溫州機場一次雷雨過程數值預報和動力分析

侯思遠 蔣伶仙

摘 要 在利用數值預報產品和1°×1°NCEP再分析資料對2015年8月13日的一次雷雨天氣過程的天氣形勢和物理量場特征分析基礎上，從雷雨和強降水的發(fā)生條件入手，討論了數值預報中的對流參數在此次過程中的指示意義。結果表明：地面中低層的暖濕西南氣流和高層淺槽東移的天氣形勢配置是給此次雷雨提供了有利的觸發(fā)機制。數值預報產品中的對流有效位能、沙氏指數的分布和變化可以較好地提示此次雷雨的發(fā)生、發(fā)展。而水汽通量散度的變化對降水過程的指示意義也是明顯的。

關鍵詞 雷雨觸發(fā)機制；對流參數；水汽通量散度

中圖分類號：P458.12 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）06--03

在雷雨活動區(qū)中飛行，除了云中飛行的一般困難外，還會遇到強烈的顛簸、積冰、雷擊、陣雨、風切變和龍卷。盡管現代民用航空器的安全性能已有了很高的保障，但作為航空器起飛、降落的航站范圍內的雷雨預報準確與否仍然直接影響到航空安全生產。

2015年8月13日傍晚發(fā)生在溫州機場的一次雷雨天氣過程是一次典型的系統(tǒng)性雷雨過程，此次過程共造成6個航班備降，過程降水量為46.1 mm，達到了大雨程度，且雷暴天氣持續(xù)了近4 h。當日，本場觀測實況雷暴和降水演變時段見表1。

1 天氣過程分析

1.1 環(huán)流場分析

13日00UTC，500 hPa高度場為東高西低的形勢控制，中東部地區(qū)有淺槽東移，東部沿海地區(qū)受副高控制，南支槽的東移將暖濕空氣經由副高輸送到東部沿海；華北地區(qū)有一暖脊阻擋了冷空氣的進一步南下，而遼東半島槽后的弱冷空氣由我國東北地區(qū)經由朝鮮半島向南擴散至中東部地區(qū)，與副高外圍的西南暖濕氣流交匯。

1.2 天氣形勢分析

12日北方冷高壓緩慢擴散南下，西南地區(qū)倒槽發(fā)展，海上副熱帶高壓控制了東部沿海一帶，13日西南倒槽在副熱帶高壓的擠壓下向東南沿海移動發(fā)展，隨著北方冷高壓進一步南下，副高略有東退，在日變化的作用下午后到傍晚倒槽加深發(fā)展并有北抬。而本場一直處在暖區(qū)內的西南氣流中。

低層850 hPa本場處于副高邊緣的西南暖濕氣流之中，水汽從南海經過華南輸送到本場；一條槽線從位于日本的低壓中心經由東海、杭州灣一直延伸到華中地區(qū)，槽后一股弱冷平流也從華北平原擴散而下。

700 hPa、500 hPa上均有一條高空槽從杭州灣延伸到長江中部地區(qū)，高空槽后還伴隨著一條冷槽帶來了北方的弱冷空氣，而中高層冷空氣的侵入和渦度輸送使得對流層中低層的不穩(wěn)定層結得到了觸發(fā)機制，導致此次雷雨的發(fā)生和發(fā)展。

2 數值天氣預報分析

數值天氣預報與經典的以天氣學方法作天氣預報不同，它是一種定量的和客觀的預報，因此可以根據數值天氣預報的結果分析雷雨發(fā)生的概率、時間、強度等要素，是日常預報工作的一個有力工具。

2.1 對流參數

綜合運用各種對流參數，不僅有助于加深強對流天氣發(fā)生發(fā)展物理機制的了解，而且也有利于增強此類局地強暴雨發(fā)生潛勢的預測。

2.1.1 對流有效位能CAPE

當氣塊的重力與浮力不相等且浮力大于重力時，一部分位能可以釋放，由于這部分能量對大氣對流有著積極的作用，并可轉化成大氣動能，故稱其為對流有效位能。在平衡高度處，環(huán)境對氣塊的浮力加速度為0，在此高度之上，對流將因為環(huán)境的負浮力作用而受到削弱。CAPE就表示在自由對流高度之上，氣塊可從正浮力做功而獲得的能量。

對于實際大氣，為方便起見，常常忽略虛溫的影響而直接代之以溫度，這樣對流有效位能即為T-logp圖上正面積所對應的能量[1]。由于其比傳統(tǒng)意義上的對流不穩(wěn)定能量更能恰當地表示出對流發(fā)展的強度，因此，近年來對流有效位能作為對流發(fā)展的重要標志已直接或間接投入業(yè)務使用。

從圖1CAPE分布及演變過程可以看出，13日06UTC溫州的西部山區(qū)存在著一個高值區(qū)中心值達到了900 J/kg，隨著時間的不斷推移，高值區(qū)也從西部山區(qū)向沿海移動，并逐漸堆積在沿海區(qū)域，12UTC溫州機場區(qū)域的CAPE已升高到700 J/kg并維持在較高的水平，15UTC仍高達600 J/kg。高能區(qū)的移動給本處于能量低值區(qū)的本場帶來了對流不穩(wěn)定能量，為雷雨的發(fā)生提供了有利條件。

2.1.2 抬升指數LI

氣塊從修正的低層（通常為地面或近地面層）沿干絕熱線上升，到達凝結高度后再沿濕絕熱線上升至500 hPa時所具有的溫度與500 hPa等壓面上的環(huán)境溫度的差值。當LI<0時，大氣層結不穩(wěn)定，且負值越大，不穩(wěn)定程度越大，反之，則表示氣層是穩(wěn)定的。

抬升指數的演變對于該地區(qū)氣層的穩(wěn)定性有較好的指示意義。13日下午06UTC隨著日變化的影響沿海地區(qū)的LI升高到了-4 ℃左右，而西部山區(qū)的LI更是達到了-6 ℃。到了12UTC西部山區(qū)的LI已經回落到了-3 ℃，沿海地區(qū)仍維持在-4 ℃左右[3]。這說明06UTC之后機場附近地區(qū)不僅對流層低層已具有很強的不穩(wěn)定性，而且不穩(wěn)定能量還在不斷地聚集（見圖2）。

這2個對流參數的變化說明此時溫州機場附近的上空已積聚了足夠的不穩(wěn)定能量，只要有適當的觸發(fā)機制，該地區(qū)必可出現一次強對流天氣過程。

從水汽通量的數值和方向，只能了解降水過程的水汽來源，以及這種水汽輸送和某些天氣系統(tǒng)的關系。至于降水究竟出現在何處，雨量有多大，則與水汽通量散度的關系更為密切。本文將運用全球再分析資料計算水汽通量散度來分析水汽條件。

2.2 水汽條件分析

從圖3可以看出水汽通量散度的形勢并非十份有利，且數值也偏小，但這與觀測資料的雨量變化十份吻合，其中可以看出主要降水集中在12UTC以后，而圖中的形勢變化在18UTC的水汽通量散度為全天的最大值。

3 結語

地面和中低層處于暖濕的環(huán)境之中，而高空槽的東移帶來了槽后的弱冷空氣是此次雷暴發(fā)生的觸發(fā)機制。

利用數值預報產品的分析可以看出，雷暴發(fā)生前本場一直出高能量場之中，層結的不穩(wěn)定性也十份有利，且隨著日變化的影響這些有利條件并沒有明顯減弱，為雷暴的發(fā)生積累了有利的能量條件[4]。以上也從側面證明了數值預報產品在此次過程中的可靠性。

從水汽通量散度的形勢變化圖來看，不論是中心分部還是數值大小都不十份理想，但降水過程與水汽通量散度的變化十份吻合，這從側面證明了此次過程的雷暴時間持續(xù)雖長，但降水量并非十份顯著。

參考文獻

[1]李耀東，劉健文，劉玉玲，等.埃瑪圖微機制作及對流有效位能的計算[J].氣象，1998，23（5）：21-25.

[2]齊琳琳，劉玉玲，趙思雄.一次強雷雨過程中對流參數對潛勢預測影響的分析[J].大氣科學，2005（4）：536-548.

[3]鄧偉，陳海波，馬振生，等.NCEP FNL全球分析資料的解碼及其圖形顯示[J].氣象與環(huán)境科學，2009（3）：78-82.

[4]周青，趙鳳生，高文化.NECP/NCAR逐時分析與中國實測地表溫度和地面氣溫對比分析[J].氣象，2008，34（2）：83-91.

（責任編輯：趙中正）