武漢天河機(jī)場(chǎng)一次下?lián)舯┝魈鞖獾亩嗥绽绽走_(dá)分析

潘彭剛 田 霄

（民航湖北空管分局，武漢 430100）

武漢天河機(jī)場(chǎng)一次下?lián)舯┝魈鞖獾亩嗥绽绽走_(dá)分析

潘彭剛 田 霄

（民航湖北空管分局，武漢 430100）

利用常規(guī)氣象資料、跑道自動(dòng)觀測(cè)資料（AWOS）、自動(dòng)觀測(cè)站資料和多普勒天氣雷達(dá)資料等，對(duì)武漢天河機(jī)場(chǎng)的一次下?lián)舯┝魈鞖膺^程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：1）本次下?lián)舯┝靼l(fā)生在副熱帶高壓減弱，西風(fēng)槽向東移動(dòng)，地面輻合線相配合的天氣背景下；2）下?lián)舯┝饔绊憴C(jī)場(chǎng)期間，具有氣壓陡升、溫度驟降、風(fēng)向變化和風(fēng)速突增等氣象要素的演變特征；3）陣風(fēng)鋒與雷暴之間距離的變化一定程度上可以預(yù)示未來雷暴的強(qiáng)弱；4）本次下?lián)舯┝髋c陣風(fēng)鋒有緊密的聯(lián)系，陣風(fēng)鋒北移過程中激發(fā)出β中尺度對(duì)流單體，β中尺度對(duì)流單體產(chǎn)生了下?lián)舯┝?，并且雷達(dá)速度圖上沿雷達(dá)徑向的正負(fù)大值速度對(duì)是下?lián)舯┝靼l(fā)生的典型特征之一。

下?lián)舯┝?，陣風(fēng)鋒，大風(fēng)

0 引言

Fujita等［1］將下?lián)舯┝鞫x為地面上水平風(fēng)速大于17.9m/s、中空氣流向下、地面氣流為輻散或直線型的災(zāi)害性風(fēng)，并根據(jù)外流的災(zāi)害性范圍大小，又把下?lián)舯┝鞣譃楹晗聯(lián)舯┝鳎ǔ叨却笥?km，持續(xù)時(shí)間大于10min）和微下?lián)舯┝鳎ǔ叨却笥?km，持續(xù)時(shí)間大于10min）。由于下?lián)舯┝鞒叨刃。范?，目前主要依靠多普勒雷達(dá)來觀測(cè)和推斷下?lián)舯┝靼l(fā)生的可能性。

本文以常規(guī)資料為基礎(chǔ)，利用湖北省氣象局多普勒雷達(dá)資料重點(diǎn)分析2013年8月11日發(fā)生在武漢天河機(jī)場(chǎng)的一次下?lián)舯┝鬟^程，為今后類似天氣過程的臨近預(yù)警提供參考。分析使用的多普勒雷達(dá)資料來自于湖北省氣象局，其多普勒雷達(dá)位于武漢天河機(jī)場(chǎng)，為了便于分析，本文在雷達(dá)圖上標(biāo)注了天河機(jī)場(chǎng)，圖上的“本場(chǎng)”即代表“天河機(jī)場(chǎng)”。

1 天氣實(shí)況及地面氣象要素分析

2013年8月11日，湖北省東南一帶對(duì)流云強(qiáng)烈發(fā)展，引起陣風(fēng)鋒，然后在陣風(fēng)鋒前沿激發(fā)出β中尺度的對(duì)流單體和下?lián)舯┝?，從而使得武漢天河遭遇雷雨大風(fēng)的侵襲。18：00（北京時(shí)，下同），天河機(jī)場(chǎng)突然刮起強(qiáng)風(fēng)，平均風(fēng)速11m/s，陣風(fēng)16m/s，與此同時(shí)，天河機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)干雷暴和揚(yáng)沙，能見度從17：00的10000m，迅速下降到5000m，并伴有氣壓突升、溫度驟降、濕度升高等氣象要素變化。18：17，強(qiáng)雷雨開始侵襲天河機(jī)場(chǎng)，陣風(fēng)風(fēng)速上升到28m/s，能見度進(jìn)一步下降為2000m，此時(shí)在機(jī)場(chǎng)跑道南面出現(xiàn)風(fēng)切變。18：21，能見度下降到了200m，18：30，陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)到34m/s，創(chuàng)造了天河機(jī)場(chǎng)開航以來風(fēng)速之最。19：20，強(qiáng)降水結(jié)束，轉(zhuǎn)為干雷暴，風(fēng)速下降到了4m/s。

此次下?lián)舯┝鬟^程具有氣壓陡升、溫度驟降、風(fēng)速突增、風(fēng)速變化的特點(diǎn)。17：00，機(jī)場(chǎng)風(fēng)向偏西北，風(fēng)速3m/s，氣壓1003hPa，溫度39℃。18：10，由陣風(fēng)鋒激發(fā)的β中尺度對(duì)流單體開始影響本場(chǎng)，下?lián)舯┝饕搽S之產(chǎn)生，風(fēng)向轉(zhuǎn)為西南，瞬時(shí)風(fēng)速激增為16m/s，氣壓升幅2hPa，溫度為32℃。18：21，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到28m/s，溫度降至24℃。18：21—18：30，9min內(nèi)氣壓升幅達(dá)到3hPa，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到34m/s，溫度降至21℃，此時(shí)也是下?lián)舯┝髯顝?qiáng)的時(shí)刻。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 副熱帶高壓邊緣的西風(fēng)帶低槽

在2013年8月11日，在08時(shí)500hPa天氣圖上（圖略），588dagpm線位于湖北以西（107°E左右），副熱帶高壓（以下簡稱副高）脊線位于31°N左右，整個(gè)湖北省基本在副高的控制之下，在河套地區(qū)以及湖北以西皆有高空低槽在緩慢東移。在20時(shí)500hPa圖上（圖略），588dagpm線出現(xiàn)明顯東退，位于113°E左右，武漢天河機(jī)場(chǎng)剛好位于其邊緣，并且西部冷槽也隨之加速東移，湖北大部開始受槽前西南氣流影響。一般地，以500hPa圖上的588dagpm等高線的向北、向西擴(kuò)展來表示副高的向北、向西推移。所以，由此可以表明，副高當(dāng)天出現(xiàn)了明顯的減弱東退，抑制對(duì)流活動(dòng)的下沉運(yùn)動(dòng)也因此有所減弱。當(dāng)副高位置有明顯西進(jìn)或東退，副高西北側(cè)有高空低槽活動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣［2］，這就是武漢天河機(jī)場(chǎng)當(dāng)日出現(xiàn)強(qiáng)雷雨大風(fēng)天氣的環(huán)流背景。

2.2 動(dòng)力條件

通過分析2013年8月11日14、17以及20時(shí)的地面圖（圖略）發(fā)現(xiàn)，武漢天河機(jī)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前，河套地區(qū)以西有一地面輻合線逐漸東移南下，并于當(dāng)日17—20時(shí)影響到武漢地區(qū)，這與武漢機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流的時(shí)間段基本一致，因此可以判斷，地面輻合線是本次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的重要觸發(fā)條件。通過分析11日17和18時(shí)的湖北自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料（圖1）后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛孑椇暇€影響武漢地區(qū)時(shí)，由于太陽輻射加熱的不均勻，在武漢及其南部地區(qū)出現(xiàn)由北指向南的地面溫度鋒區(qū)，相距100km左右的武漢站與咸寧站，溫度差達(dá)到了13℃。分析當(dāng)日武漢周邊強(qiáng)對(duì)流多普勒回波的發(fā)生發(fā)展以及移動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對(duì)流回波主要是在武漢南部生成，并在上層西南氣流引導(dǎo)下，北移影響武漢機(jī)場(chǎng)，這與地面溫度鋒區(qū)有很好地對(duì)應(yīng)。

圖1 2013年8月11日17時(shí)（a）和18時(shí)（b）湖北自動(dòng)氣象站觀測(cè)溫度資料以及相應(yīng)時(shí)刻陣風(fēng)鋒的位置（紫色實(shí)線）Fig.1 The temperature data at Hubei automatic observation and the gust front at 17:00 (a), 18:00 (b), 11 August 2011

3 熱力條件

天河機(jī)場(chǎng)位于武漢北部，所以用漢口探空資料（圖2）分析大氣穩(wěn)定度等氣象環(huán)境條件具有較好代表性。分析發(fā)現(xiàn)，2013年8月11日08時(shí)，武漢地區(qū)低層存在逆溫，這可能為對(duì)流性天氣的發(fā)生儲(chǔ)存了能量。而后經(jīng)過午后的加熱，破壞了原有的逆溫層，在一定的觸發(fā)機(jī)制下能使不穩(wěn)定能量迅速釋放。08時(shí)，漢口站K指數(shù)為38℃，沙氏指數(shù)為-3.95℃。至20時(shí)，漢口站K指數(shù)為41℃，沙氏指數(shù)為-4.42℃，不穩(wěn)定狀態(tài)有一定程度的加強(qiáng)。這是由于下墊面受加熱影響，午后整個(gè)鄂東皆為35℃以上的高溫天氣，從而加強(qiáng)了整個(gè)大氣的不穩(wěn)定狀態(tài)。08時(shí)CAPE為2708.1J/kg，20時(shí)CAPE為1290.6J/kg，CAPE有所下降，這是由于下午強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展，CAPE產(chǎn)生了一定的損耗。從溫度層結(jié)曲線和露點(diǎn)曲線的形態(tài)來看，08時(shí)，兩條曲線在低層靠得較近，在400hPa附近有干空氣卷入，形成喇叭口形。分析還發(fā)現(xiàn)，08時(shí)，850hPa以下，溫度層結(jié)曲線接近平行于干絕熱線，20時(shí)，這一現(xiàn)象更加明顯，800hPa以下，溫度層結(jié)曲線更加平行于干絕熱線。中高層干空氣卷入以及低層溫度層結(jié)曲線接近平行于干絕熱線，均有利于雷雨大風(fēng)的形成。

圖2 2013年8月11日08時(shí)（a）和20時(shí)（b）漢口站的T-logp圖Fig.2 The T-logp diagrams at 08:00(a) and 20:00(b), 11 August, 2011 at Hankou Station

4 多普勒天氣雷達(dá)回波特征

4.1 陣風(fēng)鋒演變過程

在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，強(qiáng)風(fēng)暴內(nèi)部的下沉氣流到達(dá)地面以后向四面散開，其與環(huán)境空氣交匯形成的界面，稱為陣風(fēng)峰，又稱雷暴的出流邊界。

8月11日下午，鄂東南出現(xiàn)多個(gè)β中尺度的對(duì)流單體，強(qiáng)度都在50dBz以上。隨后，這些對(duì)流單體開始整合合并，逐漸發(fā)展成為一條明顯的寬帶狀回波，并開始向北移動(dòng)。16：18，弓形回波移動(dòng)到武漢的南面100km左右（圖3a和3g）。在回波上可以清晰地分析出多個(gè)雷暴單體，最大強(qiáng)度達(dá)到了55dBz。在帶狀回波前面20km處出現(xiàn)一條長約60km、寬約5km的弱而窄呈東西向的帶狀回波，強(qiáng)度10～15dBz，與寬帶狀回波一起向偏北方向移動(dòng)（圖3a和3g），這就是陣風(fēng)鋒。陣風(fēng)鋒在對(duì)應(yīng)的反射率產(chǎn)品上表現(xiàn)為弱的窄帶回波，這是由于陣風(fēng)鋒的溫壓濕場(chǎng)在水平和垂直方向上分布不連續(xù)，造成折射指數(shù)的突變，導(dǎo)致對(duì)電磁波的散射或反射形成回波，使其能被靈敏的多普勒雷達(dá)探測(cè)并以窄帶回波表現(xiàn)出來［3］。

陣風(fēng)鋒具有陣性風(fēng)大和低空風(fēng)切變顯著的特點(diǎn)［4］，對(duì)飛機(jī)起降和航空安全有很大影響。此次天河機(jī)場(chǎng)大風(fēng)就是陣風(fēng)鋒到達(dá)機(jī)場(chǎng)附近后所激發(fā)的。

陣風(fēng)鋒前推過程中，出流的抬升作用對(duì)上升氣流進(jìn)入風(fēng)暴有加強(qiáng)效應(yīng)，會(huì)促使新單體的發(fā)展［5］，并且在本次過程中，陣風(fēng)鋒移動(dòng)方向是由南向北，即沿溫度鋒區(qū)的梯度移動(dòng)，所以陣風(fēng)鋒前后溫度的冷暖對(duì)比更加強(qiáng)烈，更有助于陣風(fēng)鋒前方暖空氣的強(qiáng)迫抬升，從而有利于新單體的生成。在本次陣風(fēng)鋒向北移動(dòng)過程中，其周圍不斷有β中尺度的雷暴單體生成。17：32，陣風(fēng)鋒離天河機(jī)場(chǎng)只有20km左右，在其西段新生出3個(gè)小直徑5km左右的雷暴單體（圖3b和3h）。17：38，陣風(fēng)鋒西段的3個(gè)雷暴回波強(qiáng)度都有不同程度的加強(qiáng)，最北邊的雷暴單體A的強(qiáng)度達(dá)到了55dBz，并且3個(gè)雷暴單體有合并的趨勢(shì)（圖3c和3i）。17：44，陣風(fēng)鋒到達(dá)天河機(jī)場(chǎng)南端5km左右，此時(shí)先前的3個(gè)雷暴單體已經(jīng)合并加強(qiáng)，形成直徑18km、強(qiáng)度60dBz的雷暴B。然后，雷暴B隨陣風(fēng)鋒移向天河機(jī)場(chǎng)（圖3d和3j）。18：00左右，雷暴B與陣風(fēng)鋒移至天河機(jī)場(chǎng)（圖3e）。此時(shí)，天河機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)雷雨天氣并伴隨16m/s的陣風(fēng)，氣壓升至1005hPa，氣溫由17時(shí)的39℃降至32℃，大風(fēng)開始侵襲天河機(jī)場(chǎng)，并在18：30，風(fēng)速達(dá)到歷史性的34m/s。由于新的雷暴在陣風(fēng)鋒的前面新生，導(dǎo)致原陣風(fēng)鋒出現(xiàn)斷裂。隨著雷暴B發(fā)展成熟，其下沉氣流又在機(jī)場(chǎng)東南面形成了一條新的陣風(fēng)鋒（圖3f）。

4.2 邊界層輻合線與多單體雷暴的演變

圖3 2013年8月11日16:18（a，g），17:32（b，h），17:38（c，i），17:44（d，j），18:00（e）和18:30（f）武漢多普勒雷達(dá)基本反射率因子（a—f，仰角1.5°）及局部放大（g—j）圖Fig.3 The evolution of reflectivity in Wuhan Doppler radar at 1.5° elevation, at times 16:18 (a, g), 17:32 (b ,h), 17:38 (c, i), 17:44 (d, j), 18:00 (e), 18:30 (h), respectively on 13 August, 2013

關(guān)于邊界層輻合線，國內(nèi)進(jìn)行過大量的研究，定義為多普勒天氣雷達(dá)強(qiáng)度場(chǎng)上的一條細(xì)線或速度場(chǎng)上的輻合線，其寬度約為1～3km，長度大于10km，持續(xù)時(shí)間15min以上。邊界層輻合線包括陣風(fēng)鋒、天氣尺度的鋒面、地形引起的環(huán)流、加熱不同引起的環(huán)流等。按此定義，本次過程也多次伴有邊界層輻合線。

陣風(fēng)鋒在移動(dòng)過程的前期，與其后多單體雷暴回波的距離基本保持10～15km，并且由于陣風(fēng)鋒對(duì)暖濕氣流的抬升作用，在陣風(fēng)鋒周圍也不斷地激發(fā)出新的雷暴單體（圖4a和4b）。8月11日16：49以后，陣風(fēng)鋒與其后帶狀回波的距離逐漸達(dá)到了60km左右（圖4c和4d），帶狀回波的強(qiáng)度也隨之減弱，其大部分回波強(qiáng)度都下降到了20～25dBz。這是因?yàn)槔妆┣瓣囷L(fēng)鋒逐漸遠(yuǎn)離風(fēng)暴時(shí)，會(huì)逐漸切斷雷暴的暖濕入流，使原有雷暴減弱；而當(dāng)陣風(fēng)鋒與雷暴保持一定距離時(shí)，陣風(fēng)鋒對(duì)前方的暖濕氣流起抬升作用，被抬升的暖濕氣流形成新的雷暴，新的雷暴與原有雷暴連成一體，逐漸代替原有雷暴，也產(chǎn)生下沉氣流，使得陣風(fēng)鋒得以維持，而陣風(fēng)鋒的維持又使得新的雷暴得以生成。

圖4 2013年8月11日16:18（a），16:37（b），16:49（c）和17:19（d）武漢多普勒雷達(dá)基本反射率因子（仰角1.5°）Fig.4 The reflectivity in Wuhan Doppler radar at 1.5° elevation, at 16:18 (a), 16:37 (b), 16:49 (c), 17:19 (d) respectively on 11 August, 2013

4.3 徑向正負(fù)速度對(duì)

當(dāng)下?lián)舯┝鞯竭_(dá)地面時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻散外流，多普勒天氣雷達(dá)速度圖上常有正負(fù)速度對(duì)出現(xiàn)［6］。陣風(fēng)鋒在徑向速度圖中呈現(xiàn)出正負(fù)速度交界的輻合帶，并且輻合帶呈狹窄的弧線回波［7］。

8月11日17：19，在0.5°徑向速度圖（圖略）上，在機(jī)場(chǎng)南邊20km處，觀察到一條與陣風(fēng)鋒相對(duì)應(yīng)的弧狀輻合線，并且隨陣風(fēng)鋒北移（圖略），這是邊界層輻合線在速度圖上的表現(xiàn)。8月11日17：50，輻合線北移至機(jī)場(chǎng)附近，可以看出低層為西南氣流，此時(shí)低層已經(jīng)出現(xiàn)輻散型正負(fù)徑向速度對(duì)，大小在1～10m/s，即底層出現(xiàn)下沉輻散氣流，之后此輻散氣流越來越明顯（圖5a和5e）。18：14，正徑向速度最大值在15～20m/s，負(fù)徑向速度最小值在10～20m/s。而下?lián)舯┝饕搽S著陣風(fēng)鋒不斷向本場(chǎng)移動(dòng)（圖5b和5f）。18：21，天河機(jī)場(chǎng)陣風(fēng)達(dá)到30m/s（圖5c）。18：30，機(jī)場(chǎng)瞬時(shí)陣風(fēng)甚至達(dá)到了34m/s，為天河機(jī)場(chǎng)開航以來風(fēng)速之最。之后，隨著原有陣風(fēng)鋒的斷裂消失，此正負(fù)風(fēng)速對(duì)也不斷減弱。18：51，負(fù)徑向速度只有5m/s，最大正徑向速度為10～15m/s（圖5d）。19：00，天河機(jī)場(chǎng)風(fēng)速降到了16m/s。

5 結(jié)論

1）副高東退、地面弱冷空氣南侵是2013年8月11日武漢天河機(jī)場(chǎng)下?lián)舯┝鬟^程發(fā)生的大背景。午后下墊面加熱，增強(qiáng)了大氣的不穩(wěn)定性，也有利于強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)生。

2）由于太陽輻射加熱的不均勻，在武漢地區(qū)及其南部地區(qū)出現(xiàn)由北向南的地面溫度鋒區(qū)，地面溫度鋒區(qū)與對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下?lián)舯┝饔绊憴C(jī)場(chǎng)期間，具有氣壓陡升、溫度驟降、風(fēng)向變化、風(fēng)速突增等氣象要素的演變特征。

3）陣風(fēng)鋒與其后雷暴回波的距離變化一定程度上可以預(yù)示未來雷暴回波的強(qiáng)度變化：陣風(fēng)鋒遠(yuǎn)離雷暴時(shí)，雷暴將減弱；陣風(fēng)鋒與雷暴的距離基本保持不變，則雷暴的強(qiáng)度也基本保持不變。

4）下?lián)舯┝髋c陣風(fēng)鋒有緊密的聯(lián)系，陣風(fēng)鋒北移過程中激發(fā)出β中尺度對(duì)流單體，β中尺度對(duì)流單體產(chǎn)生了下?lián)舯┝?，并且雷達(dá)速度圖上的徑向正負(fù)大值速度對(duì)是下?lián)舯┝靼l(fā)生的典型特征之一。

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Analysis of Doppler Radar Data when a Downburst Event Occurred in Wuhan Tianhe Airport

Pan Penggang， Tian Xiao
（Air Traffi c Management Bureau of Middle & Southern Region in Hubei， Wuhan 430100 ）

Combining the Doppler radar data with conventional weather records， AWOS data and automatic meteorological station data， a downburst event occurred in Wuhan Tianhe Airport is analyzed. The results show that： （1） The synoptic background featured that the subtropical high weakening， the slot line moving eastward and the surface wind converging. （2） Meteorological elements changed obviously during the downburst， such as pressure rising， temperature dropping， and wind speed increasing.（3） The variation of the distance between the gust front and thunderstorm may indicates the future trend of the thunderstorm somewhat. （4） The gust front closely linked with the downburst event， the meso-β scale convective cells were inspired when the gust front moving northward， then the meso-β scale convective inspired the downburst， and especially， the contrast of high values between the positive and negative radial velocity is one of the typical characteristics in the downburst.

downburst， gust front， strong wind

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.05.006

2015年2月4日；

2015年7月5日

潘彭剛（1987—），Email： 407076371@qq.com