摘 要：本文利用NCEP再分析資料（1°*1°）、衛(wèi)星云圖及多普勒雷達(dá)資料，對北京首都機場發(fā)生的一次夏季冷渦雷雨過程進行分析。此次過程由冷渦持續(xù)性活動引起，是一次冷渦副冷鋒型雷雨。文中通過對衛(wèi)星云圖及雷達(dá)資料的應(yīng)用，及時有效判斷冷渦雷雨的起始、結(jié)束時間及強度的變化，有效提高臨近預(yù)報精度。從而由氣象服務(wù)角度協(xié)助空管應(yīng)對和緩解由雷雨天氣引起的航班延誤，對提高生產(chǎn)運行效率有一定幫助。

關(guān)鍵詞：高空冷渦；雷雨；衛(wèi)星云圖；副冷鋒；多普勒雷達(dá)資料

引言

高空冷渦是東亞大氣環(huán)流中的重要組成部分，也是中國東北及華北地區(qū)特有的重要天氣系統(tǒng)，它一年四季均可出現(xiàn)，對東北及華北地區(qū)的天氣氣候有著很大影響。冷渦的主要特征之一是其出現(xiàn)往往具有持續(xù)性，如夏季（特別是初夏）冷渦的發(fā)生頻率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其它季節(jié)，有些年份它們可以連續(xù)不斷地反復(fù)出現(xiàn)。冷渦的持續(xù)性活動可對其影響的區(qū)域內(nèi)造成連續(xù)數(shù)日的雷雨天氣，而每段雷雨發(fā)生的起止時間卻難以預(yù)判，因此，對飛行影響極大，是航空氣象中重點關(guān)注的天氣系統(tǒng)。文章通過對夏季冷渦持續(xù)性活動過程中的一次雷雨進行分析，探討了冷渦型雷雨發(fā)生前后一些氣象要素的特點。另外，通過對衛(wèi)星云圖及多普勒雷達(dá)資料的分析，簡單探討了衛(wèi)星云圖及雷達(dá)在雷雨預(yù)報中的應(yīng)用，以期提高臨近預(yù)報服務(wù)效果。

1 天氣實況及天氣形勢分析

1.1 當(dāng)日天氣實況

2010年6月13日北京首都機場白天為多云間陰天氣，午后在華北區(qū)域西部及西北部開始出現(xiàn)雷雨回波，并向偏東方向緩慢移動。傍晚時分首都機場本場遭遇雷雨天氣短時伴有CB大風(fēng)。雷暴發(fā)生在1054UTC-1447UTC，其中1115UTC本場出現(xiàn)強雷雨。最大陣風(fēng)出現(xiàn)在1054UTC達(dá)350°16m/s，最大平均風(fēng)出現(xiàn)在1100UTC達(dá)360°10m/s。降水量為11.4mm。

1.2 利用NCEP再分析資料對天氣形勢分析

利用時間分辨率6小時，空間分辨率1°*1°的NCEP再分析資料對當(dāng)日天氣形勢作簡要分析：

由500hPa風(fēng)溫場可清楚看到中心位于（55°N，122°E）以北的低壓系統(tǒng)穩(wěn)定少動。從13日00 UTC前開始，受其后部從蒙古向貝加爾方向隆起的暖脊影響，在其底部逐步形成一個新的渦旋系統(tǒng)；13日06UTC前后，其低壓中心位于50°N，115°E，并有完整的閉合環(huán)流中心與冷中心相配合，即高空冷渦已經(jīng)生成，本場處在冷渦底部。12UTC前后槽區(qū)壓至本場，本場出現(xiàn)雷暴降水。18UTC本場已經(jīng)轉(zhuǎn)為槽后的西北氣流控制，本場的雷暴降水也于此前結(jié)束。

中低層風(fēng)溫場同樣有明顯低壓環(huán)流存在，位置與500hPa的冷渦位置對應(yīng)。白天中層風(fēng)速有較為明顯的增大，槽前輻合明顯。實況表明12UTC前后中高層槽壓至本場，該時段內(nèi)出現(xiàn)雷暴降水，18UTC本場已轉(zhuǎn)為槽后的西北氣流控制。而低層槽東移動緩慢，本場一直處于西伸的強盛暖脊控制下，850hPa偏南氣流旺盛，持續(xù)時間長，保證了低層的水汽輸送的充足；槽線附近的切變輻合明顯。

1.3 物理量場分析

利用NCEP再分析資料對幾項典型物理量場作分析，試探求本次冷渦雷雨過程中一些典型物理量的變化規(guī)律。

1.4 渦度分布

從500hPa渦度場可看出，在冷渦的環(huán)流中心附近從00UTC開始就存在一個正渦度的高值區(qū)。并且兩個正渦度中心在東移過程中，加強合并為一個中心，由此看出冷渦在東移過程中是加強的。正渦度區(qū)與冷渦的發(fā)展有良好對應(yīng)關(guān)系。

由渦度場和溫度平流場的對比來看，干冷空氣的侵入位于正渦度區(qū)的第3象限中，即冷渦后部。冷渦的后部有明顯的冷平流大值區(qū)，說明此時段內(nèi)有一次冷空氣入侵過程；而強天氣的發(fā)生區(qū)主要在冷渦的東南部，即正渦度區(qū)的第2象限中。另，在雷雨發(fā)生前及雷雨時500hPa的濕度大值區(qū)一直處于強天氣的發(fā)生區(qū)即正渦度區(qū)的第2象限中，且與云圖中的冷鋒云系的位置保持一致。

冷渦系統(tǒng)及冷渦云系在東移過程中，大氣中必須具備足夠的濕度才使冷渦得以發(fā)展，從而產(chǎn)生強天氣過程。在這次雷雨過程中，500hPa上的濕區(qū)與冷渦系統(tǒng)配合十分良好，使冷渦得到了發(fā)展，冷渦云系增強，為強天氣過程的產(chǎn)生提供了有利的條件；而在冷渦后部適時入侵的干冷空氣，成為本此雷雨過程的一個重要的觸發(fā)條件。

1.5 垂直速度和層結(jié)條件分析

從風(fēng)和溫度層結(jié)來看整層系統(tǒng)前傾明顯。說明在高層冷空氣過境后，低層還處于槽前的暖區(qū)中。這樣上冷下暖的層結(jié)十分不穩(wěn)定，高層下傳的干冷空氣與低層輻合抬升的暖濕空氣相遇，極易產(chǎn)生強的對流性天氣。從垂直速度圖上看，槽前及槽區(qū)附近的上升運動強烈，說明輻合強烈。同時，可以看到中高層在槽后的區(qū)域，都有一個明顯得下沉速度區(qū)，說明槽后的冷空氣明顯，在這樣的下沉速度區(qū)易產(chǎn)生雷暴大風(fēng)。從12UTC的垂直速度圖上可以看到，槽后有一塊整層明顯的下沉速度區(qū)；說明高層冷空氣直接下傳至地面，此時能夠產(chǎn)生比較強的地面風(fēng)。本場的觀測資料顯示，1054UTC出現(xiàn)最大陣風(fēng)350°16米/秒，1100UTC出現(xiàn)最大平均風(fēng)360°10m/s，時間上與之相吻合。

2 衛(wèi)星云圖分析

夏季冷渦后部盛行西北干冷氣流，由于白天地表受太陽的加熱及較好的水汽狀況，容易形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定形勢。當(dāng)冷渦后部有小擾動，地面就會出現(xiàn)副冷鋒，誘發(fā)大片積云、濃積云發(fā)生發(fā)展并加強，形成強的帶狀雷暴云團。這些在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)最明顯。

從云圖上分析，本場2010年6月13日雷雨過程為冷渦副冷鋒型。圖4所示為此次副冷鋒雷暴發(fā)生發(fā)展的過程。圖中，發(fā)展過程中的冷渦向東北方向移動；A-B是冷渦相聯(lián)系的副冷鋒云帶。從紅外云圖上可以看到，13日造成冷渦副冷鋒云系已經(jīng)較為清楚，表現(xiàn)為東北-西南向帶狀積狀云；午后急速移動的同時不斷加強，傍晚前后加強為颮鋒云系。引起了本場本次強雷雨天氣。所以，如果早晨衛(wèi)星云圖看到上游出現(xiàn)了弱線狀副冷鋒云帶，本場出現(xiàn)雷雨的可能性非常大，此時應(yīng)給予充分關(guān)注。

結(jié)合圖4總結(jié)冷渦副冷鋒型雷暴的衛(wèi)星云圖的一些特點：

（1）早晨為冷渦后部大范圍晴空區(qū)，有時冷渦西到西北象限也會出現(xiàn)一條條螺旋云線，云線由積云、濃積云組成。紅外云圖總云纖維灰白色，云體一般為較小的粒狀或塊狀。

（2）中午前后，本場西北部便會出項一條條東北西南向的有孤立的雷暴云團組成的帶狀雷暴帶。紅外圖上孤立的雷暴云團呈橢圓形或圓形，邊界光滑，色調(diào)亮白。可見光圖中一位亮白色，云團中可以看出顆粒狀的上沖云頂。在副冷鋒延伸線上仍會不斷出現(xiàn)積云、濃積云，觸發(fā)點沿云線向西南方向延伸（延伸的范圍有時可以超出高空槽線的范圍，所以預(yù)報時一定要考慮延伸出云線是否能到達(dá)本場）。

（3）傍晚前后，孤立的雷暴云團相互合并，下風(fēng)方向出現(xiàn)云砧，形成較強的雷暴云帶，地面圖上顯示為一條颮線，而雷達(dá)圖為一條強回波帶。這時的雷暴云團很容易出現(xiàn)冰雹、雷暴大風(fēng)及風(fēng)切變等強對流天氣。

3 雷達(dá)圖分析

從雷達(dá)回波圖來看，本次雷雨為一東北——西南向帶狀回波自西北向東南方向移動過境的過程，回波范圍長約250km，寬約90km。回波強度在25-45dbz，中心頂高達(dá)10km以上，其前部對流發(fā)展旺盛?；夭ㄔ诎l(fā)展初期，其后部不斷有對流云團生成，在速度圖上也可以看在相應(yīng)的位置有比較明顯的輻合區(qū)與之對應(yīng)?；夭◣г谶^山后明顯減弱，但其前部的強回波區(qū)依然維持。1055UTC左右，回波前部的強回波區(qū)移至本場，1054UTC本場雷雨并伴有CB大風(fēng)。CB大風(fēng)的產(chǎn)生是受對流云團前部強烈的下沉氣流影響，同時次速度圖上也可看出，恰有一速度大值區(qū)處在本場。離雷達(dá)較近的地面一直維持典型的S型，說明底層為暖平流維持，不穩(wěn)定能量積累，利于雷暴云團發(fā)展。隨著回波不斷靠近，離雷達(dá)較遠(yuǎn)的回波有成反S型的變換趨勢，說明此時高空有冷平流。

從1110UTC和1240UTC強度圖來看，本場兩次受到局地加強回波影響，短時出現(xiàn)中到強雷雨天氣，CB云達(dá)7-8個分量。而后隨回波移出，本場降水和雷暴分別于1440UTC和1447UTC結(jié)束。從速度圖上看，本場地面也逐漸轉(zhuǎn)為反S型，受冷平流控制。

本次降水回波屬于明顯的冷渦天氣形勢下的混合云降水回波，除具有一般混合云降水回波的基本特征外，還有一些自身的特性。由于冷渦系統(tǒng)夾帶的強烈冷空氣與地面暖濕空氣相互作用，使得冷渦天氣形勢下的混合云降水回波中的對流云較其他形勢下的發(fā)展更為劇烈。層狀云降水為積狀云發(fā)展提供了豐富的水汽條件，從混合云中進入對流云的空氣是接近飽和的，這增加了凝結(jié)釋放的潛熱，引發(fā)更強的上升氣流，促進對流云發(fā)展。因此，冷渦天氣形勢下的混合云中的對流云生存時間會更長一些。

4 結(jié)束語

（1）利于發(fā)生雷雨的冷渦天氣形勢：高空整層系統(tǒng)深厚且前傾；中高層冷渦后部有明顯的冷空氣，中低層偏暖且輻合強烈。上冷下暖的高低空配置，為冷渦的發(fā)展及雷雨的產(chǎn)生提供了不穩(wěn)定層結(jié)條件。另外，底層持續(xù)時間很長的偏南氣流提供了十分有利的水汽條件。（2）衛(wèi)星云圖的使用，對分析判斷冷渦副冷鋒的發(fā)生和發(fā)展有很好的指示作用，對于預(yù)報冷渦副冷鋒型雷雨有很大的幫助。（3）雷達(dá)資料的使用，特別是速度圖的使用，對把握臨近天氣的發(fā)展變化有很大幫助，提高精細(xì)化預(yù)報服務(wù)效果。

作者簡介：馬天宇（1986-），男，北京人，工作單位：民航氣象中心，工程師，研究方向：航空氣象。