蘭州中川機場一次強雷雨天氣過程診斷分析

丁楠

摘要：2017年06月05日，蘭州中川機場發生一次強雷雨天氣過程。本文利用EC細網格資料，結合實況背景場，對強雷雨發生的環境條件進行了診斷分析。得出：1.本次過程屬于西北氣流型。高空槽后強冷平流，低層午后增溫熱力不穩定造成了本次過程的發生。2.中低層熱力不穩定，700hPa風速輻合線提供動力抬升，明顯的垂直運動是本次過程的基礎條件。3.中低層充沛的水汽含量、明顯的水汽積累，形成了深厚濕層，是強雷雨發生的關鍵條件。

關鍵詞：強雷雨；EC細網格；診斷分析；蘭州中川機場

強對流天氣過程，對現代航空飛行安全有著重要的影響。近年來，隨著民航業迅猛發展，強對流天氣對航空安全和航班正常性的影響愈發凸顯。民航相關從業人員也越發重視強對流天氣的預報，并有了一定的成果。[12]蘭州中川機場位于永登縣秦王川盆地東南，北近烏鞘嶺，西接祁連山支脈。[3]獨特的地理與氣候條件，造成了中川機場夏季強對流天氣過程發生頻次較高。2017年，蘭州中川機場年旅客吞吐量超過1200萬人次，強對流天氣過程對航班正常性的影響理應得到足夠的重視。2017年06月05日，中川機場發生一次強對流天氣過程，雷暴持續時間達1小時11分鐘，短時強降水持續時間達到21分鐘，降水量達到6.3毫米，對運行產生了極大的影響。本文將利用EC細網格資料結合實況資料，對這次強對流天氣過程進行診斷分析。

1 資料說明

由于我國兩次探空時間（08時和20時）大多數都不在強對流天氣發生的時段內，有時08時的天氣形勢并不能真正代表強對流天氣發生時的天氣形勢。[4]因此，在中川機場實際業務預報中，采用數值預報產品作為診斷量。近年來，通過業務實際總結，EC細網格資料在中川機場強對流過程預報中，表現出良好的適應性和準確性。因此，本文采用EC細網格資料進行分析。本文采用的EC細網格數值預報產品每日有08時和20時2個時次的起報時間，空間分辨率在地面為0.125°×0125°在1000～100hPa間為0.25°×0.25°，時間分辨率在72h內為3小時，72小時～240小時為6h，包含有風、溫、壓、濕等多種要素。本文采用距蘭州中川機場最近的一格點上的資料作為地面資料取值點，采用蘭州中川機場正好位于正中的左右兩格點上資料平均值作為高空資料取值點。中川機場海拔達1947.2m，因此本文中以600hPa～400hPa作為對流層中層，以600hPa以下層次作為對流層低層。

2 天氣過程回顧與天氣形勢分析

2017年06月05日，蘭州中川機場遭遇強雷雨天氣，中川機場于15：09分（北京時，下同）發生雷暴天氣，持續至16時20分雷暴結束，過程持續期間，在15：5416：05及16：47分16：57分間，發生兩段短時強降水，過程總降水量達到6.3毫米，是中川機場夏季遭遇的強對流天氣過程之一，本次天氣過程造成1架次航班返航，2架次航班備降，同時對機場正常運行造成了較大影響。

如圖1所示06月05日08時實況，500hPa高度層高空槽東移后，中川機場處于低渦系統西南側，甘肅中西部地區轉為西北氣流控制，溫度場上，較強冷平流區明顯落后于高空槽，有較強的冷平流，大氣狀態具備較強的斜壓性。700hPa上，也為槽后西北氣流，河西有西北東南向的低空急流，蘭州中川機場位于低空急流的右前方，河西中西部有較強的暖平流。依據據甘肅省強對流天氣中尺度分析業務技術規范，此種天氣形勢在天氣型分類上，屬于西北氣流型。而西北氣流型恰恰是甘肅省短時強降水概念模型中的天氣形勢之一。因此，依據當日08時實況資料，可以判定天氣背景形勢，有利于強對流天氣的發生。

3 環境條件診斷分析

依據強對流天氣診斷分析方法，本文將從熱力不穩定條件、水汽條件、抬升條件三個方面對本次天氣過程進行分析，由于資料更新時間原因，在過程發生前，實際預報中，只能參考前一日20時為初始場的數值預報資料，因此，本文選用06月04日20時初始場數值預報資料對強對流天氣發生的環境條件進行診斷分析。

3.1 熱力不穩定條件分析

較大的溫度垂直遞減率有利于強對流過程的發生，因中川機場海拔高度在1900米以上，因此選取700hPa與500hPa溫度差來表征這一屬性。06月05日08時20時各高度層上溫度如表1：

在強對流天氣過程發生前后，蘭州中川機場700hPa與500hPa溫度差（℃）變化趨勢為先增大后減小，同時數值上，始終大于16.2℃，說明溫度垂直遞減率始終大于濕絕熱垂直遞減率，有利于強對流天氣過程的發生。此外，“在深對流可能發生的環境中，對流有效位能是一個與環境聯系最為密切的熱力學變量，廣泛的應用于國內外強對流天氣的診斷分析”，[5]06月05日08時20時中川機場對流有效位能情況如圖2

如圖，強對流過程發生當日對流有效位能值（CAPE，下同）在對流過程發生前后最大值達到了198.75J·kg-1。根據實際業務總結，符合較大有效位能值的經驗性判斷。同時，在雷暴發生6小時及發生后3小時，對流有效位能變化值達到198.75J·kg-1及198.375J·kg-1，說明在雷暴發生前不穩定能量迅速積累，而在雷暴過程中不穩定能量迅速釋放。此外，必須說明的是，據業務對比，就中川機場而言，EC細網格資料CAPE值較實際值偏小，但通過對其數值的變化進行分析，仍然對強對流天氣的發生有較強的的指示意義。結合以上論述，當日中川機場具備較強的熱力不穩定特性，有利于強對流天氣的發生。

3.2 水汽條件分析

如表2，在強雷雨發生的時段附近，數值預報資料顯示，700hPa比濕達到了5.21g·kg-1，600hPa比濕達到4.97g·kg-1，500hPa比濕為1.67g·kg-1，說明中低層整層比濕都較大，由于比濕是反映空氣中實際水汽含量的物理參量，因此，雷暴發生前后大氣中低層始終處于相對潮濕的狀態。同時，從變化趨勢出發，700hPa和600hPa比濕在11時14時間出現了明顯的躍升，500hPa和400hPa在14時17時之間有上升趨勢。說明在強雷雨發生前后，中低層大氣整層出現了水汽的積聚。此外，從大氣中水汽相對含量出發，考察相關時段相對濕度如表：

強雷雨出現時段內，700hPa和600hPa的相對濕度分別大于60%和 70%，500hPa和400hPa的相對濕度在14時至17時之間出現明顯躍升。尤其值得注意的是500的相對濕度在17時達到了96.75%，相對濕度反映的是空氣的飽和程度，因此說明中低層整層空氣的飽和程度較高，具備較為深厚的濕層。綜合以上分析，700hPa至400hPa比濕和相對濕度都反映出此次天氣過程中的水汽條件較好，有利于短時強降水的發生。

3.3 抬升條件分析

分析圖3，可以發現06月05日11時至14時間，700hPa存在自北向南移動的風速輻合線，且在14時左右過境蘭州中川機場。該風速輻合線為強對流的出現提供了動力抬升作用。此外，在強對流過程的診斷分析中，分析抬升條件時，應當具體分析局地上升運動。06月05日14時蘭州中川機場附近EC細網格資料散度場情況為在強雷雨出現前的鄰近時刻，700hPa散度場上，中川機場位于中心值達到367.26×107s-1的大的負值中心附近，為較強輻合，200hPa散度場上中川機場位于中心值達到159.89×107s-1的大的正值中心附近，為較強輻散。說明低層有較強輻合而高層有較強輻散，存在有利于強對流出現的較強上升運動。

4 結論

綜合以上分析，可以得出如下結論：

（1）2017年06月05日蘭州中川機場出現的強雷雨過程，在雷暴分型中應當屬于西北氣流型。主要受到高空槽后強冷平流，及低層午后增溫造成的熱力不穩定影響，產生了強對流天氣過程。

（2）本次過程中，中低層存在較強的熱力不穩定，700hPa風速輻合線提供了較強的動力抬升，低層較強的輻合和高層較強的輻散產生了明顯的垂直運動。是此次天氣過程中有利于強對流出現的環境條件。這些環境條件是強對流發生的基礎條件。

（3）在前述基礎上，中低層各個層次都具備充沛的水汽含量、明顯的水汽積累，形成了較為深厚的濕層。說明在本次天氣過程中水汽條件良好，有利于較強降水的出現。這一點是中川機場出現本次強雷雨的關鍵條件。

參考文獻：

[1]麥文斌.蘭州機場一次雷暴大風天氣的數值模擬和診斷分析[J].空中交通，2016（4）：3942.

[2]逯野.2016年蘭州中川機場初雷天氣復盤分析[J].科技風，2017（15）：121122.

[3]黨冰，孫偉中，王嘉媛，魏林波，尚可政，李景鑫，王式功.20042007年蘭州中川機場低空風切變分析[J].蘭州大學學報（自然科學版），2013，（01）：6369.

[4]章國材.強對流天氣分析與預報[M].氣象出版社，2011.11.

[5]陳艷，壽紹文，宿海良.CAPE等環境參數在華北罕見秋季大暴雨中的應用[J].氣象，2005，31（10）：5661.