虎琳春 馮德花

摘 要：為避免或者減輕由于強(qiáng)對(duì)流天氣問(wèn)題造成機(jī)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失，借助于氣象雷達(dá)產(chǎn)品，對(duì)天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效實(shí)時(shí)監(jiān)控，并預(yù)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展過(guò)程以及可能會(huì)達(dá)到的強(qiáng)度，為天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確時(shí)效提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)產(chǎn)品；機(jī)場(chǎng)；強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)；應(yīng)用

隨著近年來(lái)航空業(yè)快速發(fā)展，航空運(yùn)輸已經(jīng)成為重要運(yùn)輸模式。而強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)于航班正常運(yùn)行有著極大影響。尤其夏季，頻繁雷暴天氣會(huì)導(dǎo)致進(jìn)出港航班大面積延誤，造成航空部門重要經(jīng)濟(jì)損失。另外，旅客滯留機(jī)場(chǎng)，易引發(fā)情緒激動(dòng)等各種矛盾。因此，對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)提出了更高更精準(zhǔn)要求。為避免或減輕由于強(qiáng)對(duì)流天氣問(wèn)題造成機(jī)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)損失，借助氣象雷達(dá)產(chǎn)品，對(duì)天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并預(yù)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展過(guò)程及可能會(huì)達(dá)到的強(qiáng)度，給天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確時(shí)效提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 氣象雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

文山機(jī)場(chǎng)所在區(qū)域文山州，地處云貴高原東南緣，南部距海洋較近，西北為青藏高原，海拔落差較大，受地理位置和環(huán)境影響，文山機(jī)場(chǎng)呈現(xiàn)出冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑的氣候，降水集中于5-8月，常出現(xiàn)陣性降水，年平均雷暴日數(shù)達(dá)70d以上，極易引發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。由于文山機(jī)場(chǎng)位于山頂，四周空曠，遇強(qiáng)對(duì)流天氣遭受大風(fēng)、冰雹、雷電襲擊，會(huì)嚴(yán)重影響航班正常運(yùn)行，損壞機(jī)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備等，因此必須加強(qiáng)航班期間強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。2008年12月底由文山州氣象局承建的文山機(jī)場(chǎng)多普勒氣象雷達(dá)終端引接文山州氣象局多普勒氣象雷達(dá)終端，安裝調(diào)試完成，并于2009年1月1日投入試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)近4個(gè)月的運(yùn)行觀察，氣象雷達(dá)終端工作狀態(tài)良好，產(chǎn)品接收順暢。氣象雷達(dá)終端為文山機(jī)場(chǎng)氣象、管制人員增加了一雙“電子眼”，雷達(dá)產(chǎn)品為保障飛機(jī)飛行安全提供了有力的技術(shù)措施，全面提高了機(jī)場(chǎng)空管保障能力。氣象雷達(dá)可以對(duì)天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，及時(shí)有效探測(cè)到可能會(huì)發(fā)生的天氣現(xiàn)象，并實(shí)時(shí)有效跟蹤其發(fā)展態(tài)勢(shì)，給機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警提供可靠有效資料。

1.1 氣象雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)冰雹天氣的特征分析

氣象雷達(dá)通過(guò)反射率產(chǎn)品對(duì)降水回波結(jié)構(gòu)特征和降水強(qiáng)度探測(cè)，并跟蹤雨季的移動(dòng)方向以及降水強(qiáng)度所發(fā)生變化和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等。氣象雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)中、小尺度天氣的輻射，并對(duì)其發(fā)展規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)分析。冰雹云回波通常表現(xiàn)為當(dāng)反射因子大于55dbz時(shí)，說(shuō)明對(duì)流云比較強(qiáng)大，且冰雹累積到一定程度。這是由于強(qiáng)冰雹能夠形成三體散射的態(tài)勢(shì)，氣象雷達(dá)產(chǎn)品探測(cè)到三體散射時(shí)，便可認(rèn)為會(huì)有冰雹天氣出現(xiàn)。

1.2 對(duì)陣風(fēng)鋒監(jiān)測(cè)

強(qiáng)降水作用造成強(qiáng)下沉氣流抵達(dá)地面，從而在云體外測(cè)形成陣風(fēng)鋒，由陣風(fēng)鋒卷起塵埃和塵土造成窄帶陣風(fēng)鋒回波，使雷暴云母體高速移動(dòng)，而氣象雷達(dá)高靈敏性可以起到對(duì)陣風(fēng)鋒很好監(jiān)測(cè)。

1.3 對(duì)暴雨天氣監(jiān)測(cè)

區(qū)域性的暴雨在反射率因子場(chǎng)上會(huì)有大范圍的強(qiáng)回波區(qū)。而中、小尺度的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，主要體現(xiàn)出有組織的強(qiáng)回波帶、回波團(tuán)，回波頂非常的不平整。徑向速度場(chǎng)還能分辨出或高或低的氣流，符合大范圍的氣流。強(qiáng)水區(qū)和徑向速度場(chǎng)上的逆風(fēng)區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系非常好，因此可以根據(jù)逆風(fēng)區(qū)的大小或者強(qiáng)度來(lái)判斷強(qiáng)降水的落區(qū)。在遭遇暴雨天氣的預(yù)報(bào)過(guò)程中，要對(duì)逆風(fēng)區(qū)狀態(tài)和方向進(jìn)行關(guān)注，配合相應(yīng)的反射率因子場(chǎng)和累積雨量產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行綜合性的分析研究。

2 雷達(dá)產(chǎn)品在本場(chǎng)一次強(qiáng)對(duì)流天氣演變中的預(yù)報(bào)分析

2012年8月12日，文山州遭受大面積冰雹災(zāi)害，分析當(dāng)日午后雷達(dá)回波發(fā)展演變特征，雷達(dá)觀測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體，由對(duì)流單體發(fā)展成為超級(jí)單體，雷達(dá)回波中心支達(dá)到55～62dBz，強(qiáng)度較大，垂直剖面RCS上，強(qiáng)對(duì)流單體表現(xiàn)出弱回波區(qū)及懸垂回波，同時(shí)≥50dBz強(qiáng)回波垂直伸展高度不低于8km（圖1）。強(qiáng)對(duì)流天氣中，低層通常存在著風(fēng)速及風(fēng)向的輻合，或出現(xiàn)了氣旋式輻合，12日午后，機(jī)場(chǎng)上空速度場(chǎng)北側(cè)呈現(xiàn)負(fù)的速度區(qū)，南部則是正的速度區(qū)，并且局部?jī)?nèi)還出現(xiàn)了許多小范圍的逆風(fēng)區(qū)（圖2），強(qiáng)對(duì)流回波處于逆風(fēng)區(qū)和輻合線一帶，逆風(fēng)區(qū)進(jìn)而造成水平輻合輻散出現(xiàn)強(qiáng)弱不同分布情況，形成中尺度垂直環(huán)流，云體得到進(jìn)一步發(fā)展；雷達(dá)回波速度場(chǎng)上，超級(jí)單體對(duì)應(yīng)逆風(fēng)區(qū)或輻合線，說(shuō)明強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)與逆風(fēng)區(qū)及風(fēng)輻合相關(guān)?？梢姡?dāng)強(qiáng)對(duì)流回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波垂直伸展高度突然增加時(shí)，要及時(shí)發(fā)布強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警信息。

垂直液態(tài)水含量也是判斷冰雹、暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣的雷達(dá)產(chǎn)品，可以反映出降水云體中液態(tài)含水量的分布情況。12日午后，不斷有水汽回波生消，文山機(jī)場(chǎng)處于強(qiáng)水汽回波影響范圍內(nèi)，水汽回波中心值達(dá)到25kg/m2。隨后強(qiáng)水汽回波不斷增長(zhǎng)，最大達(dá)40kg/m2，這期間出現(xiàn)了大風(fēng)冰雹天氣。

3 氣象雷達(dá)產(chǎn)品在文山機(jī)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的重要性

①?gòu)?qiáng)對(duì)流天氣對(duì)于文山機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行的安全性有著重大的影響。天氣預(yù)報(bào)是航空決策重要依據(jù)。在飛行區(qū)域內(nèi)，強(qiáng)對(duì)流天氣如果處理不當(dāng)，很容易造成飛行事故。通過(guò)氣象雷達(dá)產(chǎn)品投入到天氣預(yù)報(bào)中使用，使天氣預(yù)報(bào)工作準(zhǔn)確率得到極大提高，為保證航空運(yùn)輸安全，避免和降低由于天氣情況帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失提供強(qiáng)有力保障。

②氣象雷達(dá)產(chǎn)品可以利用降水回波頻率和發(fā)射頻率之間變化信息來(lái)推斷風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)波源和觀測(cè)者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所收到的頻率和波源頻率不同，其頻率變化量和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)。氣象雷達(dá)產(chǎn)品通過(guò)對(duì)回波信號(hào)位相變化幅度分析和梳理，得到目標(biāo)物徑向速度，判斷實(shí)際風(fēng)場(chǎng)分布。

③如果沒有顯著垂直運(yùn)動(dòng)，晴空和大面積降水回波代表環(huán)境風(fēng)場(chǎng)徑向分量分布，從而可以分析出真實(shí)環(huán)境風(fēng)場(chǎng)。風(fēng)速隨高度變化而風(fēng)向不變，雷達(dá)圖像中零速度線是通過(guò)平直線組成，其它非零徑向速度的分布，實(shí)際反映風(fēng)速隨高度變化情況。當(dāng)風(fēng)速隨高度不變而風(fēng)向變化，雷中圖像中，風(fēng)速為非零常數(shù)，在雷達(dá)中心鄰近區(qū)域各個(gè)方向上均有不同值徑向速度。

④根據(jù)強(qiáng)對(duì)流結(jié)構(gòu)特征，除具有氣旋性旋轉(zhuǎn)活動(dòng)外，在不同發(fā)展階段，不同高度層上會(huì)出現(xiàn)中、小尺度輻合輻散運(yùn)動(dòng)，在氣象雷達(dá)圖像中表現(xiàn)特征是：

其一，中尺度氣旋正負(fù)速度中心呈徑向方位對(duì)稱，其間有零速度帶，負(fù)中心和負(fù)區(qū)在零速度帶左側(cè)，正中心和正速度區(qū)在右側(cè)。中尺度反氣旋則是負(fù)中心和負(fù)速度區(qū)在右側(cè)，正中心和正區(qū)在左側(cè)，與中氣旋剛好相反。

其二，對(duì)軸對(duì)稱的輻合氣流，正負(fù)速度中心呈徑向?qū)ΨQ，其間有一條零速度帶，負(fù)中心和負(fù)區(qū)在零速度帶遠(yuǎn)距離一側(cè)，正中心和正速度區(qū)在近距離一側(cè)。而對(duì)輻射散氣流，則正負(fù)速度中心、正負(fù)速度區(qū)的位置恰好和輻合氣流相反，其它特征不變，即負(fù)中心和負(fù)區(qū)在零速度帶的距離一側(cè)，正中心和正速度區(qū)在遠(yuǎn)距離一側(cè)。兩中心連線的中點(diǎn)，與流場(chǎng)中心接近。

其三，均勻環(huán)境風(fēng)場(chǎng)對(duì)正負(fù)速度中心對(duì)稱配置沒有影響。

⑤氣象雷達(dá)可幫助天氣預(yù)報(bào)更好對(duì)天氣系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)，能夠識(shí)別威脅航空安全的強(qiáng)對(duì)流天氣，使機(jī)場(chǎng)合理安排飛行計(jì)劃，正確組織機(jī)場(chǎng)秩序，對(duì)于保障機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行，提供經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：第一作者虎琳春（1989-），女，漢族，甘肅鎮(zhèn)原縣人，本科，助理工程師，研究方向：民航預(yù)報(bào)。