銀川河東機場2018年7月23日暴雨成因分析

潘 佳，王清平

民航寧夏空管分局，寧夏銀川 750009

暴雨是我國主要的災害性天氣之一，陶詩言[1-2]、朱乾根[3]等對西太平洋副熱帶高壓短期活動影響西北暴雨和暴雨發生機理等研究成果，在河套地區暴雨預報中具有較好的指導作用；俞小鼎[4]分析地形迎風坡形成大暴雨表明，地形增強了迎風坡的上升運動，有利于低層水汽輻合。

銀川河東國際機場位于銀川市區老城古樓真方位147°，直線距離18.7 km處，靈武市臨河鄉境內。機場地處靈武市臨河鄉鄂爾多斯沖擊區二級臺地、東臨毛烏素沙漠邊緣。機場南、西、北三側地形平坦；東、東南側為海拔1 512 m的小山丘。機場西北方（磁向306°）53.4 km處為南北走向的賀蘭山[5]。受賀蘭山的阻擋作用，銀川市區及機場夏季易出現雷暴天氣。

2018年7月23日，銀川地區出現大范圍雷雨天氣，本次雷暴天氣造成銀川地區局地出現中到大雨，河東機場因雷暴天氣，航班運行受到影響[6]。利用常規觀測、地面自動氣象站、NCEP/FNL1°×1°再分析、C波段多普勒雷達及FY4A新一代靜止氣象衛星資料，從環流形勢背景、物理量診斷及雷達遙感探測特征對本次發生于銀川河東國際機場的雷雨天氣進行了分析。以期提高對雷暴天氣的預報預警服務效率，保障航空飛行安全[7]。

河東機場在預報強降水天氣的發生、發展、強度和落區等方面仍存在不足之處，需要通過系統、全面地分析降水情況積累預報經驗，從而建立預報思路和預報著眼點，尋找切實有效的預報指標，進一步提高對強對流天氣的預報水平[8]。

1 資料來源和天氣實況

1.1 資料來源

使用MICAPS4的常規資料、NCEP再分析資料（NCEP2.5°×2.5°）、歐洲中心關鍵物理量和對流不穩定指數，實況資料包括地面、高空、銀川多普勒雷達、自動站逐時觀測資料，以及河東機場風廓線雷達資料。

1.2 天氣實況

7月23日13:00西南方向有少量CB云，從雷達圖上很明顯地看到西南處有兩波對流云團，在自西南向東北方向發展移動的過程中，出現強對流天氣（圖1）。13:12出現降水，并且直接達到中雨量級；13:33出現雷暴伴大雨天氣，能見度迅速下降至1.5 km，輕霧；13:47能見度繼續下降至600 m出現大霧天氣，后在14:00能見度升至1 200 m，轉為輕霧；14:22雷雨強度減弱，轉為雷暴伴小雨，能見度轉好至8 km，14:29第一波雷雨結束；14:55自西南方向移來第二波積雨云，轉為偏南風，出現雷暴伴中雨天氣，能見度下降至2.6 km；15:21受雷暴主體影響，出現雷暴伴大雨天氣，能見度迅速降至700 m，出現大霧；15:28對流開始減弱，轉成小雨，積雨云減少；15:44雷暴結束；16:00降水過程結束。過程降水量34.1 mm，受兩波對流云影響，雷暴共持續時間1 h 45 min，期間出現大霧天氣，最低能見度為600 m（表1）。

表1 7月23日風、能見度、云、雷及趨勢預報統計

圖1 7月23日13:26時雷達圖

2 環流形勢分析

在23日500 hPa的高空圖上，中高緯度地區大體環流形勢為一槽一脊型，烏山受高脊控制，西伯利亞地區受寬廣的低壓槽區控制，貝湖和巴湖地區有冷槽活動，臺風在山東半島地區減弱成熱低壓，中緯度地區河西地區有高空槽東移，本次暴雨過程受高空槽過境影響（圖2a）。貝加爾湖南側為一深厚大槽，鄂霍次克海附近有一個低壓中心，兩者之間為高壓脊控制，河套北部地區有冷空氣堆積，不斷有小波動東移南下。

在700 hPa上，河套地區西部有低渦并伴有弱槽活動，從渤海和黃海輸送的水汽通道暢通（圖2b）。在偏南氣流控制下，700 hPa處全區增濕明顯。水汽大值區在寧夏西北部，并且從700 hPa風場上可以看到，本場上游有一低渦，本次暴雨過程受該低渦影響。

850 hPa上，在沿賀蘭山一帶有一明顯低渦，與700 hPa低渦相對應，從22日下午開始移進。23日午后隨著低渦移出，本次降水逐漸結束（圖2c）。

地面上，銀川河東機場受到冷鋒前的熱低壓控制，日出后地面迅速增溫，整個上午的熱能累積有利于午后強對流天氣的發展（圖2d）。

圖2 7月23日00:00 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）及地面（d）的環流形勢

3 物理量場分析

3.1 不穩定能量

分析7月23日08:00—23日14:00各項不穩定能量指標可知，從23日早上到午后，CAPE、K指數存在明顯變小的過程，這是不穩定能量得到釋放的標志。研究表明，在CAPE和K指數變化劇烈時一般是強對流天氣發生的明顯特征（表2）。

表2 CAPE與K指數

3.2 渦度、散度、垂直速度分析

由圖3a可以看出，暴雨發生前，河東機場渦度處于逐漸增大的趨勢。23日，300～500 hPa附近存在一正渦度中心，說明這個時段上升氣流發展旺盛，與強降水發生時段一致。由散度—時間剖面圖上可以看出，22日夜間至23日白天，河東機場處于低層輻合、高層輻散的控制下，這種配置增強了高低層的抽吸效應，有利于上升運動的產生與維持，有利于增強降水強度（圖3b）。

圖3 7月22—23日暴雨過程渦度（a）和散度（b）

3.3 水汽條件分析

水汽通量場和水汽通量散度場顯示：從水汽通量圖上可以看到，22—23日，從低層到500 hPa有明顯的偏南水汽輸送，水汽輸送條件較好，較好的水汽輸送條件有利于良好的水汽條件的維持（圖4）。23日08:00在500 hPa附近有一個水汽通量散度的負值中心，表明處于水汽的匯聚區，有利于降水的維持。

圖4 水汽通量場和水汽通量散度場

700 hPa上西南地區至河套地區的偏南氣流不斷增強，22日20:00形成一條南風的低空急流，大風區從四川盆地一直延伸至河套地區，急流中心（平涼站）最大風速達19 m/s，同時850 hPa上也配合出現了偏東風低空急流，此低空急流從西南地區一直延伸至河套地區，到達銀川河東機場上空的急流風速達11 m/s，高速的偏南氣流不僅將水汽源源不斷輸向甘肅南部和寧夏地區，為強對流天氣的發生發展提供了充足的水汽條件，同時急流中心的強風速帶造成的中尺度擾動在位勢不穩定層結中引發了這次強對流天氣。受此強對流影響寧夏大部分地區出現了雷雨和冰雹天氣。

4 風廓線雷達

在本次暴雨過程的風廓線雷達垂直速度圖上，深顏色藍線為降水開始和結束時間，淺顏色藍線為大雨開始和結束時間，下沉氣流強度與降水的開始與結束時間對應得非常好（圖5）。當下沉氣流速度大于2 m/s時，降水開始；當下沉氣流速度小于2 m/s時，降水結束。而且下沉氣流大值區達到的高度越高，降水強度越大，當在5 km以上出現下沉氣流大于4 m/s時，河東機場出現大雨天氣。說明風廓線雷達圖對降水的起止時間起到較好的指示作用。

圖5 7月23日13:00~16:00風廓線圖

5 地形影響

銀川河東機場地處靈武市臨河鄉鄂爾多斯沖擊區二級臺地、東臨毛烏素沙漠邊緣。機場西面有縱貫寧夏平原的黃河常年不斷流。機場南、西、北三側地形平坦。機場西北方（磁向306°）53.4 km處為賀蘭山主峰，海拔3 150 m,高出機場平面2 010 m。賀蘭山脈呈南北走向，縱跨整個銀川平原，是一道天然屏障，有效地阻擋騰格里大沙漠東移，也對銀川河東機場區域天氣氣候產生一定的影響。暴雨期間，隨著副熱帶高壓的北抬，700 hPa偏南急流和850 hPa偏東急流的發展加強，兩支急流攜帶水汽輸送過程中，受到賀蘭山的阻擋，在賀蘭山東麓地區堆積，低層形成與賀蘭山脈走向一致的水汽輸送帶和水汽輻合區。

6 結論

（1）本次暴雨過程為對流層高層南亞高壓東側北風急流出口區左側形成強輻散，低層受低渦影響輻合，這樣高低空系統耦合，在暴雨區上空形成強大的上升運動，在臺風和副熱帶高壓的作用下， 偏南風低空急流源源不斷地向西北地區東部輸送水汽，造成大氣層結不穩定。

（2）分析周邊的渦度、散度及水汽輸送狀況等情況，對強降水的預報具有指示意義。

（3）風廓線雷達圖對降水的起止時間起到較好的指示作用。

（4）賀蘭山地形的阻擋作用有利于本次暴雨的發生。