哈爾濱機(jī)場(chǎng)冷渦雷暴預(yù)報(bào)方法初探

趙凱，鐘偉，鄭麗杰

（民航黑龍江空管分局，黑龍江哈爾濱 150079）

哈爾濱機(jī)場(chǎng)冷渦雷暴預(yù)報(bào)方法初探

趙凱，鐘偉，鄭麗杰

（民航黑龍江空管分局，黑龍江哈爾濱 150079）

本文通過用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)冷渦雷暴分析，得出數(shù)值預(yù)報(bào)的形勢(shì)場(chǎng)、抬升指數(shù)、K指數(shù)、垂直速度等，對(duì)提前預(yù)報(bào)冷渦雷暴有很好的指示作用。結(jié)合衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖，能更好的監(jiān)控冷渦雷暴的發(fā)展演變，為飛行安全提供有力保障。

數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品；冷渦雷暴；預(yù)報(bào)；衛(wèi)星云圖；多普勒雷達(dá)

1 引言

對(duì)于法航的空難原因有人這么推測(cè)：“導(dǎo)致法航客機(jī)失事的最大原因可能是天氣因素導(dǎo)致技術(shù)故障”。[1]更有專家說：“5月31日晚11：00，指揮官報(bào)道稱云層上出現(xiàn)強(qiáng)氣流、電雷暴和強(qiáng)風(fēng)。10：00后，自動(dòng)駕駛失去聯(lián)絡(luò)，具體原因不詳”。[2]可見，雷暴是目前公認(rèn)的嚴(yán)重威脅飛行安全的天氣現(xiàn)象。雷暴云能產(chǎn)生各種各樣的危及飛行安全的天氣現(xiàn)象：強(qiáng)烈的湍流、積冰、閃電（雷擊）、雷雨、大風(fēng)、下?lián)舯┝?、低空風(fēng)切變，有時(shí)甚至還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。近幾年，航班量日益增加，航班的飛行時(shí)間跨度、密度都在增加，幾乎每個(gè)航班都有面對(duì)雷暴天氣的機(jī)會(huì)，復(fù)飛、備降、延誤都有可能，這也將增加飛行成本。如果能利用現(xiàn)有的資料把雷暴天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，不但彰顯了“航空氣象助飛行安全快捷”的宗旨，且對(duì)提高航空公司的經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義。所以，本文將結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、衛(wèi)星云圖與多普勒雷達(dá)回波圖，對(duì)哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴的預(yù)報(bào)進(jìn)行總結(jié)探討，期望對(duì)今后工作有所幫助和啟發(fā)。

2 誘發(fā)哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴的天氣形勢(shì)

通過對(duì)哈爾濱機(jī)場(chǎng)1996～2005年雷暴產(chǎn)生前的天氣形勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴幾乎都是在一定天氣形勢(shì)下產(chǎn)生的系統(tǒng)性雷暴，產(chǎn)生雷暴的主要天氣形勢(shì)有：冷鋒型、冷渦型、暖鋒型、空中槽型。本文主要分析冷渦雷暴，因?yàn)樵诶錅u形勢(shì)下，整個(gè)東北都受影響，大多數(shù)地方都有雷暴發(fā)生，對(duì)航路及備降場(chǎng)選擇都有直接影響。

3 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品在冷渦雷暴預(yù)報(bào)中的釋用

雷暴形成的物理?xiàng)l件常常在雷暴發(fā)生前不久才開始明顯，因此，利用原來的實(shí)況觀測(cè)資料等常規(guī)天氣圖資料預(yù)報(bào)雷暴只能是雷暴臨近時(shí)的診斷，而非預(yù)報(bào)[3]。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)未來的天氣形勢(shì)、有關(guān)物理量做出了定量預(yù)報(bào)，也就給出了能反映雷暴產(chǎn)生的天氣形勢(shì)、及相關(guān)特征物理量（線）的預(yù)報(bào)值，根據(jù)預(yù)報(bào)出的天氣形勢(shì)、特征量（線）來判斷雷暴的產(chǎn)生，無疑在時(shí)間上做出了提前量。根據(jù)雷暴產(chǎn)生的條件，本文將簡(jiǎn)單歸納一下，哈爾濱機(jī)場(chǎng)冷渦雷暴預(yù)報(bào)中數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的初步釋用。

3.1 天氣形勢(shì)中數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用

系統(tǒng)性雷暴的預(yù)報(bào)，依賴于正確分析天氣形勢(shì)的發(fā)展變化。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)黑龍江省未來72 h天氣形勢(shì)的預(yù)報(bào)可信度較高，均可用[4]。因此，預(yù)報(bào)員可以根據(jù)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的形勢(shì)場(chǎng)，判斷當(dāng)日是否具備產(chǎn)生雷暴的天氣形勢(shì)。形勢(shì)場(chǎng)的分析，哈爾濱預(yù)報(bào)室一般采用日本傳真圖，本文多使用天氣在線GFS產(chǎn)品。

3.1.1 冷渦雷暴氣候特征

冷渦雷暴主要出現(xiàn)在春末至初夏，尤其以6月份較多，冷渦雷暴出現(xiàn)幾率占全年雷暴出現(xiàn)日數(shù)的27%左右，近幾年有增多趨勢(shì)。哈爾濱機(jī)場(chǎng)連續(xù)性雷暴日多是由冷渦引起，最長(zhǎng)的冷渦雷暴持續(xù)了10 d。由天氣學(xué)原理知道，雷暴一般較易出現(xiàn)在冷渦南方、東南方，或東北部。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)冷渦中心位于43°N左右，110°E～132°E之間區(qū)域內(nèi)時(shí)（此類低渦一般是蒙古氣旋向東北移動(dòng)過程中加強(qiáng)而產(chǎn)生的），或低渦中心出現(xiàn)在51°N左右，110°E～132°E之間區(qū)域內(nèi)時(shí)（此類低渦一般由西北冷空氣在在黑龍江省北部加強(qiáng)而產(chǎn)生），機(jī)場(chǎng)易發(fā)生雷暴。

3.1.2 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品模擬冷渦的個(gè)例分析

數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品能夠很好的模擬出冷渦形成的過程，以及冷渦形成時(shí)間和位置,這比一般預(yù)報(bào)員根據(jù)常規(guī)天氣資料外推冷渦的發(fā)展更加直觀、準(zhǔn)確。

圖1 2009年5月29日～6月5日500 hPa形勢(shì)演變（29/05/09 00GMT起報(bào)）

圖1是天氣在線GFS模式模擬的500 hPa冷渦演變過程。由圖可以看出，5月29日冷渦前沿開始影響機(jī)場(chǎng)，到6月5日冷渦逐漸減弱東移出機(jī)場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少要8 d。根據(jù)機(jī)場(chǎng)觀測(cè)記錄，5月29～30日和6月2～6日，均有雷暴，冷渦雷暴持續(xù)影響機(jī)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)9 d，這是較為罕見的。預(yù)報(bào)產(chǎn)品模擬出29、30日冷渦中心由55°N、118°E附近逐漸東南移動(dòng)到49°N、124°E附近，機(jī)場(chǎng)處于冷渦中心的東南方，冷中心較強(qiáng)，出現(xiàn)弱雷雨；5月31日～6月1日，冷渦繼續(xù)東南移動(dòng)，機(jī)場(chǎng)位于冷渦中心附近，天氣相對(duì)穩(wěn)定；之后，冷渦在東北地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，且相對(duì)較弱，在冷空氣的不斷補(bǔ)充下，冷中心不斷南下，2日開始機(jī)場(chǎng)逐漸處于冷渦的偏北部位，在弱冷渦的影響下，機(jī)場(chǎng)天天有雷雨。由此可見，弱冷渦形勢(shì)下，機(jī)場(chǎng)與冷渦的位置適當(dāng)時(shí)，更易發(fā)生雷暴。

圖2 6月8～11日500 hPa形勢(shì)場(chǎng)演變（08/06/09 00GMT起報(bào)）

圖2模擬的是6月8～11日冷渦過程500 hPa形勢(shì)演變情況。從圖中可以看出，8日西南面低中心（45°N、110°E附近）不斷向東移動(dòng)，本場(chǎng)位于低槽前的暖濕空氣中，且形勢(shì)場(chǎng)很弱；9日南來低壓與北邊的冷空氣相遇，冷渦開始發(fā)展加強(qiáng)，本場(chǎng)仍然處在冷渦的東邊，發(fā)展階段的冷渦相對(duì)較弱。10日06：00前后，冷渦發(fā)展強(qiáng)盛，且中心移向本場(chǎng)。據(jù)觀測(cè)記錄，8日，本場(chǎng)午后至夜間雷暴分別在09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47時(shí)段發(fā)生；9日02:59～05:46、07:42～09:53有雷暴發(fā)生。而10～11日則沒有雷暴發(fā)生記錄。

3.2 穩(wěn)定度指標(biāo)

3.2.1 抬升指數(shù)LI

本文的抬升指數(shù)采用天氣在線的定義，即抬升指數(shù)（LI）表示，一個(gè)氣塊從抬升凝結(jié)高度出發(fā)，沿濕絕熱線上升到500 hPa（海拔5200 m左右高度）處所具有的溫度被該處實(shí)際大氣溫度所減得到的差值。當(dāng)差值為負(fù)數(shù)時(shí)，表明氣塊比其環(huán)境溫度更暖，因此將會(huì)繼續(xù)上升。該差值的絕對(duì)值越大，出現(xiàn)對(duì)流天氣的可能性也越大。差值為正數(shù)時(shí)，表示大氣層結(jié)穩(wěn)定（見表1）。

表1 抬升指數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)值與天氣現(xiàn)象

圖3 6月8日抬升指數(shù)預(yù)報(bào)圖（起報(bào)時(shí)間08/06/09 00GMT）

抬升指數(shù)對(duì)機(jī)場(chǎng)雷暴預(yù)報(bào)有一定的指示作用。當(dāng)哈爾濱位于0～3對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)時(shí)，機(jī)場(chǎng)基本上都有雷暴發(fā)生；位于該區(qū)域的邊緣，有時(shí)候也會(huì)有雷暴發(fā)生。也出現(xiàn)過漏報(bào)的情況，但相對(duì)較少。圖3是2009年6月8日00:00世界時(shí)起報(bào)的抬升指數(shù)預(yù)報(bào)圖，從圖中可以估計(jì)出，06:00以后本場(chǎng)開始出現(xiàn)不穩(wěn)定；06:00～12:00之間，有可能出現(xiàn)雷暴；12:00～18:00之間出現(xiàn)雷暴的可能性更大。對(duì)照8日觀測(cè)記錄，雷暴發(fā)生時(shí)間09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47，可以看出，利用抬升指數(shù)可以粗略估計(jì)雷暴發(fā)生的時(shí)間，提前預(yù)報(bào)出雷暴發(fā)生時(shí)段，對(duì)保障飛行有重要意義。

3.2.2 k指數(shù)

K指數(shù)定義：K＝t850-t500+td850-（t-td）700

式中t表示溫度，td表示露點(diǎn)，下標(biāo)為等壓面數(shù)值，K值越大，大氣越不穩(wěn)定。

K指數(shù)表示在探空?qǐng)D中，常規(guī)探空?qǐng)D一天只有2張，對(duì)預(yù)報(bào)雷暴發(fā)生預(yù)報(bào)的指示作用有限。天氣在線GFS探空?qǐng)D，每3 h一張，K指數(shù)指示值更接近于雷暴發(fā)生的時(shí)刻，所以結(jié)合抬升指數(shù)，更容易判斷出雷暴發(fā)生的大概時(shí)間。統(tǒng)計(jì)得出：

K<20℃無雷雨；

25℃>K>20℃孤立雷雨；

30℃>K>25℃零星雷雨；

35℃>K>30℃分散雷雨；K>35℃成片雷雨。

根據(jù)哈爾濱機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)室統(tǒng)計(jì)，當(dāng)K≥25℃時(shí)，雷暴發(fā)生的可能性為90%以上。

3.3 相關(guān)要素

3.3.1 垂直速度

垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)引起水汽、熱量、渦度等垂直輸送，大氣中的能量轉(zhuǎn)換主要是借垂直運(yùn)動(dòng)才得以實(shí)現(xiàn)的，因此分析垂直運(yùn)動(dòng)在天氣預(yù)報(bào)方面有重要意義[5]。哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴發(fā)生前，機(jī)場(chǎng)西面垂直速度925 hPa和700 hPa均為負(fù)值，700 hPa預(yù)報(bào)值一般在-10 hPa/h以下，暖濕空氣的上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，為雷暴的觸發(fā)提供了動(dòng)力條件；東面925 hPa和700 hPa為正值區(qū)，有暖空氣活動(dòng)。雷暴發(fā)生以后，垂直速度從低到高逐漸轉(zhuǎn)為正值或0值。

3.3.2 水汽條件

充沛的水汽是發(fā)生雷暴必不可少的條件之一，而對(duì)流層低層的濕層必須靠水汽的不斷輸送和輻合來維持。判斷水汽含量多少，本文采用天氣在線925 hPa和700 hPa相對(duì)濕度預(yù)報(bào)值，結(jié)合中國(guó)東部降水即降水量分布圖。陳勇[6]等人，也采用類似的方法計(jì)算長(zhǎng)沙雷暴發(fā)生時(shí)的水汽條件。哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴發(fā)生前925 hPa和700 hPa相對(duì)濕度都在75%以上，且6 h降水量＞1 mm。

4 衛(wèi)星云圖資料的使用

由上面分析，可以看出數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品能較有效地描述天氣系統(tǒng)發(fā)展，較好地預(yù)報(bào)雷暴天氣的發(fā)生、發(fā)展趨勢(shì)，有一定的可用性。但鑒于對(duì)雷暴生命史短，范圍小的特點(diǎn)，要想準(zhǔn)確、及時(shí)地監(jiān)測(cè)到雷暴發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間和強(qiáng)度，做好未來9 h內(nèi)的臨近預(yù)報(bào)，僅靠數(shù)值產(chǎn)品是不夠的，必須配合使用雷達(dá)、衛(wèi)星等探測(cè)手段。

在衛(wèi)星云圖上，冷渦前部發(fā)生的雷暴時(shí)，冷渦前部有一片松散的暖云區(qū)，雷暴云團(tuán)出現(xiàn)在該云區(qū)中，表現(xiàn)為云區(qū)當(dāng)中鑲嵌[7]有一些白亮點(diǎn)。冷渦較弱時(shí)，穩(wěn)定少動(dòng)，原地生消；較強(qiáng)時(shí)，緩慢東移。也有對(duì)流單體沿冷渦周圍氣旋移動(dòng)到冷渦前發(fā)展而成，但相對(duì)較少。在冷渦后部發(fā)生雷暴時(shí)，雷暴云一般在細(xì)胞狀云區(qū)中發(fā)生發(fā)展，出現(xiàn)積云稠密區(qū)或逗點(diǎn)狀云；在冷渦偏西部位的螺旋云線上，經(jīng)常也會(huì)出現(xiàn)小亮點(diǎn)，這些亮點(diǎn)一般在氣流由西北轉(zhuǎn)為西南的地方，發(fā)展強(qiáng)烈成雷。根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)，配合水汽圖，一般能提前判斷雷暴發(fā)生的可能性，但雷暴的強(qiáng)弱、移速、具體位置等還得看雷達(dá)回波圖。

5 多普勒雷達(dá)回波資料的運(yùn)用

多普勒雷達(dá)回波圖能直觀的顯示雷暴云的方位、強(qiáng)度、移向移速、雷暴垂直結(jié)構(gòu)等，對(duì)預(yù)報(bào)雷暴的發(fā)展演變具有很好的指示作用。哈爾濱機(jī)場(chǎng)夏季雷暴發(fā)生時(shí),回波強(qiáng)度一般在40 dBz以上；春、秋季節(jié)，回波強(qiáng)度在35 dBz以上，就可產(chǎn)生雷暴。如果徑向速度上有正負(fù)相間的“輻合帶”存在，負(fù)值在外，正值在內(nèi)，且多普勒徑向速度值不斷增大，可判斷該回波將發(fā)展，該徑向速度輻合帶略處于該回波的前沿，預(yù)示著雷暴云未來移向。低仰角回波前沿徑向速度若出現(xiàn)大值區(qū)，則預(yù)示有雷暴大風(fēng)，可作為本站短時(shí)最大陣風(fēng)預(yù)報(bào)的參考。速度產(chǎn)品垂直風(fēng)廓線，對(duì)風(fēng)切變的發(fā)生變化有一定指示作用。

6 總結(jié)

（1）6月份是哈爾濱機(jī)場(chǎng)冷渦雷暴多發(fā)季節(jié)。

（2）數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品能夠很好的模擬出冷渦發(fā)展演變,對(duì)提前預(yù)報(bào)雷暴發(fā)生的可能性，有一定指導(dǎo)作用。當(dāng)機(jī)場(chǎng)位于冷渦相對(duì)較弱部位時(shí)，雷暴發(fā)生的幾率更大。

（3）預(yù)報(bào)抬升指數(shù)≤0時(shí)，機(jī)場(chǎng)有可能發(fā)生雷暴；當(dāng)K≥25℃時(shí)，雷暴發(fā)生的可能性為90%以上，間隔3 h K指數(shù)預(yù)報(bào)值，能更好的顯示雷暴發(fā)生前大氣不穩(wěn)定程度。一般情況下，700 hPa垂直速度≤-10 hPa/h值時(shí)，預(yù)示有雷暴發(fā)生；925 hPa濕度能很好的指示雷暴發(fā)生的水汽條件。

（4）衛(wèi)星云圖上，冷渦前雷暴時(shí)，雷暴云出現(xiàn)在較雜亂的暖云區(qū)；冷渦后雷暴，則一般在細(xì)胞狀云區(qū)出現(xiàn)。雷達(dá)回波圖上的輻合區(qū)，能判斷雷暴將發(fā)展及未來移向；回波前沿的最大速度值，可作為預(yù)報(bào)機(jī)場(chǎng)最大陣風(fēng)的參考。

[1]新華網(wǎng)http://news.xinhuanet.com/world/2009-06/ 04/content_11487946.htm.

[2]華夏經(jīng)緯網(wǎng)http://www.huaxia.com/xw/gdxw/2009/ 06/1450477.html.

[3]何宏讓,錢貞成,王春明.數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品解釋應(yīng)用[M].南京：解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院訓(xùn)練部，2007:59-63.

[4]呂非,祖雪梅,于震宇，等.72h數(shù)值預(yù)報(bào)形勢(shì)產(chǎn)品在黑龍江省的應(yīng)用[J].黑龍江氣象，2004，3：14-15.

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The Preliminary Study of Cold Vortex Thunderstorms in Harbin Airport

ZHAO Kai,ZHONG Wei,ZHENG Li-jie
（Heilongjiang Air Traffic Management Branch of CAAC，Heilongjiang Harbin 150079）

By analyzing cold Vortex thunderstorm on numerical weather prediction products,we found that many numerical weather prediction products had good instructions on forecasting cold vortex thunderstorms ahead of, such as the situation in the field of numerical weather prediction,uplifting index,K index,and vertical speed. Combining satellite imagery and radar echoes,we could better monitor cold Vortex thunderstorm evolution,and serve for flight safety.

numerical weather prediction products;cold Vortex thunderstorm;forecast;Satellite imagery;Doppler radar

P458.1+2

A

1002－252X（2010）01－0010－04

2009－10－6

趙凱（1980-），女，河南省南陽(yáng)市人，成都信息工程學(xué)院，本科生，工程師.