哈尔滨机场冷涡雷暴预报方法初探

赵凯，钟伟，郑丽杰

（民航黑龙江空管分局，黑龙江哈尔滨 150079）

哈尔滨机场冷涡雷暴预报方法初探

赵凯，钟伟，郑丽杰

（民航黑龙江空管分局，黑龙江哈尔滨 150079）

本文通过用数值预报产品对冷涡雷暴分析，得出数值预报的形势场、抬升指数、K指数、垂直速度等，对提前预报冷涡雷暴有很好的指示作用。结合卫星云图、雷达回波图，能更好的监控冷涡雷暴的发展演变，为飞行安全提供有力保障。

数值预报产品；冷涡雷暴；预报；卫星云图；多普勒雷达

1 引言

对于法航的空难原因有人这么推测：“导致法航客机失事的最大原因可能是天气因素导致技术故障”。[1]更有专家说：“5月31日晚11：00，指挥官报道称云层上出现强气流、电雷暴和强风。10：00后，自动驾驶失去联络，具体原因不详”。[2]可见，雷暴是目前公认的严重威胁飞行安全的天气现象。雷暴云能产生各种各样的危及飞行安全的天气现象：强烈的湍流、积冰、闪电（雷击）、雷雨、大风、下击暴流、低空风切变，有时甚至还伴有冰雹和龙卷风。近几年，航班量日益增加，航班的飞行时间跨度、密度都在增加，几乎每个航班都有面对雷暴天气的机会，复飞、备降、延误都有可能，这也将增加飞行成本。如果能利用现有的资料把雷暴天气预报准确，不但彰显了“航空气象助飞行安全快捷”的宗旨，且对提高航空公司的经济效益都具有重要意义。所以，本文将结合数值预报产品、卫星云图与多普勒雷达回波图，对哈尔滨机场雷暴的预报进行总结探讨，期望对今后工作有所帮助和启发。

2 诱发哈尔滨机场雷暴的天气形势

通过对哈尔滨机场1996～2005年雷暴产生前的天气形势进行统计发现，哈尔滨机场雷暴几乎都是在一定天气形势下产生的系统性雷暴，产生雷暴的主要天气形势有：冷锋型、冷涡型、暖锋型、空中槽型。本文主要分析冷涡雷暴，因为在冷涡形势下，整个东北都受影响，大多数地方都有雷暴发生，对航路及备降场选择都有直接影响。

3 数值预报产品在冷涡雷暴预报中的释用

雷暴形成的物理条件常常在雷暴发生前不久才开始明显，因此，利用原来的实况观测资料等常规天气图资料预报雷暴只能是雷暴临近时的诊断，而非预报[3]。数值预报产品，对未来的天气形势、有关物理量做出了定量预报，也就给出了能反映雷暴产生的天气形势、及相关特征物理量（线）的预报值，根据预报出的天气形势、特征量（线）来判断雷暴的产生，无疑在时间上做出了提前量。根据雷暴产生的条件，本文将简单归纳一下，哈尔滨机场冷涡雷暴预报中数值预报产品的初步释用。

3.1 天气形势中数值预报产品的释用

系统性雷暴的预报，依赖于正确分析天气形势的发展变化。数值预报产品对黑龙江省未来72 h天气形势的预报可信度较高，均可用[4]。因此，预报员可以根据数值预报产品的形势场，判断当日是否具备产生雷暴的天气形势。形势场的分析，哈尔滨预报室一般采用日本传真图，本文多使用天气在线GFS产品。

3.1.1 冷涡雷暴气候特征

冷涡雷暴主要出现在春末至初夏，尤其以6月份较多，冷涡雷暴出现几率占全年雷暴出现日数的27%左右，近几年有增多趋势。哈尔滨机场连续性雷暴日多是由冷涡引起，最长的冷涡雷暴持续了10 d。由天气学原理知道，雷暴一般较易出现在冷涡南方、东南方，或东北部。据统计，当冷涡中心位于43°N左右，110°E～132°E之间区域内时（此类低涡一般是蒙古气旋向东北移动过程中加强而产生的），或低涡中心出现在51°N左右，110°E～132°E之间区域内时（此类低涡一般由西北冷空气在在黑龙江省北部加强而产生），机场易发生雷暴。

3.1.2 数值预报产品模拟冷涡的个例分析

数值预报产品能够很好的模拟出冷涡形成的过程，以及冷涡形成时间和位置,这比一般预报员根据常规天气资料外推冷涡的发展更加直观、准确。

图1 2009年5月29日～6月5日500 hPa形势演变（29/05/09 00GMT起报）

图1是天气在线GFS模式模拟的500 hPa冷涡演变过程。由图可以看出，5月29日冷涡前沿开始影响机场，到6月5日冷涡逐渐减弱东移出机场，持续时间至少要8 d。根据机场观测记录，5月29～30日和6月2～6日，均有雷暴，冷涡雷暴持续影响机场时间长达9 d，这是较为罕见的。预报产品模拟出29、30日冷涡中心由55°N、118°E附近逐渐东南移动到49°N、124°E附近，机场处于冷涡中心的东南方，冷中心较强，出现弱雷雨；5月31日～6月1日，冷涡继续东南移动，机场位于冷涡中心附近，天气相对稳定；之后，冷涡在东北地区稳定少动，且相对较弱，在冷空气的不断补充下，冷中心不断南下，2日开始机场逐渐处于冷涡的偏北部位，在弱冷涡的影响下，机场天天有雷雨。由此可见，弱冷涡形势下，机场与冷涡的位置适当时，更易发生雷暴。

图2 6月8～11日500 hPa形势场演变（08/06/09 00GMT起报）

图2模拟的是6月8～11日冷涡过程500 hPa形势演变情况。从图中可以看出，8日西南面低中心（45°N、110°E附近）不断向东移动，本场位于低槽前的暖湿空气中，且形势场很弱；9日南来低压与北边的冷空气相遇，冷涡开始发展加强，本场仍然处在冷涡的东边，发展阶段的冷涡相对较弱。10日06：00前后，冷涡发展强盛，且中心移向本场。据观测记录，8日，本场午后至夜间雷暴分别在09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47时段发生；9日02:59～05:46、07:42～09:53有雷暴发生。而10～11日则没有雷暴发生记录。

3.2 稳定度指标

3.2.1 抬升指数LI

本文的抬升指数采用天气在线的定义，即抬升指数（LI）表示，一个气块从抬升凝结高度出发，沿湿绝热线上升到500 hPa（海拔5200 m左右高度）处所具有的温度被该处实际大气温度所减得到的差值。当差值为负数时，表明气块比其环境温度更暖，因此将会继续上升。该差值的绝对值越大，出现对流天气的可能性也越大。差值为正数时，表示大气层结稳定（见表1）。

表1 抬升指数对应数值与天气现象

图3 6月8日抬升指数预报图（起报时间08/06/09 00GMT）

抬升指数对机场雷暴预报有一定的指示作用。当哈尔滨位于0～3对应的区域内时，机场基本上都有雷暴发生；位于该区域的边缘，有时候也会有雷暴发生。也出现过漏报的情况，但相对较少。图3是2009年6月8日00:00世界时起报的抬升指数预报图，从图中可以估计出，06:00以后本场开始出现不稳定；06:00～12:00之间，有可能出现雷暴；12:00～18:00之间出现雷暴的可能性更大。对照8日观测记录，雷暴发生时间09:30～09:40、10:15～13:50、15:40～16:47，可以看出，利用抬升指数可以粗略估计雷暴发生的时间，提前预报出雷暴发生时段，对保障飞行有重要意义。

3.2.2 k指数

K指数定义：K＝t850-t500+td850-（t-td）700

式中t表示温度，td表示露点，下标为等压面数值，K值越大，大气越不稳定。

K指数表示在探空图中，常规探空图一天只有2张，对预报雷暴发生预报的指示作用有限。天气在线GFS探空图，每3 h一张，K指数指示值更接近于雷暴发生的时刻，所以结合抬升指数，更容易判断出雷暴发生的大概时间。统计得出：

K<20℃无雷雨；

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。

根据哈尔滨机场预报室统计，当K≥25℃时，雷暴发生的可能性为90%以上。

3.3 相关要素

3.3.1 垂直速度

垂直运动会引起水汽、热量、涡度等垂直输送，大气中的能量转换主要是借垂直运动才得以实现的，因此分析垂直运动在天气预报方面有重要意义[5]。哈尔滨机场雷暴发生前，机场西面垂直速度925 hPa和700 hPa均为负值，700 hPa预报值一般在-10 hPa/h以下，暖湿空气的上升运动较强，为雷暴的触发提供了动力条件；东面925 hPa和700 hPa为正值区，有暖空气活动。雷暴发生以后，垂直速度从低到高逐渐转为正值或0值。

3.3.2 水汽条件

充沛的水汽是发生雷暴必不可少的条件之一，而对流层低层的湿层必须靠水汽的不断输送和辐合来维持。判断水汽含量多少，本文采用天气在线925 hPa和700 hPa相对湿度预报值，结合中国东部降水即降水量分布图。陈勇[6]等人，也采用类似的方法计算长沙雷暴发生时的水汽条件。哈尔滨机场雷暴发生前925 hPa和700 hPa相对湿度都在75%以上，且6 h降水量＞1 mm。

4 卫星云图资料的使用

由上面分析，可以看出数值预报产品能较有效地描述天气系统发展，较好地预报雷暴天气的发生、发展趋势，有一定的可用性。但鉴于对雷暴生命史短，范围小的特点，要想准确、及时地监测到雷暴发生的地点、时间和强度，做好未来9 h内的临近预报，仅靠数值产品是不够的，必须配合使用雷达、卫星等探测手段。

在卫星云图上，冷涡前部发生的雷暴时，冷涡前部有一片松散的暖云区，雷暴云团出现在该云区中，表现为云区当中镶嵌[7]有一些白亮点。冷涡较弱时，稳定少动，原地生消；较强时，缓慢东移。也有对流单体沿冷涡周围气旋移动到冷涡前发展而成，但相对较少。在冷涡后部发生雷暴时，雷暴云一般在细胞状云区中发生发展，出现积云稠密区或逗点状云；在冷涡偏西部位的螺旋云线上，经常也会出现小亮点，这些亮点一般在气流由西北转为西南的地方，发展强烈成雷。根据这些经验，配合水汽图，一般能提前判断雷暴发生的可能性，但雷暴的强弱、移速、具体位置等还得看雷达回波图。

5 多普勒雷达回波资料的运用

多普勒雷达回波图能直观的显示雷暴云的方位、强度、移向移速、雷暴垂直结构等，对预报雷暴的发展演变具有很好的指示作用。哈尔滨机场夏季雷暴发生时,回波强度一般在40 dBz以上；春、秋季节，回波强度在35 dBz以上，就可产生雷暴。如果径向速度上有正负相间的“辐合带”存在，负值在外，正值在内，且多普勒径向速度值不断增大，可判断该回波将发展，该径向速度辐合带略处于该回波的前沿，预示着雷暴云未来移向。低仰角回波前沿径向速度若出现大值区，则预示有雷暴大风，可作为本站短时最大阵风预报的参考。速度产品垂直风廓线，对风切变的发生变化有一定指示作用。

6 总结

（1）6月份是哈尔滨机场冷涡雷暴多发季节。

（2）数值预报产品能够很好的模拟出冷涡发展演变,对提前预报雷暴发生的可能性，有一定指导作用。当机场位于冷涡相对较弱部位时，雷暴发生的几率更大。

（3）预报抬升指数≤0时，机场有可能发生雷暴；当K≥25℃时，雷暴发生的可能性为90%以上，间隔3 h K指数预报值，能更好的显示雷暴发生前大气不稳定程度。一般情况下，700 hPa垂直速度≤-10 hPa/h值时，预示有雷暴发生；925 hPa湿度能很好的指示雷暴发生的水汽条件。

（4）卫星云图上，冷涡前雷暴时，雷暴云出现在较杂乱的暖云区；冷涡后雷暴，则一般在细胞状云区出现。雷达回波图上的辐合区，能判断雷暴将发展及未来移向；回波前沿的最大速度值，可作为预报机场最大阵风的参考。

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

[2]华夏经纬网http://www.huaxia.com/xw/gdxw/2009/ 06/1450477.html.

[3]何宏让,钱贞成,王春明.数值预报产品解释应用[M].南京：解放军理工大学气象学院训练部，2007:59-63.

[4]吕非,祖雪梅,于震宇，等.72h数值预报形势产品在黑龙江省的应用[J].黑龙江气象，2004，3：14-15.

[5]周基业,林梅,何勇.双流机场副高西部雷暴起止时间初探[J].四川气象，2004，1：23-25.

[6]陈勇,匡方毅,肖波.基于Web GIS的长沙市雷暴天气短期预报模型的研究与应用[J].暴雨灾害,2008,27（3）: 258-263.

[7]韩玮,赵昌吉,田丽.大连机场雷暴天气特征分析和预报思路[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

赵凯（1980-），女，河南省南阳市人，成都信息工程学院，本科生，工程师.