2020年綿陽機(jī)場一次雷雨空報診斷分析

【摘 ?要】2020年5月5日至6日綿陽機(jī)場出現(xiàn)了雷暴和降水空報，本文利用Micaps觀測資料和NCEP再分析資料對此次過程進(jìn)行診斷分析，探究川南地區(qū)雷雨的影響因素以及綿陽本場的空報原因，發(fā)現(xiàn)：（1）5日夜間的對流過程僅出現(xiàn)在川南地區(qū)，主要受高能舌以及層結(jié)不穩(wěn)定因素影響。（2）綿陽地區(qū)5日夜間的水汽輸送主要在700hPa及其以下，濕層淺薄不利于降水。（3）綿陽地區(qū)6日02時的動力作用不足，無法產(chǎn)生對流。

【關(guān)鍵詞】綿陽;雷雨;空報;診斷分析

引言

雷暴和強(qiáng)降水一直是影響民航飛行安全的災(zāi)害性天氣，是氣象預(yù)報的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。綿陽機(jī)場承擔(dān)著訓(xùn)練飛行和航班運(yùn)行雙重任務(wù)，出現(xiàn)在本場、航路以及訓(xùn)練空域的強(qiáng)對流天氣對于飛行安全是很大的威脅，還會造成航班返航和備降，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以，在日常工作中準(zhǔn)確的預(yù)報出雷暴和強(qiáng)降水是具有重要意義的。

當(dāng)前，對于強(qiáng)對流天氣的預(yù)報手段和技術(shù)已有很大的發(fā)展。綿陽位于四川盆地西北部，是西北部高原與東南部丘陵的過渡地帶。綿陽本地的雷暴研究也已得出了一些有意義的結(jié)論，可用于指導(dǎo)預(yù)報。但是，強(qiáng)對流天氣變化快，突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，仍然不能準(zhǔn)確預(yù)報。在2020年5月5日至6日綿陽機(jī)場出現(xiàn)了雷暴和降水空報情況，本文針對此次空報過程，對過程進(jìn)行診斷分析，總結(jié)經(jīng)驗，為以后預(yù)報提供參考。

1.預(yù)報誤差與實(shí)況

根據(jù)TAF報文可知，2020年5月5日18點(diǎn)05分預(yù)報23：00至03：00有短時中雷雨，21：28分預(yù)報6日01：00至05：00短時小雷雨。但實(shí)況本場未發(fā)生雷暴和降水，以多云間陰天氣為主，地面風(fēng)也沒有顯著增加。根據(jù)實(shí)況報文發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對流天氣主要發(fā)生在川南地區(qū)，5日20：00至6日02：00時6小時降水量中峨眉山58.1mm，犍為56.8mm。結(jié)合衛(wèi)星云圖資料（圖1）可知，5日16：00至6日04：00川西高原北部的對流云東移至盆地后就開始減弱消散，而南部的對流云進(jìn)入盆地后就開始發(fā)展東移，造成了川南地區(qū)前半夜的雷雨過程。

2.天氣形勢分析

2020年5月5日，亞洲中高緯度地區(qū)為兩槽一脊型，588線位于廣西、廣東境內(nèi)。分析西南地區(qū)2020年5月5日08時和20時的環(huán)流形勢場，如圖2所示。08時，500hPa上高原中部有小槽東移，青海至阿壩州北部有一切變，華南地區(qū)有20～32m/s的顯著西南氣流帶。700hPa上盆地東北部和川西高原南部均有切變，且盆地西部的水汽條件較好。850hPa上，盆地中部為西南渦，其東北側(cè)有顯著變溫區(qū)（西安站24小時變溫為-10.3℃），且有明顯的偏東氣流將冷空氣帶入盆地。20時，500hPa上高原中部小槽繼續(xù)發(fā)展，西北地區(qū)出現(xiàn)西北渦，在盆地南部有移速較快的小槽到達(dá)，成為前傾槽，且其前側(cè)有一條急流軸配合，其大值中心在宜賓站（22m/s）。700hPa上川西高原南側(cè)的切變繼續(xù)維持，且四川盆地內(nèi)已轉(zhuǎn)為西南氣流控制（4～8m/s），西南氣流大值區(qū)主要位于盆地東側(cè)，整個盆地內(nèi)濕度條件較好。 ?850hPa上的偏東氣流北抬。

利用溫江站（56186）探空資料中探空因子來探討氣層的熱力不穩(wěn)定情況。5日08時K指數(shù)為38.2℃，Si指數(shù)為-1.19℃，對流有效位能（CAPE值）為390.7J·kg-1，而這些參數(shù)都通過了綿陽本地雷暴高發(fā)區(qū)閾值，定性地說明有不穩(wěn)定能量累積，有利于強(qiáng)對流天氣發(fā)生。而從20時的各探空指數(shù)來看，不穩(wěn)定能量是降低的，但是仍然高于閾值。

再根據(jù)歐洲中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品來看，綿陽地區(qū)6日02時至08時有一次強(qiáng)降水過程，總降水量可達(dá)42.0mm。結(jié)合以上形勢場分析、物理量分析以及數(shù)值模式，預(yù)報2020年5月5日夜間會出現(xiàn)雷暴伴小陣雨，短時中陣雨。

3.診斷分析

為了探討此次四川地區(qū)500hPa小槽和冷空氣的影響以及導(dǎo)致空報的原因，對該地區(qū)的物理量場和單站情況分別進(jìn)行診斷分析。

3.1物理量場分析

（1）水汽條件。豐富的水汽是雷暴和強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件之一，且降水強(qiáng)度通常與該地面上空整層大氣的水汽含量呈正相關(guān)，而根據(jù)上文的中尺度分析可知，此過程水汽的輸送主要集中在700hPa。因此，通過分析2020年5月5日08時至6日08時四川地區(qū)700hPa上水汽通量場和水汽通量散度場的變化情況（圖3），來判斷水汽條件。5日08時（圖3a1），在西川南側(cè)有一條東西向的水汽通道，14時（圖3a2）在川西高原西側(cè)水汽輸送明顯增加，且其西部與南部均出現(xiàn)了12g·cm-1·hPa-1·s-1的大值區(qū)。20時（圖3a3），四川盆地內(nèi)的水汽輸送量增加，到6日02時（圖3a4）在盆地東側(cè)形成了一條南北向的水汽輸送帶，中心值≥15g·cm-1·hPa-1·s-1位于盆地東南側(cè)。此時，綿陽地區(qū)的水汽通量可達(dá)9～12g·cm-1·hPa-1·s-1。之后，此水汽輸送帶逐漸減弱東移。從700hPa的水汽通量散度場上可見，5日08時至20時（圖3b1～b3），水汽輻合區(qū)主要是位于川西高原的西北側(cè)的青海一帶，而盆地南部的弱輻合區(qū)逐漸北移減弱消失。6日02時和08時（圖3b4～b5），盆地內(nèi)為水汽的輻散，而輻合區(qū)出現(xiàn)在盆地東北向的寧夏、陜西一帶。

綜上可知，在此12h內(nèi)四川地區(qū)700hPa上確有水汽的輸送，且在6日02時達(dá)到最強(qiáng);但是此時水汽的輻合區(qū)卻位于青海、陜西一帶，盆地內(nèi)為水汽的輻散，因此是不利于盆地在02時內(nèi)出現(xiàn)明顯降水的。而前半夜川南地區(qū)的降水得益于14時川南地區(qū)水汽的輻合，從而有利于然后對流的產(chǎn)生。因此，水汽通量散度場與此次降水過程是更為匹配的。

（2）能量及穩(wěn)定度條件。大氣中的不穩(wěn)定能量以及大氣穩(wěn)定度是強(qiáng)對流發(fā)生的基本條件，即高溫高濕的環(huán)境才能觸發(fā)對流。已有研究表明，θse是重要的溫濕參數(shù)，具有良好的動力學(xué)與熱力學(xué)意義，可用來表征大氣能量。在此，利用∑θse（500+700+850）的水平分布場，來表征5日08時至6日08時大氣中能量的分布，如圖4（a1）～（a5）。可發(fā)現(xiàn)，5日08時至14時，川西高原西北側(cè)有能量激增，且川南至貴州一線開始出現(xiàn)西北—東南向的弱高能舌。到了20時，此高能舌顯著加強(qiáng)且向南移動。6日02時，川西高原的能量高值區(qū)減弱消失，而南側(cè)大值區(qū)逐漸向東移動。

在天氣分析中常用假相當(dāng)位溫的垂直遞減率來判斷層結(jié)穩(wěn)定度，即大于0、等于0或小于0時，分布對應(yīng)的是穩(wěn)定、中性或不穩(wěn)定。本文用850hPa與500hPa等壓面上的假相當(dāng)位溫差來表征這種層結(jié)穩(wěn)定度，如圖4（b1）～（b5）。14時較08時整個四川地區(qū)的不穩(wěn)定能量均增加，尤其是在川西高原西北側(cè)，且14時在川南至貴州一線出現(xiàn)了與高能舌相配合的不穩(wěn)定大值區(qū)。20時層結(jié)不穩(wěn)定大值區(qū)有向南發(fā)展的趨勢，除了川西高原，在20～23°N、102～104°E以及25°N、110°E附近均出現(xiàn)。而02時以后四川地區(qū)整體的不穩(wěn)定層結(jié)減弱。

對比區(qū)域內(nèi)能量和層結(jié)穩(wěn)定度的時間變化情況后發(fā)現(xiàn)，能量與不穩(wěn)定層結(jié)具有良好的一致性，川南地區(qū)高能舌和層結(jié)不穩(wěn)定的出現(xiàn)與對流發(fā)展和降水落區(qū)匹配良好。而綿陽地區(qū)的空報是川西高原上高溫高濕的層結(jié)不穩(wěn)定環(huán)境在下高原后迅速減弱。

3.2單站分析

在了解了四川地區(qū)區(qū)域場的水汽條件、能量與穩(wěn)定度條件后，為了進(jìn)一步說明綿陽站點(diǎn)各層次的物理要素隨時間變化關(guān)系，將利用5日08時至6日08時的多個要素的時間—高度垂直剖面圖（圖5）進(jìn)行探討。

圖5（a）、（b）、（c）分別從相對濕度、水汽通量和水汽通量散度來剖析綿陽上空的水汽條件，發(fā)現(xiàn)5日22點(diǎn)后700hPa以下有相對濕度達(dá)90%的濕層，與之對應(yīng)的是同時次850至700hPa的水汽輸送和800hPa以下的水汽輻合。說明，此次過程中綿陽地區(qū)的濕層較淺，且5日20時后再850hPa以下受冷空氣入川的影響，幾乎無水汽輸送，不利于降水天氣的出現(xiàn)。

圖5（d）為垂直速度的時間—高度剖面圖，可以清楚的看到：僅在5日11時至18時，500hPa以下有較為明顯的上升運(yùn)動，其中心位于700hPa附近;而5日22時至6日06時，在850hPa附近有極弱的上升運(yùn)動，而整個700hPa以上是顯著下沉運(yùn)動，下沉中心位于500hPa，中心值≥0.15×10-7s-1。圖5（e）顯示，正值代表輻散，負(fù)值代表輻合，5日14時至6日02時高層輻散區(qū)從400～500hPa下降至6日02時700hPa附近，根據(jù)達(dá)因補(bǔ)償原理，抬升作用大幅減弱。高低層渦度平流的是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)平衡破環(huán)的重要因素之一，現(xiàn)根據(jù)圖5（f）分析顯示，6日02時綿陽站上空150hPa上有-30×10-10s-2的顯著負(fù)值區(qū)，低層為正高層為負(fù)的渦度平流配置，沒有動力作用。因此，可以看出垂直速度、散度以及渦度平流的分析結(jié)論有高度的一致性，綿陽站點(diǎn)夜間沒有動力抬升作用可以使得對流發(fā)展。

圖5.2020年5月5日08時至6日08時（a）相對濕度（單位：%）（b）水汽通量（單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）（c）水汽通量散度（單位：10-6g·cm-2·hPa·s-1）（d）垂直速度（單位：Pa·s-1）（e）散度（單位：10-7·s-1）（f）渦度平流（單位：10-10·s-2）在31.43°N、104.73°E的時間-高度垂直剖面圖（注：橫坐標(biāo)采用UTC時間）

4.結(jié)論

（1）此時四川地區(qū)降水過程主要是受高能舌和層結(jié)不穩(wěn)定大值區(qū)的影響，而綿陽本場在預(yù)報時，誤判了高原上不穩(wěn)定能量進(jìn)入盆地后的發(fā)展趨勢。

（2）從水汽條件來講，綿陽站點(diǎn)上空僅700hPa以下有一定的水汽累積，濕層淺薄，不利于降水。

（3）從動力條件來講，綿陽上空垂直速度、散度以及渦度平流的時間變化情況說明，02時高層為負(fù)渦度平流，800hPa以上均為下沉氣流，沒有能產(chǎn)生對流的動力條件。

（4）數(shù)值模式對此次過程預(yù)報效果不佳。

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作者簡介：魏婉琳，1992-，女，漢族，碩士研究生，四川宜賓人，助理工程師，從事短臨天氣預(yù)報方向的研究。