兰州中川机场一次强雷雨天气过程诊断分析

丁楠

摘要：2017年06月05日，兰州中川机场发生一次强雷雨天气过程。本文利用EC细网格资料，结合实况背景场，对强雷雨发生的环境条件进行了诊断分析。得出：1.本次过程属于西北气流型。高空槽后强冷平流，低层午后增温热力不稳定造成了本次过程的发生。2.中低层热力不稳定，700hPa风速辐合线提供动力抬升，明显的垂直运动是本次过程的基础条件。3.中低层充沛的水汽含量、明显的水汽积累，形成了深厚湿层，是强雷雨发生的关键条件。

关键词：强雷雨；EC细网格；诊断分析；兰州中川机场

强对流天气过程，对现代航空飞行安全有着重要的影响。近年来，随着民航业迅猛发展，强对流天气对航空安全和航班正常性的影响愈发凸显。民航相关从业人员也越发重视强对流天气的预报，并有了一定的成果。[12]兰州中川机场位于永登县秦王川盆地东南，北近乌鞘岭，西接祁连山支脉。[3]独特的地理与气候条件，造成了中川机场夏季强对流天气过程发生频次较高。2017年，兰州中川机场年旅客吞吐量超过1200万人次，强对流天气过程对航班正常性的影响理应得到足够的重视。2017年06月05日，中川机场发生一次强对流天气过程，雷暴持续时间达1小时11分钟，短时强降水持续时间达到21分钟，降水量达到6.3毫米，对运行产生了极大的影响。本文将利用EC细网格资料结合实况资料，对这次强对流天气过程进行诊断分析。

1 资料说明

由于我国两次探空时间（08时和20时）大多数都不在强对流天气发生的时段内，有时08时的天气形势并不能真正代表强对流天气发生时的天气形势。[4]因此，在中川机场实际业务预报中，采用数值预报产品作为诊断量。近年来，通过业务实际总结，EC细网格资料在中川机场强对流过程预报中，表现出良好的适应性和准确性。因此，本文采用EC细网格资料进行分析。本文采用的EC细网格数值预报产品每日有08时和20时2个时次的起报时间，空间分辨率在地面为0.125°×0125°在1000～100hPa间为0.25°×0.25°，时间分辨率在72h内为3小时，72小时～240小时为6h，包含有风、温、压、湿等多种要素。本文采用距兰州中川机场最近的一格点上的资料作为地面资料取值点，采用兰州中川机场正好位于正中的左右两格点上资料平均值作为高空资料取值点。中川机场海拔达1947.2m，因此本文中以600hPa～400hPa作为对流层中层，以600hPa以下层次作为对流层低层。

2 天气过程回顾与天气形势分析

2017年06月05日，兰州中川机场遭遇强雷雨天气，中川机场于15：09分（北京时，下同）发生雷暴天气，持续至16时20分雷暴结束，过程持续期间，在15：5416：05及16：47分16：57分间，发生两段短时强降水，过程总降水量达到6.3毫米，是中川机场夏季遭遇的强对流天气过程之一，本次天气过程造成1架次航班返航，2架次航班备降，同时对机场正常运行造成了较大影响。

如图1所示06月05日08时实况，500hPa高度层高空槽东移后，中川机场处于低涡系统西南侧，甘肃中西部地区转为西北气流控制，温度场上，较强冷平流区明显落后于高空槽，有较强的冷平流，大气状态具备较强的斜压性。700hPa上，也为槽后西北气流，河西有西北东南向的低空急流，兰州中川机场位于低空急流的右前方，河西中西部有较强的暖平流。依据据甘肃省强对流天气中尺度分析业务技术规范，此种天气形势在天气型分类上，属于西北气流型。而西北气流型恰恰是甘肃省短时强降水概念模型中的天气形势之一。因此，依据当日08时实况资料，可以判定天气背景形势，有利于强对流天气的发生。

3 环境条件诊断分析

依据强对流天气诊断分析方法，本文将从热力不稳定条件、水汽条件、抬升条件三个方面对本次天气过程进行分析，由于资料更新时间原因，在过程发生前，实际预报中，只能参考前一日20时为初始场的数值预报资料，因此，本文选用06月04日20时初始场数值预报资料对强对流天气发生的环境条件进行诊断分析。

3.1 热力不稳定条件分析

较大的温度垂直递减率有利于强对流过程的發生，因中川机场海拔高度在1900米以上，因此选取700hPa与500hPa温度差来表征这一属性。06月05日08时20时各高度层上温度如表1：

在强对流天气过程发生前后，兰州中川机场700hPa与500hPa温度差（℃）变化趋势为先增大后减小，同时数值上，始终大于16.2℃，说明温度垂直递减率始终大于湿绝热垂直递减率，有利于强对流天气过程的发生。此外，“在深对流可能发生的环境中，对流有效位能是一个与环境联系最为密切的热力学变量，广泛的应用于国内外强对流天气的诊断分析”，[5]06月05日08时20时中川机场对流有效位能情况如图2

如图，强对流过程发生当日对流有效位能值（CAPE，下同）在对流过程发生前后最大值达到了198.75J·kg-1。根据实际业务总结，符合较大有效位能值的经验性判断。同时，在雷暴发生6小时及发生后3小时，对流有效位能变化值达到198.75J·kg-1及198.375J·kg-1，说明在雷暴发生前不稳定能量迅速积累，而在雷暴过程中不稳定能量迅速释放。此外，必须说明的是，据业务对比，就中川机场而言，EC细网格资料CAPE值较实际值偏小，但通过对其数值的变化进行分析，仍然对强对流天气的发生有较强的的指示意义。结合以上论述，当日中川机场具备较强的热力不稳定特性，有利于强对流天气的发生。

3.2 水汽条件分析

如表2，在强雷雨发生的时段附近，数值预报资料显示，700hPa比湿达到了5.21g·kg-1，600hPa比湿达到4.97g·kg-1，500hPa比湿为1.67g·kg-1，说明中低层整层比湿都较大，由于比湿是反映空气中实际水汽含量的物理参量，因此，雷暴发生前后大气中低层始终处于相对潮湿的状态。同时，从变化趋势出发，700hPa和600hPa比湿在11时14时间出现了明显的跃升，500hPa和400hPa在14时17时之间有上升趋势。说明在强雷雨发生前后，中低层大气整层出现了水汽的积聚。此外，从大气中水汽相对含量出发，考察相关时段相对湿度如表：

强雷雨出现时段内，700hPa和600hPa的相对湿度分别大于60%和 70%，500hPa和400hPa的相对湿度在14时至17时之间出现明显跃升。尤其值得注意的是500的相对湿度在17时达到了96.75%，相对湿度反映的是空气的饱和程度，因此说明中低层整层空气的饱和程度较高，具备较为深厚的湿层。综合以上分析，700hPa至400hPa比湿和相对湿度都反映出此次天气过程中的水汽条件较好，有利于短时强降水的发生。

3.3 抬升条件分析

分析图3，可以发现06月05日11时至14时间，700hPa存在自北向南移动的风速辐合线，且在14时左右过境兰州中川机场。该风速辐合线为强对流的出现提供了动力抬升作用。此外，在强对流过程的诊断分析中，分析抬升条件时，应当具体分析局地上升运动。06月05日14时兰州中川机场附近EC细网格资料散度场情况为在强雷雨出现前的邻近时刻，700hPa散度场上，中川机场位于中心值达到367.26×107s-1的大的负值中心附近，为较强辐合，200hPa散度场上中川机场位于中心值达到159.89×107s-1的大的正值中心附近，为较强辐散。说明低层有较强辐合而高层有较强辐散，存在有利于强对流出现的较强上升运动。

4 结论

综合以上分析，可以得出如下结论：

（1）2017年06月05日兰州中川机场出现的强雷雨过程，在雷暴分型中应当属于西北氣流型。主要受到高空槽后强冷平流，及低层午后增温造成的热力不稳定影响，产生了强对流天气过程。

（2）本次过程中，中低层存在较强的热力不稳定，700hPa风速辐合线提供了较强的动力抬升，低层较强的辐合和高层较强的辐散产生了明显的垂直运动。是此次天气过程中有利于强对流出现的环境条件。这些环境条件是强对流发生的基础条件。

（3）在前述基础上，中低层各个层次都具备充沛的水汽含量、明显的水汽积累，形成了较为深厚的湿层。说明在本次天气过程中水汽条件良好，有利于较强降水的出现。这一点是中川机场出现本次强雷雨的关键条件。

参考文献：

[1]麦文斌.兰州机场一次雷暴大风天气的数值模拟和诊断分析[J].空中交通，2016（4）：3942.

[2]逯野.2016年兰州中川机场初雷天气复盘分析[J].科技风，2017（15）：121122.

[3]党冰，孙伟中，王嘉媛，魏林波，尚可政，李景鑫，王式功.20042007年兰州中川机场低空风切变分析[J].兰州大学学报（自然科学版），2013，（01）：6369.

[4]章国材.强对流天气分析与预报[M].气象出版社，2011.11.

[5]陈艳，寿绍文，宿海良.CAPE等环境参数在华北罕见秋季大暴雨中的应用[J].气象，2005，31（10）：5661.