蘭州中川機(jī)場(chǎng)一次強(qiáng)雷雨天氣過(guò)程診斷分析

丁楠

摘要：2017年06月05日，蘭州中川機(jī)場(chǎng)發(fā)生一次強(qiáng)雷雨天氣過(guò)程。本文利用EC細(xì)網(wǎng)格資料，結(jié)合實(shí)況背景場(chǎng)，對(duì)強(qiáng)雷雨發(fā)生的環(huán)境條件進(jìn)行了診斷分析。得出：1.本次過(guò)程屬于西北氣流型。高空槽后強(qiáng)冷平流，低層午后增溫?zé)崃Σ环€(wěn)定造成了本次過(guò)程的發(fā)生。2.中低層熱力不穩(wěn)定，700hPa風(fēng)速輻合線提供動(dòng)力抬升，明顯的垂直運(yùn)動(dòng)是本次過(guò)程的基礎(chǔ)條件。3.中低層充沛的水汽含量、明顯的水汽積累，形成了深厚濕層，是強(qiáng)雷雨發(fā)生的關(guān)鍵條件。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)雷雨；EC細(xì)網(wǎng)格；診斷分析；蘭州中川機(jī)場(chǎng)

強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，對(duì)現(xiàn)代航空飛行安全有著重要的影響。近年來(lái)，隨著民航業(yè)迅猛發(fā)展，強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)航空安全和航班正常性的影響愈發(fā)凸顯。民航相關(guān)從業(yè)人員也越發(fā)重視強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)，并有了一定的成果。[12]蘭州中川機(jī)場(chǎng)位于永登縣秦王川盆地東南，北近烏鞘嶺，西接祁連山支脈。[3]獨(dú)特的地理與氣候條件，造成了中川機(jī)場(chǎng)夏季強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程發(fā)生頻次較高。2017年，蘭州中川機(jī)場(chǎng)年旅客吞吐量超過(guò)1200萬(wàn)人次，強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程對(duì)航班正常性的影響理應(yīng)得到足夠的重視。2017年06月05日，中川機(jī)場(chǎng)發(fā)生一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，雷暴持續(xù)時(shí)間達(dá)1小時(shí)11分鐘，短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間達(dá)到21分鐘，降水量達(dá)到6.3毫米，對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響。本文將利用EC細(xì)網(wǎng)格資料結(jié)合實(shí)況資料，對(duì)這次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行診斷分析。

1 資料說(shuō)明

由于我國(guó)兩次探空時(shí)間（08時(shí)和20時(shí)）大多數(shù)都不在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的時(shí)段內(nèi)，有時(shí)08時(shí)的天氣形勢(shì)并不能真正代表強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)的天氣形勢(shì)。[4]因此，在中川機(jī)場(chǎng)實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，采用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品作為診斷量。近年來(lái)，通過(guò)業(yè)務(wù)實(shí)際總結(jié)，EC細(xì)網(wǎng)格資料在中川機(jī)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流過(guò)程預(yù)報(bào)中，表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。因此，本文采用EC細(xì)網(wǎng)格資料進(jìn)行分析。本文采用的EC細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品每日有08時(shí)和20時(shí)2個(gè)時(shí)次的起報(bào)時(shí)間，空間分辨率在地面為0.125°×0125°在1000～100hPa間為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率在72h內(nèi)為3小時(shí)，72小時(shí)～240小時(shí)為6h，包含有風(fēng)、溫、壓、濕等多種要素。本文采用距蘭州中川機(jī)場(chǎng)最近的一格點(diǎn)上的資料作為地面資料取值點(diǎn)，采用蘭州中川機(jī)場(chǎng)正好位于正中的左右兩格點(diǎn)上資料平均值作為高空資料取值點(diǎn)。中川機(jī)場(chǎng)海拔達(dá)1947.2m，因此本文中以600hPa～400hPa作為對(duì)流層中層，以600hPa以下層次作為對(duì)流層低層。

2 天氣過(guò)程回顧與天氣形勢(shì)分析

2017年06月05日，蘭州中川機(jī)場(chǎng)遭遇強(qiáng)雷雨天氣，中川機(jī)場(chǎng)于15：09分（北京時(shí)，下同）發(fā)生雷暴天氣，持續(xù)至16時(shí)20分雷暴結(jié)束，過(guò)程持續(xù)期間，在15：5416：05及16：47分16：57分間，發(fā)生兩段短時(shí)強(qiáng)降水，過(guò)程總降水量達(dá)到6.3毫米，是中川機(jī)場(chǎng)夏季遭遇的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程之一，本次天氣過(guò)程造成1架次航班返航，2架次航班備降，同時(shí)對(duì)機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行造成了較大影響。

如圖1所示06月05日08時(shí)實(shí)況，500hPa高度層高空槽東移后，中川機(jī)場(chǎng)處于低渦系統(tǒng)西南側(cè)，甘肅中西部地區(qū)轉(zhuǎn)為西北氣流控制，溫度場(chǎng)上，較強(qiáng)冷平流區(qū)明顯落后于高空槽，有較強(qiáng)的冷平流，大氣狀態(tài)具備較強(qiáng)的斜壓性。700hPa上，也為槽后西北氣流，河西有西北東南向的低空急流，蘭州中川機(jī)場(chǎng)位于低空急流的右前方，河西中西部有較強(qiáng)的暖平流。依據(jù)據(jù)甘肅省強(qiáng)對(duì)流天氣中尺度分析業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)范，此種天氣形勢(shì)在天氣型分類上，屬于西北氣流型。而西北氣流型恰恰是甘肅省短時(shí)強(qiáng)降水概念模型中的天氣形勢(shì)之一。因此，依據(jù)當(dāng)日08時(shí)實(shí)況資料，可以判定天氣背景形勢(shì)，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

3 環(huán)境條件診斷分析

依據(jù)強(qiáng)對(duì)流天氣診斷分析方法，本文將從熱力不穩(wěn)定條件、水汽條件、抬升條件三個(gè)方面對(duì)本次天氣過(guò)程進(jìn)行分析，由于資料更新時(shí)間原因，在過(guò)程發(fā)生前，實(shí)際預(yù)報(bào)中，只能參考前一日20時(shí)為初始場(chǎng)的數(shù)值預(yù)報(bào)資料，因此，本文選用06月04日20時(shí)初始場(chǎng)數(shù)值預(yù)報(bào)資料對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的環(huán)境條件進(jìn)行診斷分析。

3.1 熱力不穩(wěn)定條件分析

較大的溫度垂直遞減率有利于強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的發(fā)生，因中川機(jī)場(chǎng)海拔高度在1900米以上，因此選取700hPa與500hPa溫度差來(lái)表征這一屬性。06月05日08時(shí)20時(shí)各高度層上溫度如表1：

在強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程發(fā)生前后，蘭州中川機(jī)場(chǎng)700hPa與500hPa溫度差（℃）變化趨勢(shì)為先增大后減小，同時(shí)數(shù)值上，始終大于16.2℃，說(shuō)明溫度垂直遞減率始終大于濕絕熱垂直遞減率，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的發(fā)生。此外，“在深對(duì)流可能發(fā)生的環(huán)境中，對(duì)流有效位能是一個(gè)與環(huán)境聯(lián)系最為密切的熱力學(xué)變量，廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外強(qiáng)對(duì)流天氣的診斷分析”，[5]06月05日08時(shí)20時(shí)中川機(jī)場(chǎng)對(duì)流有效位能情況如圖2

如圖，強(qiáng)對(duì)流過(guò)程發(fā)生當(dāng)日對(duì)流有效位能值（CAPE，下同）在對(duì)流過(guò)程發(fā)生前后最大值達(dá)到了198.75J·kg-1。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)總結(jié)，符合較大有效位能值的經(jīng)驗(yàn)性判斷。同時(shí)，在雷暴發(fā)生6小時(shí)及發(fā)生后3小時(shí)，對(duì)流有效位能變化值達(dá)到198.75J·kg-1及198.375J·kg-1，說(shuō)明在雷暴發(fā)生前不穩(wěn)定能量迅速積累，而在雷暴過(guò)程中不穩(wěn)定能量迅速釋放。此外，必須說(shuō)明的是，據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)比，就中川機(jī)場(chǎng)而言，EC細(xì)網(wǎng)格資料CAPE值較實(shí)際值偏小，但通過(guò)對(duì)其數(shù)值的變化進(jìn)行分析，仍然對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生有較強(qiáng)的的指示意義。結(jié)合以上論述，當(dāng)日中川機(jī)場(chǎng)具備較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定特性，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

3.2 水汽條件分析

如表2，在強(qiáng)雷雨發(fā)生的時(shí)段附近，數(shù)值預(yù)報(bào)資料顯示，700hPa比濕達(dá)到了5.21g·kg-1，600hPa比濕達(dá)到4.97g·kg-1，500hPa比濕為1.67g·kg-1，說(shuō)明中低層整層比濕都較大，由于比濕是反映空氣中實(shí)際水汽含量的物理參量，因此，雷暴發(fā)生前后大氣中低層始終處于相對(duì)潮濕的狀態(tài)。同時(shí)，從變化趨勢(shì)出發(fā)，700hPa和600hPa比濕在11時(shí)14時(shí)間出現(xiàn)了明顯的躍升，500hPa和400hPa在14時(shí)17時(shí)之間有上升趨勢(shì)。說(shuō)明在強(qiáng)雷雨發(fā)生前后，中低層大氣整層出現(xiàn)了水汽的積聚。此外，從大氣中水汽相對(duì)含量出發(fā)，考察相關(guān)時(shí)段相對(duì)濕度如表：

強(qiáng)雷雨出現(xiàn)時(shí)段內(nèi)，700hPa和600hPa的相對(duì)濕度分別大于60%和 70%，500hPa和400hPa的相對(duì)濕度在14時(shí)至17時(shí)之間出現(xiàn)明顯躍升。尤其值得注意的是500的相對(duì)濕度在17時(shí)達(dá)到了96.75%，相對(duì)濕度反映的是空氣的飽和程度，因此說(shuō)明中低層整層空氣的飽和程度較高，具備較為深厚的濕層。綜合以上分析，700hPa至400hPa比濕和相對(duì)濕度都反映出此次天氣過(guò)程中的水汽條件較好，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。

3.3 抬升條件分析

分析圖3，可以發(fā)現(xiàn)06月05日11時(shí)至14時(shí)間，700hPa存在自北向南移動(dòng)的風(fēng)速輻合線，且在14時(shí)左右過(guò)境蘭州中川機(jī)場(chǎng)。該風(fēng)速輻合線為強(qiáng)對(duì)流的出現(xiàn)提供了動(dòng)力抬升作用。此外，在強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的診斷分析中，分析抬升條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)具體分析局地上升運(yùn)動(dòng)。06月05日14時(shí)蘭州中川機(jī)場(chǎng)附近EC細(xì)網(wǎng)格資料散度場(chǎng)情況為在強(qiáng)雷雨出現(xiàn)前的鄰近時(shí)刻，700hPa散度場(chǎng)上，中川機(jī)場(chǎng)位于中心值達(dá)到367.26×107s-1的大的負(fù)值中心附近，為較強(qiáng)輻合，200hPa散度場(chǎng)上中川機(jī)場(chǎng)位于中心值達(dá)到159.89×107s-1的大的正值中心附近，為較強(qiáng)輻散。說(shuō)明低層有較強(qiáng)輻合而高層有較強(qiáng)輻散，存在有利于強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)論

綜合以上分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）2017年06月05日蘭州中川機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的強(qiáng)雷雨過(guò)程，在雷暴分型中應(yīng)當(dāng)屬于西北氣流型。主要受到高空槽后強(qiáng)冷平流，及低層午后增溫造成的熱力不穩(wěn)定影響，產(chǎn)生了強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程。

（2）本次過(guò)程中，中低層存在較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定，700hPa風(fēng)速輻合線提供了較強(qiáng)的動(dòng)力抬升，低層較強(qiáng)的輻合和高層較強(qiáng)的輻散產(chǎn)生了明顯的垂直運(yùn)動(dòng)。是此次天氣過(guò)程中有利于強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的環(huán)境條件。這些環(huán)境條件是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的基礎(chǔ)條件。

（3）在前述基礎(chǔ)上，中低層各個(gè)層次都具備充沛的水汽含量、明顯的水汽積累，形成了較為深厚的濕層。說(shuō)明在本次天氣過(guò)程中水汽條件良好，有利于較強(qiáng)降水的出現(xiàn)。這一點(diǎn)是中川機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)本次強(qiáng)雷雨的關(guān)鍵條件。

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