張掖機(jī)場春季一次短時(shí)大風(fēng)低能見度天氣分析

李文清

摘?要：2016年4月16日河西走廊中部張掖機(jī)場出現(xiàn)了一次短時(shí)大風(fēng)降水低能見度天氣過程，文章綜合利用高空地面環(huán)流形勢，探空資料，衛(wèi)星云圖和雷達(dá)圖等常規(guī)資料分析發(fā)現(xiàn)：繞高原東側(cè)東南暖濕氣流的輸送，為天氣過程提供了必備的水汽;張掖機(jī)場16日早上處在冷槽前暖舌后，槽后冷區(qū)明顯，后傾斜壓和槽附近氣流的輻合造成位勢不穩(wěn)定;河西走廊地形狹管效應(yīng)加強(qiáng)了近地面冷空氣的迅速入侵和沖擊，是大風(fēng)的成因以及對(duì)流過程的觸發(fā)機(jī)制;外推法對(duì)河西地區(qū)冷空氣的東移有積極指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：短時(shí)大風(fēng)低能見度;降水;環(huán)流形勢;衛(wèi)星云圖;雷達(dá)回波

張掖機(jī)場處在甘肅省河西走廊中段，距張掖市區(qū)20多公里，隨著民航的發(fā)展，機(jī)場對(duì)氣象保障服務(wù)的準(zhǔn)確度和精細(xì)度要求也越來越高，尤其是嚴(yán)重影響航班起降的一些極端天氣和對(duì)流天氣，諸如雷暴，風(fēng)切變，冰雹大風(fēng)等。[1]張掖機(jī)場所處的河西走廊山地，綠洲，荒漠，戈壁等下墊面相對(duì)多變復(fù)雜，又受祁連山區(qū)的影響，使得中小尺度危險(xiǎn)天氣的發(fā)生率相對(duì)來講也比較高，目前大部分中小機(jī)場能夠獲得和使用的氣象資料較少，文章對(duì)此次天氣過程的分析，有助于幫助中小機(jī)場預(yù)報(bào)員在天氣尺度環(huán)流的背景下，利用常規(guī)資料，分析和預(yù)報(bào)由于冷空氣入侵而形成的影響機(jī)場航班運(yùn)行的突發(fā)性天氣。

1 天氣概況

2016年4月16日上午，張掖機(jī)場發(fā)生了一次以大風(fēng)和短時(shí)降水為主的突發(fā)性天氣，根據(jù)機(jī)場氣象臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示，上午11-12時(shí)，機(jī)場西北風(fēng)3-4m/s，能見度大于等于10公里，在13時(shí)，西北風(fēng)增大到13m/s陣風(fēng)18m/s，觀測到少量CB，能見度降低到1200m，到13：22短短二十幾分鐘的時(shí)間里能見度突然降到400m左右，并且由之前的小陣雨轉(zhuǎn)為中雪，氣象條件已經(jīng)降到航班的起降標(biāo)準(zhǔn)以下，14時(shí)以后氣象條件逐漸好轉(zhuǎn)，達(dá)到航班起降標(biāo)準(zhǔn)。14m/s及以上的風(fēng)維持一個(gè)小時(shí)四十分鐘左右，降水到下午16時(shí)以后結(jié)束，從12時(shí)到16時(shí)，氣溫從9℃下降到0℃，氣壓從1019hp變化到1027hp上升了8hp，降水主要是中等強(qiáng)度雨夾雪的形勢，機(jī)場能見度從10公里以上迅速下降到400米左右，各種氣象要素變化劇烈，出現(xiàn)的CB以及18m/s的大風(fēng)在張掖機(jī)場氣象臺(tái)同期記錄中比較少見，雖然是小概率事件，但是此類天氣一旦發(fā)生預(yù)報(bào)員也不容易應(yīng)付，其對(duì)航班的危害性也不容忽視。

2 環(huán)流背景分析

2.1 高空形勢分析

從4月15日晚上北京時(shí)20點(diǎn)到16日早上08點(diǎn)（圖1a），在500hp的高空資料圖上顯示，亞歐大陸中高緯上空屬于典型的“兩槽一脊”的形勢，亞歐交界處的烏拉爾河、里海、黑海上空是明顯的高空冷槽，我國華北、內(nèi)蒙東部一直到長江黃河中下游地區(qū)也是深厚的冷槽，并且溫度場明顯落后于高度場。兩槽之間是暖高脊，暖高脊的主體部位處在黑海到我國新疆之間，河西走廊及張掖機(jī)場上空、內(nèi)蒙西部地區(qū)處在高空橫槽后的西風(fēng)氣流中。新疆甘肅分界處有西風(fēng)淺槽，并且小槽分裂東南移動(dòng)攜帶的冷空氣也較為明顯，溫度場落后于高度場，等高線和等溫線交叉角度明顯，大氣斜壓作用也容易造成大風(fēng)的發(fā)生。[2]

在16日早上08點(diǎn)700hp及以下的各層中（圖1b、圖2），上述暖高脊區(qū)域是閉合的高壓，并且暖高脊的東部正在逐漸崩潰南掉，也為此次大風(fēng)提供了高層氣流的引導(dǎo)作用，加上在此之前14日到15日，700hp高空繞高原東側(cè)有8-12m/s的暖濕急流的輸送，整個(gè)16日上午河西地區(qū)上空各層中相對(duì)濕度達(dá)到90%左右，張掖位于暖脊之前溫度梯度較大，冷平流很強(qiáng)的橫槽之中，空氣層的后傾斜壓不穩(wěn)定和槽附近氣流輻合也為此次天氣過程的形成提供了有利的水汽和抬升因素。

15日20點(diǎn)到16日08點(diǎn)的中低空的實(shí)況資料中（圖1b、圖2a），在850hp到700hp河西走廊中部到阿拉善高原有一個(gè)北伸的暖舌存在，底層暖舌的出現(xiàn)與河西地區(qū)的和阿拉善高原的沙石下墊面有較大的關(guān)系，15日的時(shí)候，暖舌部分甚至是閉合的暖中心，700hp河西走廊上游高空淺槽后部是十分明顯的溫度槽，根據(jù)天氣學(xué)原理和短期天氣預(yù)報(bào)方法，冷槽前是暖舌區(qū)，槽后冷區(qū)明顯，槽線附近溫度梯度很大，從理論上來講十分有利于對(duì)流的發(fā)展，[3]這些落區(qū)正好集中到河西走廊，所以也造成這次大風(fēng)低能見度天氣的形成和發(fā)展。

2.2 地面形勢分析及變壓分析

地面圖上（圖2），巴湖貝湖之間以北疆和外蒙古地區(qū)都是強(qiáng)大冷高壓的控制，從15日20時(shí)和16日08時(shí)的地面圖上可以看出，與高空槽相對(duì)應(yīng)的我國中東部地區(qū)正好是鋒面的主體部位，鋒面在14日早上已經(jīng)經(jīng)過張掖，但是從15日20時(shí)開始，張掖上游已形成的一股新的冷空氣下掉，并且在甘肅西部敦煌到嘉峪關(guān)地區(qū)形成閉合小高壓，16日早上隨著新疆上空橫槽后部暖高壓的崩潰，新疆北部與甘肅交接處的近地面冷空氣迅速東移，16日12時(shí)張掖氣壓1019hp，到下午16時(shí)達(dá)到1027hp，氣壓上升顯著，溫度下降迅速，河西走廊上游與下游之間有4-5條等壓線通過，強(qiáng)大的氣壓梯度使張掖最大風(fēng)速達(dá)到18m/s，由于張掖上空空氣接近飽和，加之底層強(qiáng)冷空氣的快速輸入和沖擊，為此次天氣過程提供了觸發(fā)機(jī)制。

3 物理量場分析

3.1 水汽分析

由16日早上08時(shí)的探空資料顯示（圖略），張掖探空站上空相對(duì)濕度500hp是82%，700hp是86%，近地面基本上接近飽和，500hp及以下溫度露點(diǎn)差T-Td≤2℃，中低空比濕≥4.5g/kg，整個(gè)河西走廊敦煌到張掖探空資料上從近地面到500hp之間相對(duì)濕度都在80%以上，T-Td≤4℃，是一明顯的濕區(qū)，這得益于14日700hp及以上東南暖濕氣流的輸送，深厚的濕層也為此次天氣過程提供了必備的水汽條件。

3.2 層結(jié)和動(dòng)力條件

K指數(shù)和沙氏指數(shù)SI通常是大氣穩(wěn)定與否的重要判定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)天氣學(xué)原理和河西走廊對(duì)流性天氣相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，K指數(shù)大于30，沙氏指數(shù)SI小于3，可用于對(duì)流性天氣發(fā)生的預(yù)報(bào)，[4]16日早上08時(shí)，本地區(qū)K指數(shù)達(dá)到28沙氏指數(shù)SI趨近于0，這在張掖春季較為少見，也說明空氣含有潛在的不穩(wěn)定能量。

突發(fā)性天氣的發(fā)生必須有足夠的不穩(wěn)定能量，15日晚上到16日早上，張掖上空有不穩(wěn)定能量的蓄積，16日早上08時(shí)，張掖和上游酒泉探空站，對(duì)流有效位能CAPE達(dá)到35-50

J/kg，雖然不是很大，但是在河西走廊春季夜間到早上已經(jīng)很少見了，CAPE表示在自由對(duì)流高度上，空氣塊由于正浮力對(duì)其做功而獲得的能量，[5]它對(duì)空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)和輻合有著很大的作用，也是這次天氣過程空氣不穩(wěn)定的一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)顯示，K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、CAPE等對(duì)河西地區(qū)突發(fā)性天氣的發(fā)生有一定的預(yù)報(bào)指示性。

4 臨近檢測

4.1 衛(wèi)星云圖分析

分析16日午后河西地區(qū)的紅外云圖（圖3）和水汽圖像（圖略），從酒泉到張掖有明顯的中尺度對(duì)流云團(tuán)，從上午09：00時(shí)就已經(jīng)開始形成，云頂亮溫大于230K，并且隨著下滑冷空氣的引導(dǎo)向下游地區(qū)（張掖所處位置）迅速發(fā)展，13：00時(shí)移到張掖上空，造成張掖氣象條件迅速惡化，陣雨轉(zhuǎn)為中雪，由于云團(tuán)移速較快，并未在張掖上空長時(shí)間滯留，云團(tuán)移出張掖機(jī)場后，機(jī)場降水基本停止，中尺度云團(tuán)是河西地區(qū)此次天氣降水的直接形成系統(tǒng)。

4.2 雷達(dá)圖像分析

在雷達(dá)分析資料中，由于資料的限制，此處只分析雷達(dá)平顯圖像（圖3），張掖雷達(dá)資料采用1.5°仰角，對(duì)比早上10：34酒泉雷達(dá)站的平顯圖，酒泉地區(qū)特別是沿著祁連山區(qū)有回波生成，回波強(qiáng)度接近30dbz，并且向東南一路移動(dòng)，根據(jù)嘉峪關(guān)機(jī)場實(shí)時(shí)觀測資料顯示，10：00-11：00嘉峪關(guān)機(jī)場能見度600m，中雪，三個(gè)小時(shí)左右，13：00張掖地區(qū)雷達(dá)出現(xiàn)回波，回波強(qiáng)度在30dbz以下，造成張掖的大風(fēng)和中雪。

5 結(jié)論

本文通過這些常規(guī)資料的分析，對(duì)河西地區(qū)冷空氣入侵引起的氣象要素地突然變化做了討論，對(duì)于機(jī)場氣象臺(tái)的臨近預(yù)報(bào)來講，在中小尺度對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)工作中，特別要留意K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI和CAPE以及CIN等特定的指數(shù)，以及衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波平顯圖像的演變等，對(duì)它們準(zhǔn)確及時(shí)地判斷和運(yùn)用，對(duì)中小尺度天氣的演變和預(yù)報(bào)有積極的指導(dǎo)作用;中小尺度天氣引起氣象要素的劇烈變化對(duì)航班的影響值得警惕。

（1）700hp及以上繞高原東側(cè)偏南暖濕氣流的輸送，為此次天氣過程提供了必備的水汽條件。

（2）700hp河西走廊西部高空淺槽后是十分明顯的溫度槽，張掖處在冷槽前暖舌后，槽后冷區(qū)明顯，后傾斜壓不穩(wěn)定和槽附近氣流的輻合造成位勢不穩(wěn)定。

（3）河西走廊地形狹管效應(yīng)加強(qiáng)了底層冷空氣快速輸入和沖擊，是大風(fēng)的成因以及對(duì)次對(duì)流過程的觸發(fā)機(jī)制，甘肅上游新疆北部上空暖高脊東部的崩潰，也為此次冷空氣地快速入侵提供了有力的引導(dǎo)作用。

（4）K指數(shù)接近30，沙氏指數(shù)SI小于3，CAPE有不穩(wěn)定能量的顯示，對(duì)河西地區(qū)突發(fā)性天氣的發(fā)生有一定的預(yù)報(bào)指示性。

（5）衛(wèi)星雷達(dá)資料有效地利用和實(shí)況外推，對(duì)冷空氣入侵引起河西地區(qū)的短臨預(yù)報(bào)有積極的指導(dǎo)作用，尤其是大風(fēng)天氣，從嘉峪關(guān)到張掖，一般是3個(gè)小時(shí)左右。

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