论文部分内容阅读
摘 要 在利用数值预报产品和1°×1°NCEP再分析资料对2015年8月13日的一次雷雨天气过程的天气形势和物理量场特征分析基础上，从雷雨和强降水的发生条件入手，讨论了数值预报中的对流参数在此次过程中的指示意义。结果表明：地面中低层的暖湿西南气流和高层浅槽东移的天气形势配置是给此次雷雨提供了有利的触发机制。数值预报产品中的对流有效位能、沙氏指数的分布和变化可以较好地提示此次雷雨的发生、发展。而水汽通量散度的变化对降水过程的指示意义也是明显的。
关键词 雷雨触发机制；对流参数；水汽通量散度
中图分类号：P458.12 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）06--03
在雷雨活动区中飞行，除了云中飞行的一般困难外，还会遇到强烈的颠簸、积冰、雷击、阵雨、风切变和龙卷。尽管现代民用航空器的安全性能已有了很高的保障，但作为航空器起飞、降落的航站范围内的雷雨预报准确与否仍然直接影响到航空安全生产。
2015年8月13日傍晚发生在温州机场的一次雷雨天气过程是一次典型的系统性雷雨过程，此次过程共造成6个航班备降，过程降水量为46.1 mm，达到了大雨程度，且雷暴天气持续了近4 h。当日，本场观测实况雷暴和降水演变时段见表1。
1 天气过程分析
1.1 环流场分析
13日00UTC，500 hPa高度场为东高西低的形势控制，中东部地区有浅槽东移，东部沿海地区受副高控制，南支槽的东移将暖湿空气经由副高输送到东部沿海；华北地区有一暖脊阻挡了冷空气的进一步南下，而辽东半岛槽后的弱冷空气由我国东北地区经由朝鲜半岛向南扩散至中东部地区，与副高外围的西南暖湿气流交汇。
1.2 天气形势分析
12日北方冷高压缓慢扩散南下，西南地区倒槽发展，海上副热带高压控制了东部沿海一带，13日西南倒槽在副热带高压的挤压下向东南沿海移动发展，随着北方冷高压进一步南下，副高略有东退，在日变化的作用下午后到傍晚倒槽加深发展并有北抬。而本场一直处在暖区内的西南气流中。
低层850 hPa本场处于副高边缘的西南暖湿气流之中，水汽从南海经过华南输送到本场；一条槽线从位于日本的低压中心经由东海、杭州湾一直延伸到华中地区，槽后一股弱冷平流也从华北平原扩散而下。
700 hPa、500 hPa上均有一条高空槽从杭州湾延伸到长江中部地区，高空槽后还伴随着一条冷槽带来了北方的弱冷空气，而中高层冷空气的侵入和涡度输送使得对流层中低层的不稳定层结得到了触发机制，导致此次雷雨的发生和发展。
2 数值天气预报分析
数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，因此可以根据数值天气预报的结果分析雷雨发生的概率、时间、强度等要素，是日常预报工作的一个有力工具。
2.1 对流参数
综合运用各种对流参数，不仅有助于加深强对流天气发生发展物理机制的了解，而且也有利于增强此类局地强暴雨发生潜势的预测。
2.1.1 对流有效位能CAPE
当气块的重力与浮力不相等且浮力大于重力时，一部分位能可以释放，由于这部分能量对大气对流有着积极的作用，并可转化成大气动能，故称其为对流有效位能。在平衡高度处，环境对气块的浮力加速度为0，在此高度之上，对流将因为环境的负浮力作用而受到削弱。CAPE就表示在自由对流高度之上，气块可从正浮力做功而获得的能量。
对于实际大气，为方便起见，常常忽略虚温的影响而直接代之以温度，这样对流有效位能即为T-logp图上正面积所对应的能量[1]。由于其比传统意义上的对流不稳定能量更能恰当地表示出对流发展的强度，因此，近年来对流有效位能作为对流发展的重要标志已直接或间接投入业务使用。
从图1CAPE分布及演变过程可以看出，13日06UTC温州的西部山区存在着一个高值区中心值达到了900 J/kg，随着时间的不断推移，高值区也从西部山区向沿海移动，并逐渐堆积在沿海区域，12UTC温州机场区域的CAPE已升高到700 J/kg并维持在较高的水平，15UTC仍高达600 J/kg。高能区的移动给本处于能量低值区的本场带来了对流不稳定能量，为雷雨的发生提供了有利条件。
2.1.2 抬升指数LI
气块从修正的低层（通常为地面或近地面层）沿干绝热线上升，到达凝结高度后再沿湿绝热线上升至500 hPa时所具有的温度与500 hPa等压面上的环境温度的差值。当LI<0时，大气层结不稳定，且负值越大，不稳定程度越大，反之，则表示气层是稳定的。
抬升指数的演变对于该地区气层的稳定性有较好的指示意义。13日下午06UTC随着日变化的影响沿海地区的LI升高到了-4 ℃左右，而西部山区的LI更是达到了-6 ℃。到了12UTC西部山区的LI已经回落到了-3 ℃，沿海地区仍维持在-4 ℃左右[3]。这说明06UTC之后机场附近地区不仅对流层低层已具有很强的不稳定性，而且不稳定能量还在不断地聚集（见图2）。
这2个对流参数的变化说明此时温州机场附近的上空已积聚了足够的不稳定能量，只要有适当的触发机制，该地区必可出现一次强对流天气过程。
从水汽通量的数值和方向，只能了解降水过程的水汽来源，以及这种水汽输送和某些天气系统的关系。至于降水究竟出现在何处，雨量有多大，则与水汽通量散度的关系更为密切。本文将运用全球再分析资料计算水汽通量散度来分析水汽条件。
2.2 水汽条件分析
从图3可以看出水汽通量散度的形势并非十份有利，且数值也偏小，但这与观测资料的雨量变化十份吻合，其中可以看出主要降水集中在12UTC以后，而图中的形势变化在18UTC的水汽通量散度为全天的最大值。
3 结语
地面和中低层处于暖湿的环境之中，而高空槽的东移带来了槽后的弱冷空气是此次雷暴发生的触发机制。
利用数值预报产品的分析可以看出，雷暴发生前本场一直出高能量场之中，层结的不稳定性也十份有利，且随着日变化的影响这些有利条件并没有明显减弱，为雷暴的发生积累了有利的能量条件[4]。以上也从侧面证明了数值预报产品在此次过程中的可靠性。
从水汽通量散度的形势变化图来看，不论是中心分部还是数值大小都不十份理想，但降水过程与水汽通量散度的变化十份吻合，这从侧面证明了此次过程的雷暴时间持续虽长，但降水量并非十份显著。
参考文献
[1]李耀東，刘健文，刘玉玲，等.埃玛图微机制作及对流有效位能的计算[J].气象，1998，23（5）：21-25.
[2]齐琳琳，刘玉玲，赵思雄.一次强雷雨过程中对流参数对潜势预测影响的分析[J].大气科学，2005（4）：536-548.
[3]邓伟，陈海波，马振生，等.NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示[J].气象与环境科学，2009（3）：78-82.
[4]周青，赵凤生，高文化.NECP/NCAR逐时分析与中国实测地表温度和地面气温对比分析[J].气象，2008，34（2）：83-91.
（责任编辑：赵中正）
关键词 雷雨触发机制；对流参数；水汽通量散度
中图分类号：P458.12 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）06--03
在雷雨活动区中飞行，除了云中飞行的一般困难外，还会遇到强烈的颠簸、积冰、雷击、阵雨、风切变和龙卷。尽管现代民用航空器的安全性能已有了很高的保障，但作为航空器起飞、降落的航站范围内的雷雨预报准确与否仍然直接影响到航空安全生产。
2015年8月13日傍晚发生在温州机场的一次雷雨天气过程是一次典型的系统性雷雨过程，此次过程共造成6个航班备降，过程降水量为46.1 mm，达到了大雨程度，且雷暴天气持续了近4 h。当日，本场观测实况雷暴和降水演变时段见表1。
1 天气过程分析
1.1 环流场分析
13日00UTC，500 hPa高度场为东高西低的形势控制，中东部地区有浅槽东移，东部沿海地区受副高控制，南支槽的东移将暖湿空气经由副高输送到东部沿海；华北地区有一暖脊阻挡了冷空气的进一步南下，而辽东半岛槽后的弱冷空气由我国东北地区经由朝鲜半岛向南扩散至中东部地区，与副高外围的西南暖湿气流交汇。
1.2 天气形势分析
12日北方冷高压缓慢扩散南下，西南地区倒槽发展，海上副热带高压控制了东部沿海一带，13日西南倒槽在副热带高压的挤压下向东南沿海移动发展，随着北方冷高压进一步南下，副高略有东退，在日变化的作用下午后到傍晚倒槽加深发展并有北抬。而本场一直处在暖区内的西南气流中。
低层850 hPa本场处于副高边缘的西南暖湿气流之中，水汽从南海经过华南输送到本场；一条槽线从位于日本的低压中心经由东海、杭州湾一直延伸到华中地区，槽后一股弱冷平流也从华北平原扩散而下。
700 hPa、500 hPa上均有一条高空槽从杭州湾延伸到长江中部地区，高空槽后还伴随着一条冷槽带来了北方的弱冷空气，而中高层冷空气的侵入和涡度输送使得对流层中低层的不稳定层结得到了触发机制，导致此次雷雨的发生和发展。
2 数值天气预报分析
数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，因此可以根据数值天气预报的结果分析雷雨发生的概率、时间、强度等要素，是日常预报工作的一个有力工具。
2.1 对流参数
综合运用各种对流参数，不仅有助于加深强对流天气发生发展物理机制的了解，而且也有利于增强此类局地强暴雨发生潜势的预测。
2.1.1 对流有效位能CAPE
当气块的重力与浮力不相等且浮力大于重力时，一部分位能可以释放，由于这部分能量对大气对流有着积极的作用，并可转化成大气动能，故称其为对流有效位能。在平衡高度处，环境对气块的浮力加速度为0，在此高度之上，对流将因为环境的负浮力作用而受到削弱。CAPE就表示在自由对流高度之上，气块可从正浮力做功而获得的能量。
对于实际大气，为方便起见，常常忽略虚温的影响而直接代之以温度，这样对流有效位能即为T-logp图上正面积所对应的能量[1]。由于其比传统意义上的对流不稳定能量更能恰当地表示出对流发展的强度，因此，近年来对流有效位能作为对流发展的重要标志已直接或间接投入业务使用。
从图1CAPE分布及演变过程可以看出，13日06UTC温州的西部山区存在着一个高值区中心值达到了900 J/kg，随着时间的不断推移，高值区也从西部山区向沿海移动，并逐渐堆积在沿海区域，12UTC温州机场区域的CAPE已升高到700 J/kg并维持在较高的水平，15UTC仍高达600 J/kg。高能区的移动给本处于能量低值区的本场带来了对流不稳定能量，为雷雨的发生提供了有利条件。
2.1.2 抬升指数LI
气块从修正的低层（通常为地面或近地面层）沿干绝热线上升，到达凝结高度后再沿湿绝热线上升至500 hPa时所具有的温度与500 hPa等压面上的环境温度的差值。当LI<0时，大气层结不稳定，且负值越大，不稳定程度越大，反之，则表示气层是稳定的。
抬升指数的演变对于该地区气层的稳定性有较好的指示意义。13日下午06UTC随着日变化的影响沿海地区的LI升高到了-4 ℃左右，而西部山区的LI更是达到了-6 ℃。到了12UTC西部山区的LI已经回落到了-3 ℃，沿海地区仍维持在-4 ℃左右[3]。这说明06UTC之后机场附近地区不仅对流层低层已具有很强的不稳定性，而且不稳定能量还在不断地聚集（见图2）。
这2个对流参数的变化说明此时温州机场附近的上空已积聚了足够的不稳定能量，只要有适当的触发机制，该地区必可出现一次强对流天气过程。
从水汽通量的数值和方向，只能了解降水过程的水汽来源，以及这种水汽输送和某些天气系统的关系。至于降水究竟出现在何处，雨量有多大，则与水汽通量散度的关系更为密切。本文将运用全球再分析资料计算水汽通量散度来分析水汽条件。
2.2 水汽条件分析
从图3可以看出水汽通量散度的形势并非十份有利，且数值也偏小，但这与观测资料的雨量变化十份吻合，其中可以看出主要降水集中在12UTC以后，而图中的形势变化在18UTC的水汽通量散度为全天的最大值。
3 结语
地面和中低层处于暖湿的环境之中，而高空槽的东移带来了槽后的弱冷空气是此次雷暴发生的触发机制。
利用数值预报产品的分析可以看出，雷暴发生前本场一直出高能量场之中，层结的不稳定性也十份有利，且随着日变化的影响这些有利条件并没有明显减弱，为雷暴的发生积累了有利的能量条件[4]。以上也从侧面证明了数值预报产品在此次过程中的可靠性。
从水汽通量散度的形势变化图来看，不论是中心分部还是数值大小都不十份理想，但降水过程与水汽通量散度的变化十份吻合，这从侧面证明了此次过程的雷暴时间持续虽长，但降水量并非十份显著。
参考文献
[1]李耀東，刘健文，刘玉玲，等.埃玛图微机制作及对流有效位能的计算[J].气象，1998，23（5）：21-25.
[2]齐琳琳，刘玉玲，赵思雄.一次强雷雨过程中对流参数对潜势预测影响的分析[J].大气科学，2005（4）：536-548.
[3]邓伟，陈海波，马振生，等.NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示[J].气象与环境科学，2009（3）：78-82.
[4]周青，赵凤生，高文化.NECP/NCAR逐时分析与中国实测地表温度和地面气温对比分析[J].气象，2008，34（2）：83-91.
（责任编辑：赵中正）