FY-2衛(wèi)星資料在廣漢機場一次雷暴預報中的應用

徐娓

中國民航飛行學院廣漢分院，廣漢 618307

FY-2衛(wèi)星資料在廣漢機場一次雷暴預報中的應用

徐娓

中國民航飛行學院廣漢分院，廣漢 618307

利用NCAR/NCEP、 NCEP/NOE再分析資料和國家衛(wèi)星氣象中心下發(fā)的0.1°×0.1°的FY-2衛(wèi)星資料對廣漢機場一次雷暴天氣過程進行分析。結果表明此次過程是由冷鋒和副高共同影響產生；衛(wèi)星產品如云導風（AWV）、由云分析出的濕度廓線(HPF)和云頂亮溫(TBB)在雷暴發(fā)生的短時和臨近預報中有較好的指導作用。

雷暴；衛(wèi)星產品；云導風；云分析出的濕度廓線；云頂亮溫

引言

廣漢機場是一個以飛行訓練為主的機場，機型包括高、中、低級教練機，對氣象條件要求十分苛刻[1]。衛(wèi)星資料以其高時空分辨率在天氣預報中具有非常重要的作用，其數值產品如云導風（AWV），由云分析出的濕度廓線(HPF)和云頂亮溫(TBB)等為定量化分析提供了依據，在短期和臨近預報中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來較多的專家和學者進行了這一方面的研究。如李森[2]等將衛(wèi)星資料運用于臨近預報，陳紅[3]等將衛(wèi)星資料運用于熱帶風暴降水的預報。廣漢機場2010年7月24日～25日發(fā)生了雷暴天氣過程，首先利用常規(guī)資料進行分析，初步判定雷暴發(fā)生的可能，利用衛(wèi)星云圖、HPF、AWV和TBB對雷暴發(fā)生進行短時和臨近預報分析。

圖片中標注“GH”處為廣漢機場位置；圖片左上角為時間，格式為：日.小時:分鐘；文中時間為北京時。

1 常規(guī)資料分析

1.1 天氣概況

廣漢機場地處川西平原，川外四面環(huán)山。機場周圍河流交錯，水汽充沛，夏季多雷暴[1]。雷暴引起的顛簸、低能見度、結冰、電擊、大風和下?lián)舯┝鲗︼w行安全造成極大的威脅。此次雷暴過程從24日20時50分開始至25日05時40分結束。整個過程中及過程前后廣漢機場均有降水，雷暴發(fā)生過程中降水強度達中雨。

1.2 環(huán)流形勢概況

1.2.1 高低空配置情況分析

7月23日08時，200 hpa上我國整個中部至南部受青藏高壓控制，廣漢機場位于高壓東部邊緣。500 hpa上，588線控制于我國江蘇，陜西，貴州西部，云南東部，海南一線，廣漢機場位于588線西北側西南氣流中，700 hpa上我國大陸整個呈東西高中部低的形勢，廣漢機場處于東部高壓西側邊緣低壓區(qū)西南氣流中，廣闊的西南氣流打通了來自海上的水汽通道，帶來豐富的水汽。地面上有一冷鋒位于秦嶺一線，廣漢機場位于鋒前低壓區(qū)。這種高空輻散低層輻合的形勢有利于垂直運動的發(fā)展。2010年第三號熱帶風暴“燦都”23日17時在廣西西部減弱為熱帶低壓，受熱帶低壓的影響，7月24日20時500 hpa上西副高有所變形，中心位置北抬東上至華北一帶，廣漢機場處于高壓西南側低壓區(qū)中，西南氣流為這次雷暴天氣提供豐富的水汽條件。我國中部低壓區(qū)范圍加大，最低壓中心南移至銀川西寧蘭州一帶，地面圖上冷空氣已有所南下，但廣漢機場仍處于相對低壓區(qū)。圖1是7月23日08時至25日08時的平均位勢高度圖，200 hpa上(圖1a)藏高十分強大，500hpa(圖1b)廣漢機場處于西太平洋副熱帶高壓西部邊緣低壓區(qū)，受熱帶低壓的影響副高偏東北。700 hpa圖(圖1c)上和地面平均氣壓場（圖1d）均有高壓南壓，廣漢機場處于相對低壓區(qū)。受熱帶低壓和西副高的影響，南下冷鋒在西南地區(qū)一帶受阻，移速減慢甚至停滯不前，使得不穩(wěn)定能量得以再次蓄積。跟蹤分析23日08時至25日08時形勢場及相關物理量得出，廣漢機場這次雷暴過程由冷鋒和西副高共同作用產生。

圖1 平均形勢場

1.2.2 相對濕度分析

圖2a是2010年6月至8月700百帕的平均相對濕度圖，圖2b是2010年7月23日 08時至7月25日08時700百帕的平均相對濕度圖，比較可見這次過程濕區(qū)范圍更大一些，濕區(qū)極大值也更大，達95%，北面冷空氣勢力較強，南壓了約3個緯度；北面和西面的干區(qū)極小值更大小，低至15%且干濕區(qū)交界處梯度更大，廣漢機場平均相對濕度高達90%，且南部濕區(qū)直接和孟加拉灣及海相通，即水汽由孟加拉灣及南部海面得到了源源不斷的輸送。可見這次過程水汽條件十分充足。

1.2.3 不穩(wěn)定能量分析

從7月23日08時至24日20時溫江站（距廣漢最近的探空站）4個時次的T—lnp圖（圖略）演變可以看出不穩(wěn)定能量的變化：23日08時已有不穩(wěn)定能量存在。從24日08時到24日20時不穩(wěn)定能量增加最快，20時正不穩(wěn)定面積增大，遠大于負不穩(wěn)定面積。而且K指數的增加和沙氏指數的減小都很明顯。

綜上，北部冷鋒和西副高共同作產生了這次雷暴過程。南下冷鋒受熱帶低壓和西副高的影響在西南地區(qū)一帶維持使得這次雷暴過程持續(xù)時間較長。高層輻散低層輻合形勢下的垂直運動，加之充足的水汽條件充足以及不穩(wěn)定能量的蓄積，可通過常規(guī)資料初步斷定雷暴發(fā)生的可能性較大。

圖2 相對濕度圖

2 衛(wèi)星資料分析

2.1 云圖及由云分析出的濕度廓線分析

濕度廓線可直觀的表現出云區(qū)的濕度大小，其區(qū)域和大小的變化對云團中水汽條件的判斷有非常重要的作用。由第二階段云圖及由云分析出的濕度廓線的疊加圖（圖3，部分圖略）可見，24日19時15分云團A西南邊緣已達廣漢機場，云團B由西南臨近本場。高濕區(qū)與云團基本重合，且位置少動。雷暴發(fā)生前數小時這一情況已存在，這一情況與形勢場低壓中心基本吻合。20時15分云圖較之19時15分強對流云團明顯加強且廣漢機場上空相鄰A、B兩云團有所靠近。20時50分雷暴發(fā)生。02時左右兩云團完全合并，加長了對流云團的生命史，使得該階段雷暴得以較長時間持續(xù)。

圖3 第二階段云圖及由云分析出的濕度廓線

2.2 云導風分析

云導風（AWV）是根據連續(xù)三幅云圖中同一圖像塊的移動，估算出大氣的運動，并推算出某個區(qū)域的平均運行矢量。云導風產品對流層上部的環(huán)流形勢特征補充了更多的資料，對云系形成的環(huán)流系統(tǒng)表現較為直觀，對強對流性天氣的預報有較強的指示意義。24日14時甘肅南部和四川中東部地區(qū)處于大氣運動的氣旋場中，廣漢機場處于風速的氣旋場中心，25日02時，氣旋場東南部西南氣流風速較大，氣旋場中心有所北上西進，中心移至青海東南和四川西北部，廣漢機場位于氣旋場東南部的西南氣流中，西南氣流中豐富的水汽供應及不不穩(wěn)定能量的輸送以及氣流擾動引發(fā)的觸發(fā)機制導致了第二階段雷暴的爆發(fā)。

2.3 TBB資料分析

2.3.1 單站TBB逐時變化分析特征

TBB 是相當黑體溫度, 通常稱為亮溫或亮度溫度, 用以表示云頂和無云區(qū)或少云區(qū)的地球表面向太空發(fā)射的輻射。TBB溫度越低, 對應的云頂越高, 對流越旺盛.通過TBB 資料的這些特征可以判斷對流云發(fā)展的旺盛程度和所處的階段，依據TBB數值大小的演變及TBB等值線變化的強度及方向，可推斷天氣系統(tǒng)的強度、移動,進一步診斷預報可能發(fā)生的天氣現象及強度。有結論表明TBB 值越低，對應云頂越高，對流越旺盛[4]。圖5是雷暴發(fā)生前后廣漢機場亮溫的逐時變化圖。雷暴發(fā)生前兩到三小時云頂亮溫有一緩慢升高的過程，雷暴發(fā)生后升速減緩或保持不變，亮溫突然升高對應雷暴結束。

圖4 云導風場

2.3.2 MCS演變特征分析

通過衛(wèi)星觀測的中尺度對流系統(tǒng)（MCS）定義為：紅外云圖上，云頂亮溫TBB≤-52 ℃（即TBB≤221 K），且展現出持續(xù)、密合結構的云系稱之為MCS[5]。根據該定義此次雷暴過程對流云團已達MCS。取TBB≤221 K的區(qū)域為MCS范圍。從逐時TBB圖（圖5）和MCS演變圖（圖6）看出，第二階段雷暴發(fā)生前數小時廣漢機場上游已形成MCS,24日17時15分MCS位于廣漢機場上空東北部，19時范圍明顯增大，廣漢機場上空TBB=204K,達階段最低，MCS開始侵入本場，20時MCS中心已移至廣漢機場上空，20時50分廣漢機場雷暴發(fā)生，隨后的4小時內MCS繼續(xù)向西南方向移動。21時MCS范圍達最大，22時發(fā)生分裂，分裂為東北西南走向三塊，中塊范圍最大，廣漢機場處于中塊北部偏東邊緣，25日00時前后主體移經本場，東塊消散，西塊范圍急劇縮小，趨于消散，廣漢機場位于MCS南側邊緣。01時西塊消散，中塊逐步南移，面積變化不大，02時后廣漢機場脫離中塊，此后中塊繼續(xù)緩慢南移且范圍逐步縮小，強度也開始減弱。至05時MCS已趨于消散，基本減弱為普通對流云團。此階段雷暴是由MCS造成，從MCS強盛期開始持續(xù)至消散，依次發(fā)生于MCS中部、北部邊緣。

3 總結

3.1 廣漢機場此次雷暴過程分為冷鋒和副高共同作用產生。受第三號熱帶風暴“燦都“登陸減弱后的熱帶低壓影響，副高變形北抬東上，鋒面受阻，廣漢機場處于副高西南側的偏南氣流中，水汽得到源源不斷的輸送。整個過程高層藏高控制，低層為低值區(qū)，低層輻合高層輻散的形勢有利于垂直運動的發(fā)展，加之不穩(wěn)定能量的蓄積使雷暴的發(fā)生極為可能。

圖5廣漢機場單站TBB逐時變化圖

圖6 第二階段MCS演變圖

3.2 衛(wèi)星資料在這次雷暴發(fā)生的短時和臨近預報中有非常好的作用：結合形勢場可從衛(wèi)星云圖上看出可能影響廣漢機場的云系及云團。由云導風場可判斷影響廣漢機場的大氣移動矢量呈氣旋型曲率，非常有利于垂直運動的發(fā)展，兩個對流云團的靠近并逐漸合并使得雷暴持續(xù)時間增長。濕度廓線分析表明云團中濕度很大，滿足了雷暴發(fā)生的水汽條件。雷暴發(fā)生前兩到三小時云頂亮溫有一緩慢升高的過程，雷暴發(fā)生后升速減緩或保持不變，亮溫突然升高對應雷暴結束。此次雷暴過程是由MCS造成，從MCS強盛期開始持續(xù)至消散，依次發(fā)生于MCS中部、北部邊緣。

[1]徐娓.廣漢機場2008年雷暴天氣分析.中國民航飛行學院學報，2010,21(3):34-36

[2]李森,劉健文,劉玉玲.強對流天氣臨近預報技術研究［J］.氣象與環(huán)學，2010,33(2):85-89

[3]陳紅,趙員春.FY-2C 衛(wèi)星資料在熱帶風暴“范斯高”預報分析中的應用［J］.氣象研究與應用，2008，26(2):38－41

[4]金米娜,陳云輝,徐星生.2007 年夏季兩次強雷電過程的氣象衛(wèi)星資料分析［J］.氣象與減災研究，2009,32(3):32-35

[5]Jirak I L，Cotton W R，Mcanelly R L.Satellite and radarsurvey of mesoscale convective system development［J］.Mon Wea Rev，2003，131（10）：2428-2449.

The Appication of FY-2 Satellite Products in Shot-time Forecasting and Nowcasting of a Thunderstorm of Guanghan Airport

Xu Wei
Guanghan Subcollege of Civil Aviation Flight University of China,Guanghan,618307

V321.2

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.013

中國民用航空飛行學院青年基金項目：衛(wèi)星數據產品在強對流天氣預報中的應用（Q2010109）

徐娓，女，高級工程師，從事航空氣象預報工作。

AbstractBased on NCEP/NCAR,NCEP/NOE reanalysis data and 0.1°×0.1°FY-2 satellite data,the thunderstorm event occurred on Jul 23 rd -25th of 2010 over Guanghan Airport was analyzed.The results shows that this process was causted by joint influences of front and westerm Pacific subtropical high； HPF、AWV and TBB is very important in Short-time forcasting and Nowcasting.Keywordsthunderstorm；satellite products；HPF；AWV；TBB