銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)2018年7月23日暴雨成因分析

潘 佳，王清平

民航寧夏空管分局，寧夏銀川 750009

暴雨是我國(guó)主要的災(zāi)害性天氣之一，陶詩(shī)言[1-2]、朱乾根[3]等對(duì)西太平洋副熱帶高壓短期活動(dòng)影響西北暴雨和暴雨發(fā)生機(jī)理等研究成果，在河套地區(qū)暴雨預(yù)報(bào)中具有較好的指導(dǎo)作用；俞小鼎[4]分析地形迎風(fēng)坡形成大暴雨表明，地形增強(qiáng)了迎風(fēng)坡的上升運(yùn)動(dòng)，有利于低層水汽輻合。

銀川河?xùn)|國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于銀川市區(qū)老城古樓真方位147°，直線距離18.7 km處，靈武市臨河鄉(xiāng)境內(nèi)。機(jī)場(chǎng)地處?kù)`武市臨河鄉(xiāng)鄂爾多斯沖擊區(qū)二級(jí)臺(tái)地、東臨毛烏素沙漠邊緣。機(jī)場(chǎng)南、西、北三側(cè)地形平坦；東、東南側(cè)為海拔1 512 m的小山丘。機(jī)場(chǎng)西北方（磁向306°）53.4 km處為南北走向的賀蘭山[5]。受賀蘭山的阻擋作用，銀川市區(qū)及機(jī)場(chǎng)夏季易出現(xiàn)雷暴天氣。

2018年7月23日，銀川地區(qū)出現(xiàn)大范圍雷雨天氣，本次雷暴天氣造成銀川地區(qū)局地出現(xiàn)中到大雨，河?xùn)|機(jī)場(chǎng)因雷暴天氣，航班運(yùn)行受到影響[6]。利用常規(guī)觀測(cè)、地面自動(dòng)氣象站、NCEP/FNL1°×1°再分析、C波段多普勒雷達(dá)及FY4A新一代靜止氣象衛(wèi)星資料，從環(huán)流形勢(shì)背景、物理量診斷及雷達(dá)遙感探測(cè)特征對(duì)本次發(fā)生于銀川河?xùn)|國(guó)際機(jī)場(chǎng)的雷雨天氣進(jìn)行了分析。以期提高對(duì)雷暴天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)效率，保障航空飛行安全[7]。

河?xùn)|機(jī)場(chǎng)在預(yù)報(bào)強(qiáng)降水天氣的發(fā)生、發(fā)展、強(qiáng)度和落區(qū)等方面仍存在不足之處，需要通過(guò)系統(tǒng)、全面地分析降水情況積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，從而建立預(yù)報(bào)思路和預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，尋找切實(shí)有效的預(yù)報(bào)指標(biāo)，進(jìn)一步提高對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)水平[8]。

1 資料來(lái)源和天氣實(shí)況

1.1 資料來(lái)源

使用MICAPS4的常規(guī)資料、NCEP再分析資料（NCEP2.5°×2.5°）、歐洲中心關(guān)鍵物理量和對(duì)流不穩(wěn)定指數(shù)，實(shí)況資料包括地面、高空、銀川多普勒雷達(dá)、自動(dòng)站逐時(shí)觀測(cè)資料，以及河?xùn)|機(jī)場(chǎng)風(fēng)廓線雷達(dá)資料。

1.2 天氣實(shí)況

7月23日13:00西南方向有少量CB云，從雷達(dá)圖上很明顯地看到西南處有兩波對(duì)流云團(tuán)，在自西南向東北方向發(fā)展移動(dòng)的過(guò)程中，出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣（圖1）。13:12出現(xiàn)降水，并且直接達(dá)到中雨量級(jí)；13:33出現(xiàn)雷暴伴大雨天氣，能見(jiàn)度迅速下降至1.5 km，輕霧；13:47能見(jiàn)度繼續(xù)下降至600 m出現(xiàn)大霧天氣，后在14:00能見(jiàn)度升至1 200 m，轉(zhuǎn)為輕霧；14:22雷雨強(qiáng)度減弱，轉(zhuǎn)為雷暴伴小雨，能見(jiàn)度轉(zhuǎn)好至8 km，14:29第一波雷雨結(jié)束；14:55自西南方向移來(lái)第二波積雨云，轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，出現(xiàn)雷暴伴中雨天氣，能見(jiàn)度下降至2.6 km；15:21受雷暴主體影響，出現(xiàn)雷暴伴大雨天氣，能見(jiàn)度迅速降至700 m，出現(xiàn)大霧；15:28對(duì)流開(kāi)始減弱，轉(zhuǎn)成小雨，積雨云減少；15:44雷暴結(jié)束；16:00降水過(guò)程結(jié)束。過(guò)程降水量34.1 mm，受兩波對(duì)流云影響，雷暴共持續(xù)時(shí)間1 h 45 min，期間出現(xiàn)大霧天氣，最低能見(jiàn)度為600 m（表1）。

表1 7月23日風(fēng)、能見(jiàn)度、云、雷及趨勢(shì)預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)

圖1 7月23日13:26時(shí)雷達(dá)圖

2 環(huán)流形勢(shì)分析

在23日500 hPa的高空?qǐng)D上，中高緯度地區(qū)大體環(huán)流形勢(shì)為一槽一脊型，烏山受高脊控制，西伯利亞地區(qū)受寬廣的低壓槽區(qū)控制，貝湖和巴湖地區(qū)有冷槽活動(dòng)，臺(tái)風(fēng)在山東半島地區(qū)減弱成熱低壓，中緯度地區(qū)河西地區(qū)有高空槽東移，本次暴雨過(guò)程受高空槽過(guò)境影響（圖2a）。貝加爾湖南側(cè)為一深厚大槽，鄂霍次克海附近有一個(gè)低壓中心，兩者之間為高壓脊控制，河套北部地區(qū)有冷空氣堆積，不斷有小波動(dòng)?xùn)|移南下。

在700 hPa上，河套地區(qū)西部有低渦并伴有弱槽活動(dòng)，從渤海和黃海輸送的水汽通道暢通（圖2b）。在偏南氣流控制下，700 hPa處全區(qū)增濕明顯。水汽大值區(qū)在寧夏西北部，并且從700 hPa風(fēng)場(chǎng)上可以看到，本場(chǎng)上游有一低渦，本次暴雨過(guò)程受該低渦影響。

850 hPa上，在沿賀蘭山一帶有一明顯低渦，與700 hPa低渦相對(duì)應(yīng)，從22日下午開(kāi)始移進(jìn)。23日午后隨著低渦移出，本次降水逐漸結(jié)束（圖2c）。

地面上，銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)受到冷鋒前的熱低壓控制，日出后地面迅速增溫，整個(gè)上午的熱能累積有利于午后強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展（圖2d）。

圖2 7月23日00:00 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）及地面（d）的環(huán)流形勢(shì)

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 不穩(wěn)定能量

分析7月23日08:00—23日14:00各項(xiàng)不穩(wěn)定能量指標(biāo)可知，從23日早上到午后，CAPE、K指數(shù)存在明顯變小的過(guò)程，這是不穩(wěn)定能量得到釋放的標(biāo)志。研究表明，在CAPE和K指數(shù)變化劇烈時(shí)一般是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的明顯特征（表2）。

表2 CAPE與K指數(shù)

3.2 渦度、散度、垂直速度分析

由圖3a可以看出，暴雨發(fā)生前，河?xùn)|機(jī)場(chǎng)渦度處于逐漸增大的趨勢(shì)。23日，300～500 hPa附近存在一正渦度中心，說(shuō)明這個(gè)時(shí)段上升氣流發(fā)展旺盛，與強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段一致。由散度—時(shí)間剖面圖上可以看出，22日夜間至23日白天，河?xùn)|機(jī)場(chǎng)處于低層輻合、高層輻散的控制下，這種配置增強(qiáng)了高低層的抽吸效應(yīng)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生與維持，有利于增強(qiáng)降水強(qiáng)度（圖3b）。

圖3 7月22—23日暴雨過(guò)程渦度（a）和散度（b）

3.3 水汽條件分析

水汽通量場(chǎng)和水汽通量散度場(chǎng)顯示：從水汽通量圖上可以看到，22—23日，從低層到500 hPa有明顯的偏南水汽輸送，水汽輸送條件較好，較好的水汽輸送條件有利于良好的水汽條件的維持（圖4）。23日08:00在500 hPa附近有一個(gè)水汽通量散度的負(fù)值中心，表明處于水汽的匯聚區(qū)，有利于降水的維持。

圖4 水汽通量場(chǎng)和水汽通量散度場(chǎng)

700 hPa上西南地區(qū)至河套地區(qū)的偏南氣流不斷增強(qiáng)，22日20:00形成一條南風(fēng)的低空急流，大風(fēng)區(qū)從四川盆地一直延伸至河套地區(qū)，急流中心（平?jīng)稣荆┳畲箫L(fēng)速達(dá)19 m/s，同時(shí)850 hPa上也配合出現(xiàn)了偏東風(fēng)低空急流，此低空急流從西南地區(qū)一直延伸至河套地區(qū)，到達(dá)銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)上空的急流風(fēng)速達(dá)11 m/s，高速的偏南氣流不僅將水汽源源不斷輸向甘肅南部和寧夏地區(qū)，為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了充足的水汽條件，同時(shí)急流中心的強(qiáng)風(fēng)速帶造成的中尺度擾動(dòng)在位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)中引發(fā)了這次強(qiáng)對(duì)流天氣。受此強(qiáng)對(duì)流影響寧夏大部分地區(qū)出現(xiàn)了雷雨和冰雹天氣。

4 風(fēng)廓線雷達(dá)

在本次暴雨過(guò)程的風(fēng)廓線雷達(dá)垂直速度圖上，深顏色藍(lán)線為降水開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，淺顏色藍(lán)線為大雨開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，下沉氣流強(qiáng)度與降水的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間對(duì)應(yīng)得非常好（圖5）。當(dāng)下沉氣流速度大于2 m/s時(shí)，降水開(kāi)始；當(dāng)下沉氣流速度小于2 m/s時(shí)，降水結(jié)束。而且下沉氣流大值區(qū)達(dá)到的高度越高，降水強(qiáng)度越大，當(dāng)在5 km以上出現(xiàn)下沉氣流大于4 m/s時(shí)，河?xùn)|機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)大雨天氣。說(shuō)明風(fēng)廓線雷達(dá)圖對(duì)降水的起止時(shí)間起到較好的指示作用。

圖5 7月23日13:00~16:00風(fēng)廓線圖

5 地形影響

銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)地處?kù)`武市臨河鄉(xiāng)鄂爾多斯沖擊區(qū)二級(jí)臺(tái)地、東臨毛烏素沙漠邊緣。機(jī)場(chǎng)西面有縱貫寧夏平原的黃河常年不斷流。機(jī)場(chǎng)南、西、北三側(cè)地形平坦。機(jī)場(chǎng)西北方（磁向306°）53.4 km處為賀蘭山主峰，海拔3 150 m,高出機(jī)場(chǎng)平面2 010 m。賀蘭山脈呈南北走向，縱跨整個(gè)銀川平原，是一道天然屏障，有效地阻擋騰格里大沙漠東移，也對(duì)銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)區(qū)域天氣氣候產(chǎn)生一定的影響。暴雨期間，隨著副熱帶高壓的北抬，700 hPa偏南急流和850 hPa偏東急流的發(fā)展加強(qiáng)，兩支急流攜帶水汽輸送過(guò)程中，受到賀蘭山的阻擋，在賀蘭山東麓地區(qū)堆積，低層形成與賀蘭山脈走向一致的水汽輸送帶和水汽輻合區(qū)。

6 結(jié)論

（1）本次暴雨過(guò)程為對(duì)流層高層南亞高壓東側(cè)北風(fēng)急流出口區(qū)左側(cè)形成強(qiáng)輻散，低層受低渦影響輻合，這樣高低空系統(tǒng)耦合，在暴雨區(qū)上空形成強(qiáng)大的上升運(yùn)動(dòng)，在臺(tái)風(fēng)和副熱帶高壓的作用下， 偏南風(fēng)低空急流源源不斷地向西北地區(qū)東部輸送水汽，造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定。

（2）分析周邊的渦度、散度及水汽輸送狀況等情況，對(duì)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)具有指示意義。

（3）風(fēng)廓線雷達(dá)圖對(duì)降水的起止時(shí)間起到較好的指示作用。

（4）賀蘭山地形的阻擋作用有利于本次暴雨的發(fā)生。