哈爾濱機場冷渦雷暴預報方法初探

趙凱，鐘偉，鄭麗杰

（民航黑龍江空管分局，黑龍江哈爾濱 150079）

哈爾濱機場冷渦雷暴預報方法初探

趙凱，鐘偉，鄭麗杰

（民航黑龍江空管分局，黑龍江哈爾濱 150079）

本文通過用數值預報產品對冷渦雷暴分析，得出數值預報的形勢場、抬升指數、K指數、垂直速度等，對提前預報冷渦雷暴有很好的指示作用。結合衛星云圖、雷達回波圖，能更好的監控冷渦雷暴的發展演變，為飛行安全提供有力保障。

數值預報產品；冷渦雷暴；預報；衛星云圖；多普勒雷達

1 引言

對于法航的空難原因有人這么推測：“導致法航客機失事的最大原因可能是天氣因素導致技術故障”。[1]更有專家說：“5月31日晚11：00，指揮官報道稱云層上出現強氣流、電雷暴和強風。10：00后，自動駕駛失去聯絡，具體原因不詳”。[2]可見，雷暴是目前公認的嚴重威脅飛行安全的天氣現象。雷暴云能產生各種各樣的危及飛行安全的天氣現象：強烈的湍流、積冰、閃電（雷擊）、雷雨、大風、下擊暴流、低空風切變，有時甚至還伴有冰雹和龍卷風。近幾年，航班量日益增加，航班的飛行時間跨度、密度都在增加，幾乎每個航班都有面對雷暴天氣的機會，復飛、備降、延誤都有可能，這也將增加飛行成本。如果能利用現有的資料把雷暴天氣預報準確，不但彰顯了“航空氣象助飛行安全快捷”的宗旨，且對提高航空公司的經濟效益都具有重要意義。所以，本文將結合數值預報產品、衛星云圖與多普勒雷達回波圖，對哈爾濱機場雷暴的預報進行總結探討，期望對今后工作有所幫助和啟發。

2 誘發哈爾濱機場雷暴的天氣形勢

通過對哈爾濱機場1996～2005年雷暴產生前的天氣形勢進行統計發現，哈爾濱機場雷暴幾乎都是在一定天氣形勢下產生的系統性雷暴，產生雷暴的主要天氣形勢有：冷鋒型、冷渦型、暖鋒型、空中槽型。本文主要分析冷渦雷暴，因為在冷渦形勢下，整個東北都受影響，大多數地方都有雷暴發生，對航路及備降場選擇都有直接影響。

3 數值預報產品在冷渦雷暴預報中的釋用

雷暴形成的物理條件常常在雷暴發生前不久才開始明顯，因此，利用原來的實況觀測資料等常規天氣圖資料預報雷暴只能是雷暴臨近時的診斷，而非預報[3]。數值預報產品，對未來的天氣形勢、有關物理量做出了定量預報，也就給出了能反映雷暴產生的天氣形勢、及相關特征物理量（線）的預報值，根據預報出的天氣形勢、特征量（線）來判斷雷暴的產生，無疑在時間上做出了提前量。根據雷暴產生的條件，本文將簡單歸納一下，哈爾濱機場冷渦雷暴預報中數值預報產品的初步釋用。

3.1 天氣形勢中數值預報產品的釋用

系統性雷暴的預報，依賴于正確分析天氣形勢的發展變化。數值預報產品對黑龍江省未來72 h天氣形勢的預報可信度較高，均可用[4]。因此，預報員可以根據數值預報產品的形勢場，判斷當日是否具備產生雷暴的天氣形勢。形勢場的分析，哈爾濱預報室一般采用日本傳真圖，本文多使用天氣在線GFS產品。

3.1.1 冷渦雷暴氣候特征

冷渦雷暴主要出現在春末至初夏，尤其以6月份較多，冷渦雷暴出現幾率占全年雷暴出現日數的27%左右，近幾年有增多趨勢。哈爾濱機場連續性雷暴日多是由冷渦引起，最長的冷渦雷暴持續了10 d。由天氣學原理知道，雷暴一般較易出現在冷渦南方、東南方，或東北部。據統計，當冷渦中心位于43°N左右，110°E～132°E之間區域內時（此類低渦一般是蒙古氣旋向東北移動過程中加強而產生的），或低渦中心出現在51°N左右，110°E～132°E之間區域內時（此類低渦一般由西北冷空氣在在黑龍江省北部加強而產生），機場易發生雷暴。

3.1.2 數值預報產品模擬冷渦的個例分析

數值預報產品能夠很好的模擬出冷渦形成的過程，以及冷渦形成時間和位置,這比一般預報員根據常規天氣資料外推冷渦的發展更加直觀、準確。

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

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場，到6月5日冷渦逐漸減弱東移出機場，持續時間至少要8 d。根據機場觀測記錄，5月29～30日和6月2～6日，均有雷暴，冷渦雷暴持續影響機場時間長達9 d，這是較為罕見的。預報產品模擬出29、30日冷渦中心由55°N、118°E附近逐漸東南移動到49°N、124°E附近，機場處于冷渦中心的東南方，冷中心較強，出現弱雷雨；5月31日～6月1日，冷渦繼續東南移動，機場位于冷渦中心附近，天氣相對穩定；之后，冷渦在東北地區穩定少動，且相對較弱，在冷空氣的不斷補充下，冷中心不斷南下，2日開始機場逐漸處于冷渦的偏北部位，在弱冷渦的影響下，機場天天有雷雨。由此可見，弱冷渦形勢下，機場與冷渦的位置適當時，更易發生雷暴。

圖2 6月8～11日500 hPa形勢場演變（08/06/09 00GMT起報）

圖2模擬的是6月8～11日冷渦過程500 hPa形勢演變情況。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，本場位于低槽前的暖濕空氣中，且形勢場很弱；9日南來低壓與北邊的冷空氣相遇，冷渦開始發展加強，本場仍然處在冷渦的東邊，發展階段的冷渦相對較弱。10日06：00前后，冷渦發展強盛，且中心移向本場。據觀測記錄，8日，本場午后至夜間雷暴分別在09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47時段發生；9日02:59～05:46、07:42～09:53有雷暴發生。而10～11日則沒有雷暴發生記錄。

3.2 穩定度指標

3.2.1 抬升指數LI

本文的抬升指數采用天氣在線的定義，即抬升指數（LI）表示，一個氣塊從抬升凝結高度出發，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際大氣溫度所減得到的差值。當差值為負數時，表明氣塊比其環境溫度更暖，因此將會繼續上升。該差值的絕對值越大，出現對流天氣的可能性也越大。差值為正數時，表示大氣層結穩定（見表1）。

表1 抬升指數對應數值與天氣現象

圖3 6月8日抬升指數預報圖（起報時間08/06/09 00GMT）

抬升指數對機場雷暴預報有一定的指示作用。當哈爾濱位于0～3對應的區域內時，機場基本上都有雷暴發生；位于該區域的邊緣，有時候也會有雷暴發生。也出現過漏報的情況，但相對較少。圖3是2009年6月8日00:00世界時起報的抬升指數預報圖，從圖中可以估計出，06:00以后本場開始出現不穩定；06:00～12:00之間，有可能出現雷暴；12:00～18:00之間出現雷暴的可能性更大。對照8日觀測記錄，雷暴發生時間09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47，可以看出，利用抬升指數可以粗略估計雷暴發生的時間，提前預報出雷暴發生時段，對保障飛行有重要意義。

3.2.2 k指數

K指數定義：K＝t850-t500+td850-（t-td）700

式中t表示溫度，td表示露點，下標為等壓面數值，K值越大，大氣越不穩定。

K指數表示在探空圖中，常規探空圖一天只有2張，對預報雷暴發生預報的指示作用有限。天氣在線GFS探空圖，每3 h一張，K指數指示值更接近于雷暴發生的時刻，所以結合抬升指數，更容易判斷出雷暴發生的大概時間。統計得出：

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。

根據哈爾濱機場預報室統計，當K≥25℃時，雷暴發生的可能性為90%以上。

3.3 相關要素

3.3.1 垂直速度

垂直運動會引起水汽、熱量、渦度等垂直輸送，大氣中的能量轉換主要是借垂直運動才得以實現的，因此分析垂直運動在天氣預報方面有重要意義[5]。哈爾濱機場雷暴發生前，機場西面垂直速度925 hPa和700 hPa均為負值，700 hPa預報值一般在-10 hPa/h以下，暖濕空氣的上升運動較強，為雷暴的觸發提供了動力條件；東面925 hPa和700 hPa為正值區，有暖空氣活動。雷暴發生以后，垂直速度從低到高逐漸轉為正值或0值。

3.3.2 水汽條件

充沛的水汽是發生雷暴必不可少的條件之一，而對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相對濕度預報值，結合中國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算長沙雷暴發生時的水汽條件。哈爾濱機場雷暴發生前925 hPa和700 hPa相對濕度都在75%以上，且6 h降水量＞1 mm。

4 衛星云圖資料的使用

由上面分析，可以看出數值預報產品能較有效地描述天氣系統發展，較好地預報雷暴天氣的發生、發展趨勢，有一定的可用性。但鑒于對雷暴生命史短，范圍小的特點，要想準確、及時地監測到雷暴發生的地點、時間和強度，做好未來9 h內的臨近預報，僅靠數值產品是不夠的，必須配合使用雷達、衛星等探測手段。

在衛星云圖上，冷渦前部發生的雷暴時，冷渦前部有一片松散的暖云區，雷暴云團出現在該云區中，表現為云區當中鑲嵌[7]有一些白亮點。冷渦較弱時，穩定少動，原地生消；較強時，緩慢東移。也有對流單體沿冷渦周圍氣旋移動到冷渦前發展而成，但相對較少。在冷渦后部發生雷暴時，雷暴云一般在細胞狀云區中發生發展，出現積云稠密區或逗點狀云；在冷渦偏西部位的螺旋云線上，經常也會出現小亮點，這些亮點一般在氣流由西北轉為西南的地方，發展強烈成雷。根據這些經驗，配合水汽圖，一般能提前判斷雷暴發生的可能性，但雷暴的強弱、移速、具體位置等還得看雷達回波圖。

5 多普勒雷達回波資料的運用

多普勒雷達回波圖能直觀的顯示雷暴云的方位、強度、移向移速、雷暴垂直結構等，對預報雷暴的發展演變具有很好的指示作用。哈爾濱機場夏季雷暴發生時,回波強度一般在40 dBz以上；春、秋季節，回波強度在35 dBz以上，就可產生雷暴。如果徑向速度上有正負相間的“輻合帶”存在，負值在外，正值在內，且多普勒徑向速度值不斷增大，可判斷該回波將發展，該徑向速度輻合帶略處于該回波的前沿，預示著雷暴云未來移向。低仰角回波前沿徑向速度若出現大值區，則預示有雷暴大風，可作為本站短時最大陣風預報的參考。速度產品垂直風廓線，對風切變的發生變化有一定指示作用。

6 總結

（1）6月份是哈爾濱機場冷渦雷暴多發季節。

（2）數值預報產品能夠很好的模擬出冷渦發展演變,對提前預報雷暴發生的可能性，有一定指導作用。當機場位于冷渦相對較弱部位時，雷暴發生的幾率更大。

（3）預報抬升指數≤0時，機場有可能發生雷暴；當K≥25℃時，雷暴發生的可能性為90%以上，間隔3 h K指數預報值，能更好的顯示雷暴發生前大氣不穩定程度。一般情況下，700 hPa垂直速度≤-10 hPa/h值時，預示有雷暴發生；925 hPa濕度能很好的指示雷暴發生的水汽條件。

（4）衛星云圖上，冷渦前雷暴時，雷暴云出現在較雜亂的暖云區；冷渦后雷暴，則一般在細胞狀云區出現。雷達回波圖上的輻合區，能判斷雷暴將發展及未來移向；回波前沿的最大速度值，可作為預報機場最大陣風的參考。

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

[2]華夏經緯網http://www.huaxia.com/xw/gdxw/2009/ 06/1450477.html.

[3]何宏讓,錢貞成,王春明.數值預報產品解釋應用[M].南京：解放軍理工大學氣象學院訓練部，2007:59-63.

[4]呂非,祖雪梅,于震宇，等.72h數值預報形勢產品在黑龍江省的應用[J].黑龍江氣象，2004，3：14-15.

[5]周基業,林梅,何勇.雙流機場副高西部雷暴起止時間初探[J].四川氣象，2004，1：23-25.

[6]陳勇,匡方毅,肖波.基于Web GIS的長沙市雷暴天氣短期預報模型的研究與應用[J].暴雨災害,2008,27（3）: 258-263.

[7]韓瑋,趙昌吉,田麗.大連機場雷暴天氣特征分析和預報思路[J].民航科技,2007,2:76-78,83.

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，河南省南陽市人，成都信息工程學院，本科生，工程師.