南寧機(jī)場2020-06-10一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程分析

王潤佳，徐 凱

（民航廣西空管分局，廣西 南寧530048）

1 研究背景

在航空安全中，影響航空運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)天氣因素較多，降水是主要影響因素之一[1]。《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》[2]把大雨的判定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：雨落如傾盆、模糊成片、雨聲如擂鼓、水潭形成極快，或降雨強(qiáng)度大于等于8.1 mm/h。當(dāng)航空器在高速飛行的情況下遇到強(qiáng)降水時(shí)，飛行中的能見度可能不足1 km，嚴(yán)重影響航空器的飛行、降落與起飛[3]。南寧機(jī)場的強(qiáng)降水過程一般主要出現(xiàn)在夏季，伴隨著雷暴、大風(fēng)等天氣現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到強(qiáng)降水級(jí)別時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響南寧機(jī)場的運(yùn)行。本文利用再分析資料、常規(guī)觀測資料以及南寧機(jī)場自動(dòng)觀測資料、雷達(dá)資料等對(duì)2020-06-10南寧機(jī)場發(fā)生的一次強(qiáng)降水過程進(jìn)行了分析，通過對(duì)其水汽條件、動(dòng)力條件等綜合分析，為今后此類降水過程預(yù)報(bào)提供一些參考。對(duì)本場氣象要素進(jìn)行分析，旨在提高氣象保障服務(wù)能力，為航空安全提供更為強(qiáng)有力的后盾。

2 過程概述

2020-06-10T06：00—11：00（時(shí)間為UTC，下同），南寧機(jī)場出現(xiàn)強(qiáng)降水過程，本次降水過程持續(xù)時(shí)間將近6 h，逐小時(shí)降水量如圖1所示。此次降水比較特殊，降水主要集中在07：00，1 h降水量達(dá)到18.9 mm，達(dá)到暴雨級(jí)別，其后的降水都未達(dá)到2.5 mm/h，而《民用航空氣象地面觀測技術(shù)手冊(cè)》[4]規(guī)定，降雨強(qiáng)度小于或等于2.5 mm/h為弱降水。

圖1 2020-06-10南寧機(jī)場逐小時(shí)降水量

在本次強(qiáng)降水發(fā)生前后，溫度出現(xiàn)違反日變化規(guī)律、氣壓突増、風(fēng)向的明顯不連續(xù)和風(fēng)速的劇增等現(xiàn)象。在此次降水天氣過程中，降水時(shí)間持續(xù)較長且降水集中，雷暴持續(xù)時(shí)間長達(dá)3 h，是一次較強(qiáng)的對(duì)流天氣過程。由于雷暴持續(xù)時(shí)間過長，且降水達(dá)到強(qiáng)降水級(jí)別，導(dǎo)致南寧機(jī)場在本次強(qiáng)降水天氣過程中未能達(dá)到飛機(jī)起降標(biāo)準(zhǔn)，影響航班的正常運(yùn)行，造成航班的復(fù)飛和延誤，給空中交通運(yùn)輸帶來一定的影響。

3 天氣形勢分析

根據(jù)06-09—06-10常規(guī)氣象觀測資料顯示，06-10T00：00南寧地區(qū)上空500 hPa處于高空短波槽前和副熱帶高壓邊緣北側(cè)不穩(wěn)定擾動(dòng)區(qū)，有利于對(duì)流發(fā)展；低層西南氣流逐漸增強(qiáng)，06-10T00：00在南寧地區(qū)北側(cè)形成一條西南低空急流帶，850 hPa切變線在黔桂交界維持，暖濕氣流源源不斷地從海面輸送而來，并在廣西中南部形成較強(qiáng)的水汽幅合，顯著增加了該區(qū)域的不穩(wěn)定性；地面為熱低壓外圍形勢，且地表持續(xù)增溫，為午后對(duì)流發(fā)展創(chuàng)造了極佳的條件，極易觸發(fā)南寧地區(qū)低層不穩(wěn)定能量，產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，形成強(qiáng)對(duì)流單體，造成局地短時(shí)強(qiáng)降水。

4 物理量場分析

4.1 水汽通量散度及風(fēng)場分析

水汽通量散度能夠表述輸送來的水汽集中程度，當(dāng)水汽通量散度的值大于00：00，說明水汽通量是輻散的（水汽由于向外輸送而減少），而當(dāng)水汽通量散度的值小于00：00，則說明水汽通量是輻合的（水汽由于向內(nèi)輸送而增加）。從圖2（a）中可以清楚地看到，在06-10T00：00，850 hPa高度上，在廣西范圍內(nèi)有明顯的水汽通量負(fù)值區(qū)域，這說明該區(qū)域?yàn)樗椇蠀^(qū)域，表面此時(shí)在低層有水汽聚集的現(xiàn)象，這為降水提供了相當(dāng)有利的水汽條件。而從圖2（b）、2（c）中可以發(fā)現(xiàn)，隨著高度的上升，在廣西區(qū)域內(nèi)水汽輻合逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗椛ⅲ绕湓?00 hPa高度可以看到非常明顯的水汽通量散度正值區(qū)域，說明此時(shí)為較強(qiáng)的水汽輻散區(qū)域。由于低層（850 hPa）為水汽輻合區(qū)域，中高層（700 hPa、500 hPa）為水汽輻散區(qū)域，從而形成了較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)，其產(chǎn)生的抽吸效果使得低層的水汽輻合不斷增強(qiáng)，進(jìn)而水汽上升運(yùn)動(dòng)也得到了加強(qiáng)，最終為降雨系統(tǒng)的維持提供了合適的動(dòng)力及水汽條件。同樣，由圖2（d）、2（e）、2（f）可以看到，在06-10T06：00水汽通量各層的配置與06-10T00：00類似，然而此時(shí)500 hPa高度的水汽輻散區(qū)域較00：00增強(qiáng)，并且850 hPa高度的水汽輻合區(qū)域較00：00同樣得到了增強(qiáng)，中高層水汽輻散增強(qiáng)，低層水汽輻合增強(qiáng)，這使得此時(shí)上升運(yùn)動(dòng)得到了加強(qiáng)，并進(jìn)而造成強(qiáng)降水。在本次強(qiáng)降雨過程中，副熱帶高壓北側(cè)邊緣擾動(dòng)和低層較強(qiáng)的偏南氣流起到了非常重要的作用，它能夠?qū)|南沿海地區(qū)及華南地區(qū)的暖濕空氣源源不斷地往廣西地區(qū)輸送，從而促進(jìn)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展并最終造成強(qiáng)降水現(xiàn)象。

圖2 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情況下日水汽通量散度（填色圖，單位：g/（hPa·cm2·s））及風(fēng)場

4.2 渦度平流分析

圖3 分別展示了06-10T00：00和06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情況下的渦度平流場分析。由圖3（a）、3（b）、3（c）可以看到，在06-10T00：00，在850 hPa、700 hPa高度上，南寧機(jī)場附近渦度平流較小，而在500 hPa高度上，南寧機(jī)場附近為較明顯的正渦度平流，氣旋性渦度將增加，使得風(fēng)場和壓力場開始不平衡，而在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水平輻散現(xiàn)象，為了保持質(zhì)量連續(xù)，必定會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償上升運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于06-10T06：00各層的渦度平流場，同樣有類似的分布情況。前文由于低層水汽輻合中高層水汽輻散造成上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)的結(jié)論，對(duì)于降水區(qū)域會(huì)有很好的指示性作用。

圖3 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情況下渦度平流場圖（填色圖，單位：s-2）

4.3 垂直速度分析

圖4分別展示了06-10T00：00和06：00的850 hPa、700 hPa、500 hPa情況下的垂直速度分布。從圖4（a）、4（d）中可以清楚地看到，在850 hPa高度處，06-10T 00：00南寧機(jī)場南部附近區(qū)域有垂直上升運(yùn)動(dòng)，最大垂直上升速度達(dá)到了2 m/s，而在06：00，南寧機(jī)場周圍區(qū)域幾乎都以垂直上升運(yùn)動(dòng)為主，其大值中心相較00：00有向西北方向移動(dòng)的趨勢。由圖4（b）、4（e）可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于700hPa高度，其情況與850 hPa類似，06：00較00：00，垂直上升運(yùn)動(dòng)的大值中心有從南寧機(jī)場南部向西北方向移動(dòng)的趨勢。而對(duì)于500 hPa高度（圖5（c）、5（f）），06：00相較于00：00，南寧機(jī)場附近依舊有非常明顯的垂直上升運(yùn)動(dòng)。由此可見，在06-10南寧機(jī)場06：00強(qiáng)降水前，南寧機(jī)場附近上空中低層都為垂直上升運(yùn)動(dòng)，從而將低層的水汽不斷抬升，再考慮前文分析的水汽輻合作用，一同解釋了本次強(qiáng)降水出現(xiàn)的原因。

圖4 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情況下垂直速度圖（填色圖，單位：m/s）

5 南寧機(jī)場觀測分析

5.1 南寧機(jī)場雷達(dá)資料分析

根據(jù)南寧機(jī)場本地多普勒雷達(dá)資料分析，由于副高北側(cè)邊緣擾動(dòng)和低層較強(qiáng)偏南氣流的共同影響，04：30，距離南寧機(jī)場大約50 km出現(xiàn)散狀回波，逐漸向東北方向移動(dòng)，05：00回波逐漸加強(qiáng)，由散狀回波發(fā)展成范圍較長的橢圓形回波并繼續(xù)向東北方向移動(dòng)。06：00在距離南寧機(jī)場8 km處發(fā)展為片狀回波，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，覆蓋面積逐漸變大。大約06：10到達(dá)南寧機(jī)場，隨后加強(qiáng)發(fā)展成范圍更為寬廣的片狀回波，此時(shí)南寧機(jī)場出現(xiàn)強(qiáng)降水現(xiàn)象，1 min的降水量是2.2 mm，有密實(shí)的片狀回波覆蓋在南寧機(jī)場上空，并伴隨著雷暴，與雷達(dá)回波走向吻合。隨后片狀回波繼續(xù)向東北方向快速移動(dòng)并逐漸減弱，降水量逐漸減少，雷暴此時(shí)發(fā)生在南寧機(jī)場的東北方向，此后片狀回波于15：00離開南寧機(jī)場區(qū)域，之后逐漸分散破碎，降水逐漸停止。

5.2 南寧機(jī)場氣象要素分析

利用南寧機(jī)場自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)資料進(jìn)行分析，本次強(qiáng)降水發(fā)生前后，本場區(qū)域的溫度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、能見度等都有明顯的變化。如圖5（a）、5（b）所示，降水發(fā)生前，氣溫變化緩慢；當(dāng)降水影響本場時(shí)，05號(hào)跑道和23號(hào)跑道氣溫均出現(xiàn)了2次明顯的降溫過程，06：10左右，本場開始出現(xiàn)強(qiáng)雷雨天氣現(xiàn)象，氣溫出現(xiàn)急劇下降，15 min內(nèi)降低了6℃，變化劇烈。如圖5（c）、5（d）所示，雷雨天氣過程中05號(hào)跑道的風(fēng)速出現(xiàn)2次峰值，當(dāng)強(qiáng)雷雨天氣經(jīng)過本場時(shí)風(fēng)速達(dá)到最大，為極大風(fēng)速18 m/s，風(fēng)向從偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為以偏西風(fēng)為主，出現(xiàn)了風(fēng)向明顯不連續(xù)，風(fēng)速加大等特點(diǎn)，移出后本場轉(zhuǎn)偏北風(fēng)。雷暴過境時(shí)，如圖5（e）所示，氣壓先急速上升，然后逐漸下降，當(dāng)強(qiáng)雷雨天氣逐漸影響本場時(shí)，氣壓急速上升，短時(shí)間內(nèi)氣壓的變化大于等于3 hPa。根據(jù)圖6（f）可知，強(qiáng)降水影響本場時(shí)，能見度發(fā)生急劇的變化，由10 000 m下降至1 000 m以下，最低能見度250 m，雷雨天氣過境時(shí)受降水影響，能見度出現(xiàn)明顯的變化，表現(xiàn)為降水強(qiáng)度越大，能見度越低。

圖5 強(qiáng)降水發(fā)生前后，本場區(qū)域的溫度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、能見度變化曲線圖

6 結(jié)論

本次強(qiáng)雷雨天氣是一個(gè)典型的局地降水過程，降雨集中，短時(shí)降水強(qiáng)度大，雷暴持續(xù)時(shí)間長，影響航班的正常運(yùn)行。造成此次強(qiáng)雷雨天氣過程的主要天氣系統(tǒng)是副熱帶高壓北側(cè)邊緣擾動(dòng)和低層較強(qiáng)的偏南氣流共同影響，將東南沿海地區(qū)及華南地區(qū)的暖濕空氣源源不斷地往廣西地區(qū)輸送，從而促進(jìn)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展并最終造成強(qiáng)降水現(xiàn)象。對(duì)物理量場進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，降水發(fā)生之前，中、低層濕度大，水汽條件充足；中高層水汽輻散增強(qiáng)，低層水汽輻合增強(qiáng)，不穩(wěn)定能量增加，使上升運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，為本次降水帶來充足的動(dòng)力條件；渦度場的變化對(duì)本次強(qiáng)降水的出現(xiàn)起到了重要的解釋作用。

通過分析本次降水過程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)強(qiáng)雷雨逐漸影響本場時(shí)，溫度驟降，不符合日變化規(guī)律，風(fēng)向、風(fēng)速的突變預(yù)示著雷暴的接近或遠(yuǎn)離，且降水強(qiáng)度越大，伴隨的陣風(fēng)值也越大；當(dāng)雷暴云團(tuán)靠近、影響本場時(shí)，氣壓突增、能見度劇降等現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)氣象觀測員在判斷雷雨的發(fā)生、強(qiáng)度均有較好的指示作用。