZHU Hua-dong （Civil Aviation North China Air Traffic Management Bureau Meteorological Center， Beijing 100621）

Abstract This article uses NCEP reanalysis data and Doppler radar product picture data to diagnose and analyze the thunderstorm process that occurred in the capital airport area on July 22， 2009， and reveal the generation mechanism of the thunderstorm process. The results show that the existence of the low-level warm tongue created a good thermally unstable stratification for the thunderstorm. The low-level 850hPa shallow trough crossing is the triggering factor for this process. The identification of outflow boundaries and medium cyclones on the radar product map can help us determine whether there will be strong winds or hail weather. In addition， the comprehensive analysis of various instability indexes has a very good indication significance for the forecast of severe convective weather processes.

Key words Thunderstorm; Convection; Echo