武漢天河機場一次下擊暴流的過程分析

李漢菁 高曉丹

摘要?利用天氣形勢場分析及湖北武漢多普勒雷達資料，對2013年8月11日武漢天河機場一次下擊暴流進行了簡要分析。

關鍵詞?下擊暴流;反射率因子核;回波頂高;徑向速度

中圖分類號：P458.1+21?文獻標識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-062-03

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.027

2013年8月11日傍晚，武漢天河機場附近出現了一次罕見“狂風暴雨”天氣過程，整個過程共持續約1?h。在此期間，強風和雷雨先后襲擊天河機場，本場觀測到陣風風速一度達34?m/s，是天河機場自1995年開航以來風速之最。文中就該次過程進行了簡要分析。

1?天氣形勢分析

綜合8月11日08：00和20：00各層天氣圖可知，08：00整個湖北仍由副高控制，武漢基本處于副高脊線位置上。700和850?hPa上本區則由南偏西氣流控制。11日20：00，700和850?hPa上，316線和152線東退非常明顯。500?hPa上588線也明顯減弱東退，西部邊緣退至113°?E～114°?E附近，而與武漢天河機場所處同緯度上588線東退到116°?E附近;同時，武漢以南氣流出現明顯氣旋性旋轉。以上表明，8月11日副熱帶高壓處于明顯減弱東退過程中，而武漢天河機場恰好處于副熱帶高壓勢力范圍于大陸上東退釋放出的區域內。

結合當日19：00和20：00前3?h變壓資料可看出，武漢及其周邊鄂州、江夏、蔡甸、黃陂等地于16：00—19：00的3?h變壓幅度均大于2.0?hPa，而這些地區在隨后17：00—20：00?3?h變壓大多高于2.5?hPa，其中黃陂、孝感、云夢三站變壓幅度均超過3.0?hPa，排除日變化影響后該數值仍相對偏大，說明8月11日傍晚前后武漢及周邊地區近地層有明顯冷高壓。值得注意的是，在17：00—20：00?3?h變壓圖上，南部江夏站變壓幅度減至0.1?hPa，北部紅安和孝昌氣壓變化量則大幅上升，說明該冷高壓正北移。

2?雷達資料分析

2.1?回波演變過程簡析

分析仰角0.5°?PPI各時次雷達回波得出：該次影響武漢天河機場下擊暴流在09：50左右開始，10：33左右結束，持續近1?h，造成大風、強雷雨等強對流天氣。

8月11日09：32，天河機場雷暴正在形成并初具規模。該雷暴由3個較小雷暴組成，該多單體雷暴高度在6.0～8.0?km，最北側雷暴單體中心強度達67?dBZ，且處在旺盛發展中。此后隨著雷暴發展，09：50雷達回波可直觀看出靠近北側2個雷暴單體已合并成1個較大雷暴單體，該單體中心強度61.5?dBZ，強中心高度0.7?km，最南側雷暴單體逐漸消散。在該雷暴單體東側，距離雷暴中心10?km左右處，開始出現一條弧形回波，這是由于雷暴單體水平出流產生。

10：02，雷暴單體東側弧形回波向外圍進一步發展，已有清晰輪廓，長度約16?km，高度在1.0～2.0?km，雷暴單體水平出流明顯，中心強度61?dBZ，強中心高度下降至3?km左右。結合當時武漢天河機場天氣實況：09：50—10：00本場上空3/8～4/8天空被積雨云覆蓋，云底高750?m;出現210°大風，平均風速達11?m/s，陣風16?m/s，并出現沙塵天氣;跑道視程降至1?000?m并繼續下降，此時下擊暴流已發生。10：08，該雷暴單體中心強度62?dBZ，強中心高度降至1.7?km左右，雷暴單體水平出流進一步發展，仰角0.5°雷達回波，雷暴單體東側弧形回波繼續外拓，和雷暴中心距離擴大到13?km左右。10：14，雷暴單體中心強度62?dBZ，無明顯變化，但此時雷暴單體水平出流強烈，仰角0.5°雷達回波上，雷暴單體東側弧形回波向外圍有大幅發展，雷暴中心距離擴大到19?km左右。根據此時天氣實況：10：17左右本場出現雷暴伴強降水;平均風力增至17?m/s，陣風28?m/s，且機場跑道04端出現風切變;本場上空1?200?m被5/8～7/8云量覆蓋，可判斷此時下擊暴流仍持續。

10：21，雷暴單體中心強度60.5?dBZ，強中心高度升至3.7?km左右，雷暴單體水平出流仍持續;10：27，雷暴單體中心強度61?dBZ，強中心高度降至1.5?km左右。說明雷暴單體強中心高度先快速上升，又快速下降，這種短時間垂直方向上氣流切變，引起雷暴單體更為強烈水平出流，反映到低層，則引起更強烈地面氣流輻散。結合天氣實況：10：21本場風力增至平均風速19?m/s，陣風30?m/s，能見度降200?m;10：30本場風速達峰值，陣風風速34?m/s，且風向變得不穩定，說明此時該雷暴單體引發的下擊暴流對地面天氣影響達最強;10：33，雷暴單體中心強度60.5?dBZ，強中心高度為1.6?km左右，雷暴單體東側弧形回波崩解，雷暴單體水平出流減弱，該雷暴單體進入消亡階段，后逐漸消失。

2.2?組合反射率因子（CR）

由圖1可看出，09：32，雷暴單體開始醞釀發展，最北側風暴單體發展最旺盛，最大反射率因子達62?dBZ。經過一個體掃時間，靠近北側2個單體合并，新生雷暴單體中心面積增大;09：38，出現該次天氣過程中雷暴單體最大反射率因子峰值，達67.5?dBZ。隨后，該峰值區域在09：44雷達回波圖上仍清晰可見，表明此時雷暴發展進入成熟階段;09：50，雷暴單體中心最大反射率因子峰值區域紫色部分消失，雷暴單體中心強度降至62?dBZ，但仍>60?dBZ，雷暴單體強中心高度已下降。雷暴單體發展成熟時，最大反射率因子保持在60?dBZ以上，該雷暴單體維持較高中心強度。

2.3?反射率因子垂直剖面（RCS）

對反射率因子垂直剖面圖和強中心高度變化趨勢（圖2）分析發現，該次天氣過程雷暴單體發展過程中共產生2次下擊暴流，分別在09：50和10：08，2次下擊暴流都伴隨最大反射率因子核心迅速下降。雷暴單體強中心高度迅速下降，促使雷暴單體中氣流向下運動，短時間內形成強烈下沉氣流;垂直方向上下沉氣流快速到達地面后，在地面造成強烈氣流輻散，形成強輻散場，產生大風等強對流性天氣。因為下擊暴流發生伴隨垂直方向上強烈對流，所以地面產生大風同時也會伴有降水。利用下降最大反射率因子核心可預警下擊暴流。

2.4?徑向速度分析

對仰角0.5°各時次PPI徑向速度分析，下擊暴流發生時，雷暴單體強中心高度迅速下降，帶動下沉氣流發生，在近地面造成輻散出流，仰角0.5°徑向速度上，能觀察到低層有明顯速度輻散特征，在地面產生強烈陣性大風等天氣。此后隨著下擊暴流影響衰弱，正負徑向速度差值逐漸減小，速度輻散區開始崩解，低層輻散慢慢消失，雷暴單體產生的低層輻散區逐漸消亡。

對09：44—10：33各時次中低層徑向速度和部分徑向速度垂直剖面分析，下擊暴流發生前后，雷暴單體低層一直存在速度輻散，而中層對應有速度輻合。單體中層速度輻合有利于雷暴維持在較強強度并不斷發展，而單體強中心迅速下降使下沉氣流加強，在低層產生較強速度輻散場。不論是低層速度輻散，還是中層速度輻合，都會隨下擊暴流結束和雷暴單體消亡而逐漸消散。

2.5?回波頂高（ET）

分析回波頂高隨時間變化趨勢，可知影響本次天氣過程的雷暴單體初始回波頂高在11?km左右，在隨后雷暴單體逐漸發展至成熟過程中，回波頂高一直處于10?km以上，單體發展旺盛，強度較大。09：56，由強度場分析可知，此時該雷暴單體引發第一次下擊暴流，09：50—09：56短短1個體掃時間里，回波頂高下降2?km。結合前面對強中心高度分析可知，此時最大反射率因子核心迅速下降，同時伴隨著回波頂高下降，并促使強中心高度下降加劇，在垂直方向上產生強下沉氣流，下沉氣流到達地面后，在地面造成強輻散氣流。

2.6?垂直液態水含量（VIL）

分析垂直液態水含量產品及其隨時間變化趨勢，雷暴單體初始垂直液態水含量為40?kg/m2，在隨后雷暴單體逐漸發展直至成熟過程中，單體垂直液態水含量始終≥40?kg/m2。09：56垂直液態水含量達最大值為55?kg/m2，隨后2個體掃時間里，垂直液態水含量不斷下降，10：08降至45?kg/m2，09：56至10：08先后發生2次下擊暴流，此時武漢天河機場天氣實況顯示平均風力增至17?m/s，陣風28?m/s。VIL值快速降低時，在地面上觀測到強風天氣，而下擊暴流帶來的地面水平輻散出流也會造成大風天氣，兩者相吻合。

3?結論

（1）該次下擊暴流的雷暴單體最大反射率因子強度在65?dBz以上，反射率因子核心明顯，從產生到結束持續近1?h，期間有兩次明顯下擊暴流，受影響區出現強雷雨和大風天氣。

（2）下擊暴流形成時伴隨雷暴單體強中心高度迅速下降，隨著強中心高度迅速下降，雷暴單體中有氣流向下運動，在地面上形成強輻散場，產生強輻散氣流。下擊暴流發生時，能觀察到回波頂高下降，同時伴有中層氣流快速向下運動，在地面產生強輻散氣流。

（3）下擊暴流發展過程中，有很明顯低層輻散、中層輻合特征，低層、中層徑向速度有明顯體現。

（4）本次下擊暴流發生期，隨著最大反射率因子核心高度下降，相應出現垂直液態水含量降低。下擊暴流發生時，下沉氣流出現帶走大量水汽，使得雷暴單體質量明顯降低。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛