臺風(fēng)“海鷗”影響南寧機(jī)場強(qiáng)降水過程分析

劉遠(yuǎn)方

（民航廣西空管分局氣象臺，廣西 南寧 530008）

臺風(fēng)“海鷗”影響南寧機(jī)場強(qiáng)降水過程分析

劉遠(yuǎn)方

（民航廣西空管分局氣象臺，廣西 南寧 530008）

利用NCEP再分析資料、常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星資料、南寧機(jī)場雷達(dá)資料和自動觀測站數(shù)據(jù)，對2014年9月16日至17日南寧機(jī)場出現(xiàn)的強(qiáng)降水過程進(jìn)行分析和總結(jié)。結(jié)果表明：該強(qiáng)降水過程是由1415號臺風(fēng)“海鷗”中心北側(cè)螺旋雨帶及臺風(fēng)外圍云系發(fā)展的中尺度對流云團(tuán)直接造成的，低空急流是中尺度對流系統(tǒng)的建立者和維持者，物理量場顯示水汽輸送、動力條件、層結(jié)穩(wěn)定性均為強(qiáng)降水云團(tuán)的發(fā)展和維持提供了很好的條件，機(jī)場實況氣象要素的突變對于暴雨天氣的預(yù)報具有一定的參考價值。

臺風(fēng)；南寧機(jī)場；強(qiáng)降水；螺旋雨帶；中尺度對流云團(tuán)

1 引言

2014年9月16日至17日受第15號臺風(fēng)“海鷗”活動影響，南寧機(jī)場出現(xiàn)了一次罕見的強(qiáng)降水過程，期間致使南寧機(jī)場出現(xiàn)大面積航班延誤，14個進(jìn)港航班備降周邊機(jī)場，另有2個航班被迫返航；16日第十一屆中國-東盟博覽會開幕，當(dāng)日有數(shù)架次國內(nèi)外政要的重要飛行在南寧機(jī)場起降，民航廣西空管局氣象臺在復(fù)雜的天氣條件下順利完成了重要飛行的氣象保障工作。

根據(jù)多年來對臺風(fēng)路徑、強(qiáng)度及登陸后暴雨成因的研究成果［1-9］，本文利用NCEP再分析資料（1°× 1°）、常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星資料、南寧機(jī)場雷達(dá)資料和自動觀測站數(shù)據(jù)對此次南寧機(jī)場降水過程的環(huán)流形勢、水汽條件、動力條件和各實況氣象要素進(jìn)行綜合診斷分析，探討形成和維持強(qiáng)降水的機(jī)制，對今后南寧機(jī)場強(qiáng)降水天氣的預(yù)報和觀測分析有一定的參考意義。

2 強(qiáng)降水過程描述

臺風(fēng)“海鷗”于9月16日9時40分（北京時，下同）在海南省文昌市翁田鎮(zhèn)沿海登陸（中心附近最大風(fēng)力13級，中心氣壓為960hPa）后，沿西北偏西方向穿過北部灣，23時在越南廣寧省潭河縣東部沿岸登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力有12級（35m·s-1），中心最低氣壓為975hPa，17日14時在云南省南部減弱為熱帶低壓，總體路徑符合周惠文、黃歸蘭、何小娟等總結(jié)的Ⅰ類［10-12］。在此過程中降水區(qū)自東向西移動，降水強(qiáng)度大，影響范圍廣，持續(xù)時間長，造成16日至17日海南、廣東西南部、廣西南部的部分地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣，局部地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨。根據(jù)南寧機(jī)場自動觀測資料和觀測記錄，降水過程自16日17：20開始至17日13：30結(jié)束，期間累計降水量達(dá)到211.6mm，17日日降水量達(dá)到165.8mm。

如圖1所示，從16日19時降水逐漸增強(qiáng)，直至17日11時每小時平均降水量均達(dá)到中等強(qiáng)度降水及以上標(biāo)準(zhǔn)（＞2.5mm），期間累計出現(xiàn)了長達(dá)12小時37分鐘的大風(fēng)天氣和最低能見度800m的強(qiáng)雷雨天氣，最大風(fēng)速28m·s-1；南寧機(jī)場降水過程總體呈現(xiàn)兩個降水高峰（16日22時至17日3時和17日7時至11時），本文重點分析兩個降水高峰的形成和維持機(jī)制。

3 臺風(fēng)環(huán)流影響過程

圖1 2014年9月16日～17日南寧機(jī)場逐小時累計降水量時間序列圖

根據(jù)高低空風(fēng)場和溫度場（圖2）來看，16日20時臺風(fēng)“海鷗”中心位于靠近廣西沿海的北部灣洋面上，南寧機(jī)場（22°36′N，108°10′E）位于臺風(fēng)移動方向的右前方，處于臺風(fēng)環(huán)流的大風(fēng)區(qū)和強(qiáng)降水區(qū)［13］，受強(qiáng)盛的偏東氣流控制；此時南寧機(jī)場風(fēng)速迅速增大，即將進(jìn)入臺風(fēng)中心北側(cè)螺旋雨帶，隨后在16日22：00至17日01：00段內(nèi)形成一個降水高峰。

17日08 ：00 臺風(fēng)“海鷗”已減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級別，中心移至越南北部，南寧機(jī)場及附近區(qū)域上空受其尾部的偏南氣流控制，低層風(fēng)場和溫度場上看低空急流位于廣西沿海與北部灣之間，夾帶著大量水汽由南向北部輸送，同時也輸送了大量的不穩(wěn)定能量，是暴雨對流不穩(wěn)定的建立者和維持者［13，14］；從溫度平流上看，機(jī)場及附近區(qū)域高空出現(xiàn)負(fù)溫度平流，低空為較強(qiáng)的正溫度平流，該區(qū)域存在著不穩(wěn)定層結(jié)機(jī)制，極有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水［13］。

衛(wèi)星云圖上降水云系的分布情況與上述情況一致，臺風(fēng)整體外圍降水云團(tuán)很強(qiáng)，影響范圍很大，降水云系逐漸由廣東南部、海南移向廣西南部沿海地區(qū)，16日21時臺風(fēng)北側(cè)深厚的螺旋云帶開始進(jìn)入南寧上空；17日凌晨臺風(fēng)外圍云系的中尺度對流云團(tuán)由南向北開始影響廣西沿海地區(qū)，登陸后在地表抬升作用下加強(qiáng)發(fā)展，致使經(jīng)過地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，7時左右到達(dá)南寧地區(qū)上空，云團(tuán)中心最低溫度在-60℃左右［15］，隨即南寧機(jī)場小時降水量達(dá)到26.7mm，16時過后中尺度對流云團(tuán)在南寧北部消散，臺風(fēng)及其外圍云系影響過程結(jié)束。

4 物理量場分析

4.1 水汽條件分析

充足的水汽是產(chǎn)生大暴雨必要條件之一，暴雨的發(fā)生需要大量的水汽在暴雨區(qū)輻合［13，16］。根據(jù)850hPa水汽通量場和水汽通量散度場（圖3），16日20時南寧機(jī)場處于水汽通量極大值區(qū)中心附近，量值達(dá)到6.5×10-2kg/（m·Pa·s）；水汽的輻合中心位于北部灣的洋面上，南寧地區(qū)處于負(fù)中心邊緣的等值線密集區(qū)，水汽輸送主要受臺風(fēng)環(huán)流影響，北部灣洋面作為水汽源地向廣西南部地區(qū)輸送；有研究［16］表明暴雨區(qū)主要處于水汽最大輻合中心靠近中心邊緣的負(fù)值區(qū)域中，此時南寧機(jī)場在暴雨區(qū)的北部，結(jié)合上述風(fēng)場作用降水將會增強(qiáng)。

17日8時廣西南部地區(qū)處于水汽通量大值區(qū)，與云圖上的中尺度云團(tuán)相符合，機(jī)場附近上空水汽通量值大于4.0×10-2kg/（m·Pa·s）；水汽的輻合區(qū)集中在臺風(fēng)中心及北部灣地區(qū)，南寧機(jī)場處在水汽最大輻合中心靠近中心邊緣的負(fù)值區(qū)域中［16］，結(jié)合風(fēng)場分析，低空急流由南向北形成一條強(qiáng)大的水汽輸送帶，是產(chǎn)生特大暴雨主要水汽通道。

圖2 分別為16日20時500hPa、850hPa風(fēng)場和溫度場（a，b）；17日08時500hPa、850hPa風(fēng)場和溫度場（c，d）

4.2 動力條件分析

暴雨發(fā)生動力條件是高層有明顯的輻散，低層有明顯的輻合。這種散度和渦度的分布，說明大氣將有擾動發(fā)生，出現(xiàn)上下運動耦合作用，極易產(chǎn)生強(qiáng)降水［13］。根據(jù)16日20時高低空渦度場和散度場（圖略），200hPa和850hPa正渦度中心的位置基本重合均為位于北部灣洋面上的臺風(fēng)中心，南寧上空高層渦度值達(dá)12×10-5/s以上，且低層值大于高層值，顯示了臺風(fēng)為一個深厚的氣旋系統(tǒng)，臺風(fēng)暴雨區(qū)主要集中在正渦度中心附近；散度場上越南北部、廣西南部表現(xiàn)為低層輻合、高層輻散形勢，有利于不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展，說明降水區(qū)將向該區(qū)域移動。

17日8時渦度和散度圖上（圖4），200hPa和850hPa正渦度中心移至云南與越南交界處，且高、低層正渦度中心值均明顯減小，隨著臺風(fēng)中心的遠(yuǎn)離和減弱，南寧上空的高層渦度值由正值變?yōu)樨?fù)值，低層保持正值，仍有利于降水生成；散度場上南寧上空繼續(xù)維持低層輻合、高層輻散形勢，其范圍有所減小，可以判斷出南寧上空存在一個中尺度對流系統(tǒng)，該時段的暴雨過程主要受中尺度對流系統(tǒng)影響。

4.3 大氣穩(wěn)定性分析

根據(jù)南寧地區(qū)國際交換站探空圖（圖略），16日20時南寧上空K指數(shù)為33.5，受臺風(fēng)輻合區(qū)影響大氣層結(jié)極不穩(wěn)定；17日8時K指數(shù)達(dá)到40.2，沙氏指數(shù)（SI）為-1.5，可見局地十分有利于對流系統(tǒng)的發(fā)展。

5 南寧機(jī)場雷達(dá)資料和自動觀測站資料分析

5.1 雷達(dá)資料分析

16日14時左右對流云團(tuán)不斷地由南向北移至南寧機(jī)場附近區(qū)域，回波中心強(qiáng)度為50dbz，隨后南寧機(jī)場出現(xiàn)大風(fēng)天氣，并伴有小雨；19：37降水開始增強(qiáng)，南寧機(jī)場及附近區(qū)域上空對流云范圍增大，16日22：00至17日03：00回波中心強(qiáng)度維持在50dbz左右，期間最低云底高度150m；隨后螺旋云帶移出南寧，南寧機(jī)場南部出現(xiàn)散片的回波單體，不斷向機(jī)場靠近，并且在其移動方向不斷觸發(fā)新的對流單體，形成單體群；17日07：00左右強(qiáng)中尺度雨團(tuán)開始影響機(jī)場，回波中心達(dá)到55dbz，降水強(qiáng)度猛增，最低云底高度下降至150米，08：47機(jī)場東南方向響雷，直至11：13雷暴結(jié)束，降水變?yōu)樾∮辍?/p>

5.2 自動觀測資料分析

根據(jù)南寧機(jī)場05號跑道自動觀測數(shù)據(jù)（圖5），溫度與降水強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)變化，在強(qiáng)降水來臨前，溫度出現(xiàn)明顯下降，17日09：00降水最強(qiáng)時，溫度降到最低點，在強(qiáng)對流云團(tuán)移出機(jī)場時，溫度明顯回升；修正海平面氣壓16h變壓值達(dá)17.4hPa，在暴雨來臨前，氣壓出現(xiàn)最低值，隨降水的增強(qiáng)氣壓值大幅上升。

圖3 16日20時水汽通量圖a（單位：kg/（m·hPa·s））和水汽通量散度圖b（單位：kg/（m2·Pa·s））17日08時水汽通量圖c（單位：kg/（m·hPa·s））和水汽通量散度圖d（單位：kg/（m2·Pa·s））

根據(jù)05號跑道風(fēng)向風(fēng)速10分鐘平均數(shù)據(jù)（圖6），16日17：00至24：00風(fēng)向變化為東北風(fēng)轉(zhuǎn)東風(fēng)，機(jī)場相對臺風(fēng)位置由西側(cè)轉(zhuǎn)向北側(cè)，期間風(fēng)速不斷增大，最大風(fēng)速28m·s-1，出現(xiàn)時間為20時46分，臺風(fēng)“海鷗”中心北側(cè)螺旋雨帶即將影響南寧；17日01：00至11：00風(fēng)向逐漸由東風(fēng)轉(zhuǎn)東南風(fēng)，其中在08：20風(fēng)速突然增大，受偏南氣流引導(dǎo)的中尺度云團(tuán)開始影響本場；12：00開始風(fēng)向維持東南風(fēng)，風(fēng)速降低至3m·s-1，臺風(fēng)對南寧機(jī)場影響結(jié)束。

總體上看，強(qiáng)降水發(fā)生前都伴隨著風(fēng)速的突然增大，當(dāng)風(fēng)速增長到高峰時，可預(yù)測短期內(nèi)有雨峰出現(xiàn)的可能［17］，強(qiáng)降水結(jié)束時對應(yīng)風(fēng)速迅速減??；風(fēng)向相對于臺風(fēng)的移動而變化，表明機(jī)場相對于臺風(fēng)的位置。

圖4 17日08時200hPa和850hPa渦度分布圖（a，b）200hPa和850hPa散度分布圖（c，d）

圖5 溫度、氣壓時間序列圖

圖6 10分鐘風(fēng)向風(fēng)速時間序列圖

6 總結(jié)

（1）本次南寧機(jī)場強(qiáng)降水過程主要受臺風(fēng)環(huán)流影響，16日至17日出現(xiàn)了兩個降水高峰是由臺風(fēng)“海鷗”中心外側(cè)螺旋雨帶及臺風(fēng)外圍云系發(fā)展的中尺度對流云團(tuán)分別造成的。其中低空急流是中尺度對流系統(tǒng)的建立者和維持者，是觸發(fā)南寧機(jī)場17日7時至11時出現(xiàn)特大暴雨的主要原因。

（2）物理量場分析得出，南寧機(jī)場附近上空水汽充足，北部灣洋面作為水汽源地在偏南氣流引導(dǎo)下不斷向暴雨區(qū)輸送暖濕氣團(tuán)；渦度場上正渦度中心影響作用明顯，散度表現(xiàn)為低層有明顯的輻合，高層有明顯的輻散，為暴雨的產(chǎn)生和維持提供了動力條件。其中水汽的輻散輻合、散度場分布、大氣穩(wěn)定度指標(biāo)的變化對短時預(yù)報具有很好的指示作用。

（3）利用較短時間間隔的衛(wèi)星云圖和天氣雷達(dá)圖能夠較為準(zhǔn)確地捕捉到中尺度對流天氣系統(tǒng)的變化，同時結(jié)合南寧機(jī)場的自動觀測系統(tǒng)的風(fēng)速、溫度、氣壓提前于降水高峰出現(xiàn)的變化特征，對暴雨天氣時的機(jī)場天氣警報和臨近趨勢預(yù)報的發(fā)布有一定的參考價值。

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The analysis of heavy rainfall process during Nanning airport affected by typhoon"kalmaegi"

Liu yuan-fang
（Guangxi Sub-bureau of Air Traffic Management Bureau of Civil Aviation of China，Nanning Guangxi，530008）

Based on NCEP reanalysis data，conventional observation data，satellite images，Nanning Airport radar maps and automatic observation station data，a heavy rainfall process occurring in Nanning Wuxu International Airport on 16 September 2014 were summarized and analyzed.The results show that: the spiral rain bands on north side of No.1415 typhoon center and mesoscale convective clouds led by the typhoon periphery nephsystem were the main causes of this heavy rainfall，while low-level jet is the founder and sustainer of mesoscale convective systems.Physical field shows that water vapor transport，dynamic condition and the stability of stratification provided excellent conditions for developing and maintaining strong precipitation clouds.Abrupt changes of meteorological real-time elements have certain reference value for heavy rain forecast.

typhoon；Nanning airport；heavy rainfall；spiral rain bands；mesoscale convective cloud

P458.1+21

A

1673-8411（2016）01-0056-05

2015-09-12

劉遠(yuǎn)方（1989—），男，河南周口人，助理工程師，從事民航氣象觀測工作。