梅雨鋒上中尺度對(duì)流系統(tǒng)的短臨預(yù)報(bào)技巧分析

徐琪　慕熙昱

摘? ?要：本文基于南京祿口機(jī)場(chǎng)一次預(yù)報(bào)偏差較大的對(duì)流性強(qiáng)降水過(guò)程，通過(guò)分析降水前3小時(shí)預(yù)報(bào)員所能得到的業(yè)務(wù)資料，探討該次降水的可預(yù)報(bào)性。資料表明，在此次對(duì)流性強(qiáng)降水開(kāi)始前，大尺度上，預(yù)報(bào)員根據(jù)天氣形勢(shì)圖、數(shù)值預(yù)報(bào)、衛(wèi)星云圖等資料，預(yù)報(bào)降水主體偏北。從中小尺度上，常用的本場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)反射率圖回波較弱，故預(yù)報(bào)員預(yù)計(jì)未來(lái)6小時(shí)內(nèi)本場(chǎng)不會(huì)有對(duì)流性強(qiáng)降水。但深入研究梅雨鋒降水特點(diǎn)，充分發(fā)掘多普勒天氣雷達(dá)其他產(chǎn)品，能夠發(fā)現(xiàn)該次過(guò)程的可預(yù)報(bào)性較高。在大尺度的梅雨鋒降水中應(yīng)該關(guān)注哪些點(diǎn)才能提高中小尺度系統(tǒng)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是本文探討的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：中小尺度對(duì)流性降水? 氣象雷達(dá)產(chǎn)品? 可預(yù)報(bào)性

中圖分類號(hào)：P445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0111-03

1? 天氣及服務(wù)保障過(guò)程

2018年7月4-6日江淮地區(qū)受梅雨鋒控制，南京機(jī)場(chǎng)5日08-11時(shí)（北京時(shí)，下同）、19-21時(shí)、6日2-5時(shí)出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水天氣。從此次過(guò)程的預(yù)判上看，預(yù)報(bào)員對(duì)這種系統(tǒng)性的降水預(yù)報(bào)效果比較好，其中后兩個(gè)時(shí)段的預(yù)警與實(shí)況基本吻合，但對(duì)于5日08-11時(shí)的大雷雨存在漏報(bào)。這個(gè)時(shí)次又恰逢航班進(jìn)出港高峰，且周邊多個(gè)航站均因天氣原因無(wú)法接收航班備降，導(dǎo)致航班繞飛、積壓嚴(yán)重，3小時(shí)內(nèi)46個(gè)航班備降，管制指揮秩序受到考驗(yàn)?；诳罩泻桨噙\(yùn)行壓力，民航江蘇空管分局于7月5日08：30-17：00啟動(dòng)航班大面積延誤（MDRS）黃色預(yù)警，該時(shí)段內(nèi)消減25%航班，以保證航班的安全和有序。

復(fù)雜天氣的生消預(yù)報(bào)對(duì)航空安全和正點(diǎn)有著深刻的影響，是氣象預(yù)報(bào)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。航空飛行基于行業(yè)需求，非常重視0～6h的短臨預(yù)報(bào)，精準(zhǔn)的短臨預(yù)報(bào)可以給飛行員、管制員足夠的協(xié)調(diào)余地，減輕壓力。而多普勒天氣雷達(dá)因其直觀、精細(xì)在短臨預(yù)報(bào)中有著無(wú)可替代的作用。本次過(guò)程在2019年江蘇省省部屬企業(yè)職工航空氣象預(yù)報(bào)技能競(jìng)賽中選為個(gè)例分析考核項(xiàng)目，筆者作為組織者，賽后對(duì)選手的考核進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)幾乎所有選手對(duì)于雷達(dá)產(chǎn)品的分析存在不足。故本文通過(guò)分析天氣環(huán)流背景、05-08時(shí)的多普勒天氣雷達(dá)資料，提煉08-11時(shí)段降水預(yù)報(bào)應(yīng)注意的技巧，為航空氣象臨近預(yù)報(bào)預(yù)警經(jīng)驗(yàn)的積累提供參考。

2? 梅雨鋒環(huán)流背景分析

從7月5日05：00的500hPa上看，整個(gè)歐亞地區(qū)呈兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，兩槽分別位于巴爾喀什湖以南和我國(guó)東北地區(qū)，高壓脊位于貝加爾湖附近，東北地區(qū)以東有氣旋性環(huán)流。聯(lián)系前后時(shí)次的500hPa形勢(shì)場(chǎng)會(huì)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)環(huán)流形勢(shì)的經(jīng)向性逐漸增強(qiáng)，高壓脊加強(qiáng)東移。850hPa上江淮地區(qū)有一個(gè)低渦，其南側(cè)有風(fēng)速大于12 m/s的西南低空急流，為江淮地區(qū)帶來(lái)充沛的暖濕水汽，低空急流左前方的輻合區(qū)和高空急流右側(cè)的輻散區(qū)相互作用，兩者耦合有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)。地面圖上，在安徽北部有江淮氣旋，且存在梅雨鋒，冷暖空氣形成對(duì)峙。江淮氣旋緩慢南移，氣旋南部的偏南氣流不斷向北輸送暖濕氣流，江淮地區(qū)處于高溫高濕的不穩(wěn)定環(huán)境。

從以上分析可見(jiàn)，此次過(guò)程具有比較典型的梅雨鋒大尺度環(huán)流背景，5日05：00的EC3-9小時(shí)數(shù)值預(yù)報(bào)上也準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了降水主體位置是位于本場(chǎng)以北，本場(chǎng)處于降水邊緣地帶。此時(shí)雖然降水主體并不在本場(chǎng)，但預(yù)報(bào)員更需要注意的是梅雨鋒上不停發(fā)展前移的中尺度系統(tǒng)。對(duì)資料進(jìn)行進(jìn)一步分析可見(jiàn)：強(qiáng)冷空氣疊加在低層暖濕氣流上空，較強(qiáng)的斜壓性為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供有利的環(huán)流背景，低空急流的持續(xù)加強(qiáng)為對(duì)流的發(fā)生發(fā)展提供了條件性不穩(wěn)定和對(duì)流有效位能，在T-LnP圖上，4日20點(diǎn)時(shí)，K指數(shù)已達(dá)到40以上，CAPE值達(dá)到1400kg/J以上，抬升指數(shù)也達(dá)到-3到-4之間，充分表明大氣環(huán)境非常不穩(wěn)定，如果有充沛的水汽供應(yīng)，則應(yīng)隨時(shí)做好強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生和發(fā)展。

3? 多普勒天氣雷達(dá)分析

雷達(dá)在短臨預(yù)報(bào)中的作用不言而喻。本文采用的是南京龍王山的S波段多普勒雷達(dá)資料。本場(chǎng)處于雷達(dá)中心點(diǎn)龍王山178度方位、約50km距離的位置，也是雷達(dá)探測(cè)的較佳距離。雷達(dá)由于掃描方式、掃描距離等的局限性，從而造成對(duì)云體的掃描也有一定的局限性。為了更好地對(duì)云體的空間垂直結(jié)構(gòu)有更全面的了解，新一代多普勒天氣雷達(dá)有著多達(dá)幾十種的產(chǎn)品。業(yè)務(wù)應(yīng)用中，常用的也有十幾種產(chǎn)品，為預(yù)報(bào)員提供了全方位了解云體結(jié)構(gòu)的方式。本文就結(jié)合了新一代天氣雷達(dá)的其他產(chǎn)品對(duì)該次過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

3.1 垂直累積液態(tài)水（VIL）

垂直累積液態(tài)水表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的液態(tài)水值，它是假設(shè)所有反射率因子返回都是由液態(tài)水滴引起的經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出關(guān)系。它反映了降水云體中，在某一確定的底面積（4km×4km）的垂直柱體內(nèi)液態(tài)水總量分布。

5：03時(shí)，本場(chǎng)附近還沒(méi)有VIL顯示，到6：39，VIL已覆蓋本場(chǎng)及周邊區(qū)域，數(shù)值在1～5kg/m2之間，到7：48分時(shí)，本場(chǎng)附近的VIL區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)大，多處VIL已成紅色，達(dá)到了15～20kg/m2（見(jiàn)圖1），這足以說(shuō)明當(dāng)時(shí)的云體中水汽含量非常充沛，為后續(xù)的降水提供了足夠的水汽條件。進(jìn)一步分析，在5：03本場(chǎng)附近還沒(méi)有出現(xiàn)VIL顯示有兩種可能，一是本場(chǎng)范圍內(nèi)確實(shí)沒(méi)有云體，雷達(dá)計(jì)算為零。但通過(guò)其他產(chǎn)品我們可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)本場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)際已出現(xiàn)回波，說(shuō)明有云體存在，故不成立。二是由于雷達(dá)掃描高度有限，導(dǎo)致本部雷達(dá)在該掃描高度確實(shí)未掃描到云體。此時(shí)，建議預(yù)報(bào)員充分結(jié)合周邊雷達(dá)資料，如常州、合肥等雷達(dá)資料進(jìn)行綜合分析，通過(guò)不同的角度、不同的高度詳細(xì)了解天空的真實(shí)情況，為精準(zhǔn)預(yù)報(bào)采集更為詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

3.2 風(fēng)廓線產(chǎn)品（VWP）

新一代天氣雷達(dá)通過(guò)算法可得到雷達(dá)上空約60km范圍內(nèi)風(fēng)向向速隨高度的變化， 且每6min進(jìn)行一次體積掃描，可給用戶提供準(zhǔn)確、高時(shí)間分辨率的風(fēng)場(chǎng)資料。進(jìn)而可以分析雷達(dá)測(cè)站附近風(fēng)場(chǎng)的垂直分布、冷暖平流、急流生消等信息。

圖2是5：03-7：55之間的垂直風(fēng)廓線圖。5：03時(shí)，底層開(kāi)始出現(xiàn)東南風(fēng)，隨后風(fēng)速逐漸加大，東南風(fēng)的高度層也逐漸抬升，底層呈風(fēng)向順轉(zhuǎn)，即為暖平流，上層1-6km一致的西南急流，該形式一致維持到對(duì)流性降水發(fā)生前，逐漸加強(qiáng)的暖平流為本場(chǎng)帶來(lái)了非常充足的水汽條件。該時(shí)段6km以上也是基本一致的西北氣流，冷空氣疊加在暖濕氣流上的結(jié)構(gòu)為對(duì)流的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

3.3 風(fēng)暴單體識(shí)別與跟蹤產(chǎn)品（STI）

準(zhǔn)確的風(fēng)暴單體識(shí)別與跟蹤算法（STI）是雷達(dá)及強(qiáng)天氣警報(bào)業(yè)務(wù)的基本組成部分，可以有效地識(shí)別出強(qiáng)對(duì)流單體，且能夠正確跟蹤90%以上的風(fēng)暴單體。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，風(fēng)暴類型越強(qiáng)，雷達(dá)反射率越強(qiáng)的回波，其識(shí)別率越高。

5日6：04，在STI圖上，預(yù)警信息點(diǎn)集中在本場(chǎng)以北50～60km處，相對(duì)比較零散，本場(chǎng)附近還沒(méi)有出現(xiàn)相關(guān)預(yù)警信息點(diǎn)。但到6：29，在本場(chǎng)以北20km處出現(xiàn)了密集的預(yù)警信息點(diǎn)，到07：00，預(yù)警信息點(diǎn)不僅增多，從巢湖到本場(chǎng)以北15～20km呈帶狀分布，而且有南壓趨勢(shì)。07：42分（圖3）時(shí)，預(yù)警信息點(diǎn)更加密集已經(jīng)連成了一條線，就分布在本場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。SCIT算法具有一定的局限性，即不能識(shí)別在徑向長(zhǎng)度上或面積上小的、淺的（不能通過(guò)兩個(gè)相繼仰角上的閾值）或最大反射率因子小于30dBZ的單體，如剛發(fā)展的雷暴、塔狀積云等，這應(yīng)該是6：04之前本場(chǎng)未出現(xiàn)預(yù)警信息的原因。但6：29之后，預(yù)警信息不僅持續(xù)存在，且逐步呈加強(qiáng)趨勢(shì)，至對(duì)流發(fā)生前，預(yù)警信息點(diǎn)密集到連成了線，這對(duì)08～11時(shí)的對(duì)流性強(qiáng)降水有著非常好的指示作用。

對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展主要取決于以下三個(gè)因子：環(huán)境的熱力不穩(wěn)定，垂直風(fēng)切變和水汽垂直分布條件。通過(guò)以上分析可知，三個(gè)因子均通過(guò)不同產(chǎn)品有所體現(xiàn)，如能充分考慮，該次系統(tǒng)的可預(yù)報(bào)性是比較高的。

4? 結(jié)論

由以上分析可得以下結(jié)論：

（1）該次過(guò)程發(fā)生在系統(tǒng)性梅雨降水期間，梅雨鋒上常嵌套有很多中小尺度天氣系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的局地性，這種局地性強(qiáng)降水是預(yù)報(bào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)預(yù)報(bào)點(diǎn)受到梅雨鋒影響時(shí)，不僅要從宏觀上考慮系統(tǒng)的生消和移動(dòng)，也同時(shí)要加強(qiáng)關(guān)注梅雨鋒上不停發(fā)展的中小尺度天氣系統(tǒng)。

（2）EC全球數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)大尺度降水及降水趨勢(shì)表現(xiàn)較好，但對(duì)中小尺度降水的可參考性不高，不能過(guò)于依賴。

（3）在強(qiáng)對(duì)流降水發(fā)生前2～3h，PPI產(chǎn)品因其雷達(dá)的局限性，降水信息表現(xiàn)不足。但如能充分結(jié)合雷達(dá)其他產(chǎn)品，如本次過(guò)程在垂直累積液態(tài)水、垂直風(fēng)廓線、風(fēng)暴單體識(shí)別與跟蹤產(chǎn)品等，那么該次過(guò)程的可預(yù)報(bào)性還是比較高的。分析雷達(dá)產(chǎn)品時(shí)要考慮到單部雷達(dá)掃描的局限性，可結(jié)合周邊雷達(dá)信息進(jìn)行對(duì)比和綜合分析。總體來(lái)說(shuō)，雷達(dá)作為短臨預(yù)警最重要的手段，在雷雨季節(jié)應(yīng)對(duì)加強(qiáng)對(duì)其產(chǎn)品的分析。

（4）在業(yè)務(wù)運(yùn)行中，尤其是雷雨季節(jié)，當(dāng)大的環(huán)流背景已經(jīng)是有利于強(qiáng)降水的發(fā)生時(shí)，一定要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，哪怕有一個(gè)產(chǎn)品發(fā)出預(yù)警，都應(yīng)引起相應(yīng)的關(guān)注，及時(shí)會(huì)商，全方位考慮，才能有效提高航空氣象預(yù)警的準(zhǔn)確率，為航班的安全、正點(diǎn)提供更為有效的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李柏，鄭國(guó)光.天氣雷達(dá)及其應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2011.

[2] 章國(guó)材.強(qiáng)對(duì)流天氣分析與預(yù)報(bào)[M].北京：氣象出版社，2011.

[3] 翟國(guó)慶，俞樟孝.華東颮線過(guò)程中的地面中尺度物理特征[J].大氣科學(xué)，1991，15（6）：63-69.

[4] 俞小鼎.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006.