贵阳龙洞堡机场一次雷暴天 气过程分析 刘贵萍1,2 李丽2 刘烈霜2 (1. 北京大学物理学院大气科学系,北京100871; 2. 民航贵阳空管中心气象台,贵阳550012) • 1 过程概况 • 2 环流形势演变分析 • 3 强对流诊断分析 • 4 雷达回波分析 • 5 小结 1 过程概况 • 2004年5月27日下午贵州全省自西向东出现 了一次对流天气。贵阳龙洞堡机场从下午18时 10分开始闻雷,一直持续到22时08分,28日凌 晨01时20分再次闻雷,持续至02时30分;凌晨 03时02分又一次闻雷,持续半小时。这次过程 总的持续时间长,但提前预报出中间有3小时 间隙,在保障飞行安全的前提下,大大减少了 因天气原因造成的航班不正常率。 2 环流形势演变分析 • 这次雷暴天气过程环流的主要特点是: • 对流层高层250hpa,40oN附近存在一 槽、一极锋急流,急流轴风速40~ 60m/s,南支副热带急流也较明显,贵州 省处于这两支急流之间,正是雷暴可能 发生的区域。 • 对流层中部500hpa,存在一明显暖脊 (-5~-10℃)、干舌(中心TTd≥ 8℃)。由于槽前系统性上升运动中 心位于贵州东北部(数值约5~ 10m/s),使得空气绝热上升,湿层加 厚,为即将到来的降水提供水汽储存。 • 对流层低层850hpa,有一支偏西南风急 流,急流中心距地面几百米到2000m,风速 8~12m/s;与其对应,还存在一个湿舌(T -Td≤3℃)。 • 地面存在一个锋面气旋,冷锋在低层急流 以南约100~200km。 • 天气形势在三度空间的这种配置,有利于强雷暴 发生发展。 • 高、中、低三层存在不同性质的气团,大气中温 度直减率大,积聚着较多的不稳定能量。 • 中下层,低层水汽充沛的湿舌区和中层干舌区重 叠,形成深厚的对流性不稳定空气层,保证雷暴 发展后有充分的能量供给。 • 上、下层都有急流,风向随高度顺转,具备维持 雷暴发展的垂直风切变条件。 • 位于后面的冷锋及相应的高空槽是未来触发不稳 定能量释放的启动系统。 3 强对流诊断分析 • 强对流的发生发展必须满足三个要素: 对流层低层有足够强的湿层;层结不稳 定;足够强的触发机制。 • 三者相互联系又有互补性。 3.1 水汽条件 • 对流层低层的湿层必须靠水汽的输送和辐合来 维持。 • 由于对流层中低层从四川、重庆不断有正涡度 下滑,东部副热带高压后部偏西南气流使 700hpa在西安~成都形成一近于东北东~西南 西向的横槽,横槽维持前后摆动或缓慢东南 移,这样横槽前部的偏西南气流成为从南海到 贵州北部的水汽输送带,使低层增温、增湿, 特别是从南海到贵州中北部的中尺度低空急流 从27日08时到20时一直维持,为贵州出现强雷 暴提供了优越的水汽输送条件。 27日08时850hpa水汽通量图• 雷暴发生前从云 南东部到贵州中 北部、重庆一线 对应水汽输送 带,有利于低层 的增湿,中心为 14×10-3m/s。贵 阳位于中心西 部,水汽通量等 值线密集区前沿 处。 27日20时850hpa水汽通量图• 20时,中心东移 到长沙附近,中 心值 • 12×10-3m/s,附 近水汽通量等值 线趋于稀疏,强 度减弱。 • 可以看出,雷暴 最容易发生在水 汽输送梯度区靠 近大值区一侧。 雷暴发生后对应 弱的水汽输送。 • 850hpa水汽通量散度图(略)可以看出: 雷暴发生前贵阳处于水汽辐合区中,辐合 中心在重庆附近,辐合中心值为-12×10- 8s-1。雷暴发生时,贵阳处于水汽辐合区 内,辐合中心值减小为-2×10-8s-1。 • 整个过程当中贵阳700hpa以下温度露点差 变化不大,在2~5℃之间,为准饱和状 态。而500hpa温度露点差变化幅度较大, 雷暴发生前为8℃,雷暴发生时为4℃。雷 暴发生时由于对流发展加速了高低层物质 及能量的交换,中层干层被破坏,表现为 整层饱和湿层。从湿区分布来看,低层湿 区范围较大,为局地强雷暴的发生发展提 供了深厚的水汽条件。 3.2 垂直层结分析 • 3.2.1 温湿层结 • 潜在不稳定是发生强对流的必要条件。 27日08时850hpa(实线)500hpaθse图• 雷暴发生前,贵 州高低层均位于 高能中心附近, 850hpa中心位于 贵阳西南, 500hpa高能中心 位于贵阳以北, 此时层结已开始 趋于不稳定。 θse850-500达到+ 8k,k指数为 35。 27日20时850hpa(实线)500hpaθse图• 雷暴发生时,高层冷 空气沿其南部锋区迅 速东南下,500hpa贵 阳对应高能中心前部 锋区,850hpa贵阳处 于高能舌内,紧靠高 能舌的能量锋区,这 样低层能量增加,使 得强的潜在不稳定层 结继续维持, • θse850-500仍维持+ 7k。 • 27日08时、20时T—lnp图(图略)上不稳 定能量都比较小,特别是雷暴发生时,20 时由于不稳定能量已经释放。所以应用层 结曲线时必须注意雷暴的发生时间,若地 面取14时气温计算CAPE,龙洞堡机场地面 气温29.8℃,则不稳定能量非常明显,所 以预报当中要将地面气温等订正为雷暴发 生前的状态。 3.2.2 风垂直切变 • 强的风垂直切变是强雷暴发生的重要条 件,27日08时贵阳对流层中层以下风垂 直切变较小,但400hpa到300hpa的风向 垂直切变较大,对应西南风到西北风的 切变,随着高层冷空气下传。 • 20时风垂直切变明显增加,从地面东北 风到500hpa的西南风, 风随高度顺转超 过900。 • 强的风垂直切变必然使上下层空气产生水 平运动的动量交换,其结果必然是消耗水 平运动能量,以供给对流运动所需的动 能。另外由热成风理论,强的风垂直切变 对应强的大气斜压性,有利于斜压不稳定 及次级环流的激发。 3.3 强对流触发机制 • 大多数对流天气都存在着天气尺度的上 升运动,本个例的高低空配置为强对流 的发生发展提供了优越的大尺度天气背 景,但强雷暴的产生必须有中尺度抬升 作用,下面分析其中尺度触发机制。 3.3.1 低层横槽及其前方的中尺度 低空急流产生的强耦合,高空急流 诱发的高层强辐散是本次强风暴的 直接触发机制 27日08时250hpa风矢(实线)及850hpa散度图 • 27日08时贵阳位于 700hpa横槽东南方,低 空急流与副热带高压后 部中低空急流之间的辐 合区内,对应高空 250hpa为高空急流轴前 方的辐散区内,贵阳位 于高空急流出口区右侧 风速梯度较大区,对应 强的辐散中心达 • +12×10-6s-1,低层辐 合中心与高层辐散中心 均位于贵州以北,重庆 附近。贵阳低层对应强 的辐合中心达 • -8×10-6s-1,这样低空 辐合、高空辐散必然产 生强的上升运动,触发 并维持强对流天气。 3.3.2 地面辐射增温加速了对流的触发 • 地面辐射增温是对流天气爆发的一个重 要因素。本次过程发生在傍晚到夜间, 所以太阳辐射发挥着重要作用。午后的 地面增温直接导致垂直层结由稳定变为 不稳定,且激发热力环流,为低层空气 提供了浮力上升条件。26日14时贵阳地 面气温为27℃,27日14时为29℃,配合 高层冷空气条件,对应较大的对流有效 位能,加速了对流的触发。 3.3.3 500hpa南支槽前不断分裂南下的 冷空气在冷锋上激发波动为对流的触发 提供了动力条件 • 27日08时、20时500hpa涡度分布可以看 出,重庆~长沙对应强的正涡度带,涡 度中心24×10-5s-1,而贵阳上空对应从 主涡度带分裂南下的大小为16×10-5s-1 次涡度中心。正是这些分裂的小股冷空 气激发了一次次强对流天气,由于系统 较弱,天气尺度小,非常容易漏报。 4 雷达回波分析 • 在此过程中,由于从Micaps2.0 27日08 时的要素场分析已经基本判断今日可能 有雷暴过程,从中午开始进行雷达实时 监测,可以看出这次过程在PPI强度图上 的演变特征。 4.1 第一时段:27日15时30左右 • 在贵阳东北方120km,翁安至余庆之间有 一片状回波出现,回波最强处50dbz,平 均值29dbz,本场当时南风较大,考虑此 回波处于本场东北向,不可能对本场造 成影响。
4.2 第二时段:27日17时至27日18时15分 • 17时30分,在贵阳以西100km织金有一絮状 回波,回波中心60dbz,平均值30dbz,同 时在贵阳以西30km清镇有一小米粒大回 波,中心50dbz。跟踪发现,两回波以 30km/h的速度移向本场,考虑18时左右影 响本场,及时通知航务部门和签派18时本 机场可能闻雷。原翁安附近的回波稍南 压,中心60dbz,由片状转为絮状。 • 27日18时15分,织金附近回波移至离本 场70km处,清镇附近回波移至机场北 部,在机场东北8km处、20km处,与原翁 安附近的回波形成一条带状回波带,至 此,锋面回波成型并开始影响本场,本 机场闻雷。
4.3 第三时段:27日18时15分至22时10分 • 18时15分本机场首次闻雷后,继续开机 跟踪回波移动。在本机场以西150km处, 有小块零星回波开始形成,强度40dbz, 向本场移动。原回波带在本机场附近缓 慢南移,最大强度60dbz。 • 20时,一条完全的冷锋回波带基本移至本 机场南头,雷声不绝于耳。 • 21时,冷锋回波带仍在南头维持,织金、 普定又有回波块,中心强度60dbz,向机场 移来。 • 21时30分,冷锋回波带离本场10km,仍有 闻雷。 • 22时10分,冷锋回波带移至机场南15km 处,本场第一次雷暴基本解除。此时回波 带向西伸展至280km处,向东伸展至180km 处,回波宽20km,中心强度60dbz。同时在 六盘水、纳雍、织金又有新回波在形成, 强度45dbz,考虑未来3小时后又有一次过 程,预报结果通知航务部门和签派。
• 从第一次过程发现,回波在贵阳西北均 以30km/h速度向本场移动,在机场附近 滞留,考虑与500hpa副热带高压的位置 有关,本机场正处于588线后部。 4.4 第四阶段22时10分至28日01时10分 • 22时10分,带状回波带继续缓慢向东南 移。 • 23时30分,带状回波移至本场南40km处, 强度60dbz,六盘水,纳雍、织金、黔西小 回波块继续向本机场移动。 • 28日01时10分,带状回波逐渐减弱为片状 回波,平均值28dbz,最大强度仅50dbz。 本机场北头再次出现回波,中心强度 60dbz,再次闻雷。
4.5 第五阶段28日01时10分至03时24分 • 28日01时10分至03时24分,本场附近回 波继续南压,加入到带状回波群中去, 在黔西、金沙、遵义一线又有新的回波 带形成,中心强度50dbz,平均值 32dbz,以30km/h向本场移动。本场在01 时20分至02时30分维持雷暴,03时02分 又再次闻雷。
4.6 第六阶段28日03时24分至05时30分 • 黔西、金沙、遵义回波带在移动过程中 逐渐减弱为片状层云降水回波,平均值 26dbz。带状回波也减弱为片状层云降水 回波。至此,整个雷暴过程结束。
5 小结 • 5.1 龙洞堡机场初夏雷暴多发生于高空急流出 口区右侧、低空急流最北端、中层槽前、副热 带高压后部、地面的锋面气旋中。天气形势在 三度空间的这种配置,最有利于强雷暴发生发 展。 • 5.2 低空急流及其风速脉动为强对流提供了水 汽输送和水汽辐合条件。整个过程当中700hpa 以下维持准饱和状态。雷暴发生在水汽通量输 送轴顶部,水汽通量散度梯度区靠近辐合中心 一侧。 • 5.3 雷暴发生前10小时,层结可能出现弱 的不稳定。又由于雷暴天气时间尺度小, 应用T—lnp图时应将地面气温等要素订正 为雷暴发生前状态。雷暴出现在低层高能 舌内或高能锋区靠近高能舌一侧。 • 5.4 强的风垂直切变引发的斜压不稳定和 垂直运动是强对流触发和维持的重要条 件。雷暴前近地面层到500hpa 风向随高度 顺转超过900。 • 5.5 有利的天气尺度抬升条件:高空急流诱发 的高层强辐散,是上升运动的直接触发机制。 • 5.6 正涡度中心分裂出的次涡度中心在锋区上 激发波动为对流的触发提供了动力条件;地面 辐射增温加速了对流的触发。 • 5.7 系统在贵阳机场以北移动较快,而在机场 以南移动缓慢,与高空引导气流有关,且在移 动过程中,离本场远的回波似乎不强,移近本 场有突然变强的情况,可能与回波在远处的衰 减有关。 谢谢大家! |