福州机场初雷的合成分析及其英文摘要

航空发表于 2010-8-27 12:09:47

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福州长乐国际机场初雷的合成分析 1 福州长乐国际机场初雷的合成分析 何纪武1 梁爱民2 （1．北京大学物理学院大气科学系，北京100871 民航福州空管站气象服务室福建福州高级工程师350001 ；2．民航华北 空管局气象中心北京工程师100621） 摘要：依据对1992~2003 年十二年福州长乐国际机场初雷的普查和统计分析，得出初雷活动时空结构：机 场初雷春季1~4 月均可出现，主要集中在3 月份、上半夜到早晨出现，且都是先在外地生成后移到或传播 到机场。利用常规地面和高空资料对机场初雷天气过程逐个进行客观分析，寻找出产生初雷的天气系统主 要有锋面、南支槽、切变线、西南倒槽等。依据相似形势原理,将机场初雷分为：华南切变线型和江淮切变 线型。对两型机场初雷的环流形势和物理量合成分析，揭示出机场初雷天气过程的环流特征和物理量的分 布演变特征。 关键词：机场初雷合成分析环流和物理量特征 引言 雷暴是由对流旺盛的积雨云引起的，伴有闪电雷鸣的局地风暴。雷暴中存在强对流、 积冰、闪电、阵雨和大风，有时还有冰雹、龙卷风和下击暴流，是一种严重威胁飞行安全和 影响航班正常飞行的重要天气。例如：2001 年3 月25 日福州长乐机场（以下简称机场）雷 暴天气造成几十个航班的延误或返航备降，上千名乘客滞留在机场，导致航空公司、机场运 力调配严重受阻。据统计机场一年12 个月份均可出现雷暴天气，年雷暴期在165~275 天（详 见表1）。因此雷暴预报一直是航空气象保障的重点和难点，而初雷的出现代表着雷暴期的 开始，也就预示着下一阶段气象保障的重心，所以研究机场初雷意义重大。本文通过对 1992~2003 年十二个机场初雷天气过程逐个进行客观分析、分型再合成分析，给出机场初雷 发生的环流背景和物理量分布演变特征，为今后作好机场初雷的预报提供依据。 1 资料和方法 本文使用资料包括常规地面、高空资料、福州站探空资料以及机场1992~2003 年历史观 测资料。首先对普查出的十二个机场初雷天气过程逐个进行客观分析，依据相似形势法原理， 将十二年的初雷分成二型；其次运用合成分析方法研究每一型初雷发生的大尺度环流形势场 和物理量场特征，具体作法如下：将某型个例的常规地面、高空资料逐个按测站进行叠加后 再平均，最后对平均后的测站资料进行客观分析。客观分析采用Cressman 逐步订正法，地 面和高空分析的网格距为100KM，物理量场分析的网格距为80KM。 2 初雷活动时空结构 2．1 月份分布 初雷春季1~4 月均可出现，其中1 月份占8%；2、4 月份占各17%；3 月份占58%。可 见初雷主要集中在3 月份（详见表1）。 2．2 时间分布 初雷出现在上半夜到早晨（1300~0000UTC）有8 例，午后到傍晚（0700~1000UTC） 有3 例，中午（0300~0400UTC）有1 例。可见初雷主要集中在上半夜到早晨出现，午后到 傍晚次之，中午最少（详见表1）。 2．3 空间分布 任何预报区雷暴的发生包括两部分：雷暴在预报区域内产生和在预报区域外产生的雷 暴移到或传播到预报区域。表1 显示：机场初雷均来自西面、西北面、北面，各占4 例。可 见初雷都是先在外地生成后移到或传播到机场的，机场本地没有初雷产生，因此在实际工作 中应密切注意机场西部、西北部以及北部地区的天气变化（详见表1）。 3 机场初雷的分型 福州长乐国际机场初雷的合成分析 2 雷暴和其它天气现象一样，总是同天气形势联系在一起的。对普查出的十二个机场初雷 天气过程逐个进行客观分析后，统计产生初雷的天气系统结果如表1 所示。其中锋面、切变 线、槽线分类方法见参考文献。 表1 1992~2003 年初雷及产生初雷的天气系统统计表 初雷出现时间 （UTC） 雷暴的 来向 年雷暴初终 日数 地面 (0000UTC) 850hPa (0000UTC) 700 hPa (0000UTC) 500 hPa (0000UTC) 1992 年4 月1 日14︰31 西北面213 华南静止锋华南切变线有南支槽有南支槽 1993 年1 月14 日09︰07 西北面253 华南静止锋华南切变线有南支槽无南支槽 1994 年3 月7 日21︰45 北面177 江淮静止锋江淮切变线有南支槽有南支槽 1995 年3 月15 日17︰20 西北面165 西南倒槽江淮切变线无南支槽有南支槽 1996 年3 月14 日20︰21 西面172 江淮静止锋江淮切变线有南支槽有南支槽 1997 年3 月16 日07︰28 北面196 华南冷锋华南切变线无南支槽有南支槽 1998 年2 月14 日08︰48 西北面201 华南静止锋华南切变线有南支槽有南支槽 1999 年3 月16 日23︰03 西面198 西南倒槽江淮切变线无南支槽无南支槽 2000 年4 月25 日20︰50 北面200 西南倒槽江淮切变线有南支槽有南支槽 2001 年3 月25 日03︰51 西面194 华南冷锋华南切变线无南支槽无南支槽 2002 年3 月13 日13︰51 北面275 西南倒槽江淮切变线有南支槽有南支槽 2003 年2 月15 日23︰35 西面242 华南静止锋江淮切变线有南支槽无南支槽 表1 显示，产生机场初雷的主要天气系统有锋面、南支槽、切变线、西南倒槽等，其 中与850hPa 上的华南切变线和江淮切变线关系最密切。因此，我们依据相似形势法原理， 以850hPa 上切变线为定型依据，将十二个机场初雷个例分成：华南切变线型和江淮切变线 型。结果在12 个个例中华南切变线型占5 例，江淮切变线型占7 例。 4 初雷天气过程合成环流特征分析 4．1 华南切变线型初雷天气过程合成环流 对5 个华南切变线型初雷的0000UTC 地面形势和高空环流进行合成分析。结果如图1 显示：在地面图（图1a）上，蒙古国、大兴安岭以及雅库次克地区各有一个分裂的冷高中 心，其中大兴安岭和雅库次克两冷高中心长轴呈偏南-北走向，表明冷高东移时南扩势力较 强，冷空气从渤海经华北南下影响江南地区，在江南和华南沿海等压线密集，华南有锋区存 在。在850hPa 的合成图（图略）上，东移的西风槽南段因受副高的阻挡，形成华南切变线， 青藏高原的东侧有高压中心，江南的东部和华南的大部分地区为偏西南气流控制，暖平流活 动较强。在500hPa 的合成图（图1b）上,东亚环流为一槽一脊型，一个大脊和一个大槽几 乎占据了整个东亚中高纬上空，脊线在乌拉尔山附近，槽线位于东亚海岸线附近，槽后有明 显的冷平流配合，冷空气沿着槽后等高线东南下，直达华南地区。另外，在孟加拉弯西岸附 近有南支浅槽活动。这种环流形势的垂直配置容易在华南上空形成低层暖湿高层干冷的对流 不稳定层结，有利于雷暴的产生。 80 o E 90 o E 100 oE 110 o E 120 o E 10oN 20oN 30oN 40oN 50oN 987.5 992.5 997.5 1002.5 10 02 1002.5 1007.5 1007.5 10 07 10 07 1007.5 1007.5 1012.5 10 12 10 12 1012.5 1012.5 10 17 10 17 1017.5 1017.5 1022.5 10 22 1022.5 1027.5 1027.5 1027.5 10000 UTC, 地面海平面气压合成图 H H H H L L 80 o E 90 oE 100 o E 110 o E 120 o E N o 10 N o 20 N o 30 N o 40 N o 50 516 516 52 4 52 4 532 532 540 540 548 548 556 556 564 564 572 572 580 580 580 58 8 58 8 -40 -32 -32 -24 -24 -16 -16 -8 -8 当日00 UTC, 500hPa 位势高度温度 1 L H H 10 07 10 07 10 07 1007.5 1007.5 1012.5 10 12 10 12 10 12 1012.5 1012.5 1012.5 1012.5 1017.5 10 17 1017.5 1017.5 1022.5 10 22 1022.5 1022.5 1027.5 1027.5 1027.5 0000 UTC, 地面海平面气压合成图 H H H L L L 20 N 80 E 90 E 100 E 110 N 120 E 30 N 40 N 50 N 10 N 80 o E 90 o E 100 o E 110 o E 120 o E N o 10 N o 20 N o 30 N o 40 N o 50 512 51 2 512 52 0 520 52 8 528 53 6 536 54 4 544 552 552 55 2 560 560 568 568 576 576 584 584 584 592 -40 -32 -32 -24 -24 -16 -16 -8 -8 当日00 UTC, 500hPa 位势高度温度 1 H H a 地面平均气压场b 500hPa 平均高度场和温度场c 地面平均气压场d 500hPa 平均高度场和温度场 ━━地面气压场或500hPa 高度场┄┄500hPa 温度场 图1 华南切变线型（图a、b）和江淮切变线型（图c、d）机场初雷天气过程环流合成分析（1992~2003 年） 福州长乐国际机场初雷的合成分析 3 320 328 332 336 ──850hPaθse ┄┄Δθse（500-850hPa） 图2 华南切变线型初雷当日0000UTC θse 和Δθse 合成分析图 -16 -8 0 8 16 24 4．2 江淮切变线型初雷天气过程合成环流场 对7 个江淮切变线型初雷的0000UTC 地面形势和高空环流进行合成分析。结果：在地 面图（图1c）上，巴尔喀什湖和蒙古地区有一个分裂的冷高中心，冷空气经河套南下，影 响长江中下游及江南，而江淮流域为一明显的倒槽，华南地区处于东高西低的形势。在 850hPa 的合成图(图略)上，江淮流域上空有切变线，且宜昌附近低涡活动，江南和华南上空 为西南气流，给该区域带来暖湿空气。在500hPa 的合成图（图1d）上，东亚环流为两槽一 脊型，乌拉尔山以东到西伯利亚西部和东亚的中纬区域为弱高压脊，在河套地区到四川盆 地一带为一较深的西风槽，槽后有冷平流配合，但较华南切变线型明显偏弱，随着该高空槽 的东移，将引导冷空气南下影响我区。另外，在云贵高原到中南半岛有一南支槽，槽前西南 气流把大量暖湿空气输送到华南上空，与北支西风槽东移所引导的冷空气华南上空相遇，为 福州地区雷暴的产生提供有利的环流天气条件。 5 物理量特征分析 雷暴是一种强对流性天气，其产生的基本条件有三方面：不稳层结，水汽条件以及足够 的冲击力。其中充沛的水汽是构成庞大雷暴云体的主要成分，它和温度的垂直分布又是影响 气层稳定度的重要因子，因此我们可以把水汽条件和不稳层结合并在一起，用同时能包含两 者特性的物理量θse 来讨论；用散度、垂直速度场来分析冲击力。 5．1 物理量θse 和Δθse（500-850hPa）合成场的分布 及其演变 初雷出现的前期，850hPa 在华南一带有个明显的 增温增湿过程。图2 显示华南切变线型初雷出现当日 0000UTC 在海南附近有一θse≥340 的高值中心，且 沿华南沿海向东北延伸出一高值舌，福州地区θse≥ 332K，处于高值舌的左侧，华南地区等θse 密集（强 度约为6K/纬距）,表明福州地区已积累了大量的不稳 定能量。同时福州地区处于对流不稳定区（Δθse （500-850hPa）≤-4K），且其南部Δθse（500-850hPa）比北 部小。从前面分析知道，在华南地区850 hPa 至500hPa 以偏西南风为主，因此福州地区存在正的θse 平流和 负的Δθse（500-850hPa）平流，这就预示初雷出现的前 期福州地区不稳定能量在不断增长，对流不稳定也在 不断增强，这对预报雷暴的产生意义重大。江淮切 变线型初雷θse 合成场（图略）与图2 相似，在初雷出现的前期，θse≥340 的高值中心在 北部湾一带，华南沿海为一高值舌，福州地区θse≥330K，处于高值舌的左侧, 等θse 密 集区在江南（强度约为5K/纬距）；另外，北部湾一带还有Δθse（500-850hPa）≤-18K 的低值 中心，福州地区处于对流不稳定区（Δθse（500-850hPa）≤-3K），其周边Δθse（500-850hPa） 呈南低北高分布。因此，福州地区同样存在正的θse 平流和负的Δθse（500-850hPa）平流， 未来该区域不稳定能量将增长，对流不稳定将增强。 5．2 散度、垂直速度合成场 华南切变线型初雷出现当日0000UTC850hPa、250hPa 的散度和700 hPa 的垂直速度合 成场（如图3a）显示：福州地区低层处于-810-4s-1 闭合的辐合区，高层是410-4s-1 闭合的 辐散区，中层是-210-3hPas-1 闭合的上升区域，三者闭合中心在福州地区东或东南部海域。 江淮切变线型初雷出现当日0000UTC850hPa、250hPa 的散度和700 hPa 的垂直速度合 成场（如图3b）显示：福州地区低层处于一沿长江中下流域-410-4s-1 闭合的辐合区，高层 是1210-4s-1 闭合的辐散区，中层是-210-3hPas-1 闭合的上升区域，三者闭合中心在福建的 福州长乐国际机场初雷的合成分析 4 西部。 由此分析可知，初雷出现当日0000UTC 福州地区上空低层有闭合的辐合区，高层有闭 合的辐散区，中层有闭合的上升区域，存在冲击力抬升机制。 6 结语 ⑴机场初雷春季1~4 月均可出现，主要集中在3 月份；主要集中在上半夜到早晨出现， 午后到傍晚次之，中午最少；先在外地生成后移到或传播到机场，实际工作中应密 切注意机场西部、西北部以及北部地区的天气变化。 ⑵产生初雷的天气系统主要有锋面、南支槽、切变线、西南倒槽等，其中与850hPa 上 的华南切变线和江淮切变线关系最密切。 ⑶华南切变线型初雷天气的环流形势特征是一槽一脊型，冷空气沿东路影响福州地区； 江淮切变线型初雷天气的环流形势特征是两槽一脊型，冷空气从中路南下影响福州 地区。 ⑷在机场初雷出现前期，850hPa 福州地区处于沿华南沿海向东北伸出的θse 高值舌的 左侧，周边Δθse（500-850hPa）呈南低北高分布，存在正的θse 平流和负的Δθse （500-850hPa），未来该区域不稳定能量将增长，对流不稳定将增强。实际预报工作中应 着重分析物理量场的分布和演变趋势。 (5)低层的辐合，高层的辐散，中层的上升运动，为初雷的出现提供冲击力。 参考文献 梁必骐．天气学教程．广东：中山大学出版社，2000． 叶榕生．福建重要天气分析和预报．北京：气象出版社， 1989． 陆汉城．中尺度天气原理和预报．北京：气象出版社， 2000． Composite analysis of the initial thunderstorm in Fuzhou Changle international aerodrome HE Ji-wu1 LIANGAi-min2 （1 Department of Atmospheric Sciences, Physical collage, Peking University, Beijing 100871 Civil Aviation Fuzhou Air Traffic Administration Station,Senior Engineer,Fuzhou Fujian 350001,China; 2.Civil Aviation Huabei Air Traffic Administration Bureau BeijingWeather Center,engineer,Beijing100621,China） Abstract: Through statistically analyzing the initial thunderstorm data from 1992 to 2003 in Fuzhou Changle international aerodrome,the space-time structure is obtained.The initial thunderstorm occurs from January to -8 -8 0 -4 0 4 8 12 12 16 -4.4 -3.6 -2.8 -2.8 -2 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24 28 28 -3.6 -2.8 -2 1.2 1.2 a 华南切变线型b 江淮切变线型 ━━850hPa 的散度……250hPa 的散度┄┄700 hPa 的垂直速度 图3 当日0000UTC850hPa、250hPa 的散度和700 hPa 的垂直速度合成场 福州长乐国际机场初雷的合成分析 5 April,mainly in March,and from midnight to morning,and it moves or spreads to the aerodrome after forming in other places.By utilizing the conventional surface and high altitude data,every course is objectively analyzed,We find that the synoptic systems are front,southern trough,shear line,southwest reverse trough,etc.Based on the principle of similar weather situation,the thunderstorms are defined as two types :shear line in South China and shear line Jiang-huai area.By analyzing the synoptic situation and physical quantities,the characteristics of their distribution and evolvement has been explored. Keywords:aerodrome initial thunderstorm;composite analysis;synoptic situation and physical quantities

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