对影响首都机场的一次冷涡雷雨天气过程的分析

摘 要：本文利用NCEP再分析资料（1°*1°）、卫星云图及多普勒雷达资料，对北京首都机场发生的一次夏季冷涡雷雨过程进行分析。此次过程由冷涡持续性活动引起，是一次冷涡副冷锋型雷雨。文中通过对卫星云图及雷达资料的应用，及时有效判断冷涡雷雨的起始、结束时间及强度的变化，有效提高临近预报精度。从而由气象服务角度协助空管应对和缓解由雷雨天气引起的航班延误，对提高生产运行效率有一定帮助。

关键词：高空冷涡；雷雨；卫星云图；副冷锋；多普勒雷达资料

引言

高空冷涡是东亚大气环流中的重要组成部分，也是中国东北及华北地区特有的重要天气系统，它一年四季均可出现，对东北及华北地区的天气气候有着很大影响。冷涡的主要特征之一是其出现往往具有持续性，如夏季（特别是初夏）冷涡的发生频率就远远多于其它季节，有些年份它们可以连续不断地反复出现。冷涡的持续性活动可对其影响的区域内造成连续数日的雷雨天气，而每段雷雨发生的起止时间却难以预判，因此，对飞行影响极大，是航空气象中重点关注的天气系统。文章通过对夏季冷涡持续性活动过程中的一次雷雨进行分析，探讨了冷涡型雷雨发生前后一些气象要素的特点。另外，通过对卫星云图及多普勒雷达资料的分析，简单探讨了卫星云图及雷达在雷雨预报中的应用，以期提高临近预报服务效果。

1 天气实况及天气形势分析

1.1 当日天气实况

2010年6月13日北京首都机场白天为多云间阴天气，午后在华北区域西部及西北部开始出现雷雨回波，并向偏东方向缓慢移动。傍晚时分首都机场本场遭遇雷雨天气短时伴有CB大风。雷暴发生在1054UTC-1447UTC，其中1115UTC本场出现强雷雨。最大阵风出现在1054UTC达350°16m/s，最大平均风出现在1100UTC达360°10m/s。降水量为11.4mm。

1.2 利用NCEP再分析资料对天气形势分析

利用时间分辨率6小时，空间分辨率1°*1°的NCEP再分析资料对当日天气形势作简要分析：

由500hPa风温场可清楚看到中心位于（55°N，122°E）以北的低压系统稳定少动。从13日00 UTC前开始，受其后部从蒙古向贝加尔方向隆起的暖脊影响，在其底部逐步形成一个新的涡旋系统；13日06UTC前后，其低压中心位于50°N，115°E，并有完整的闭合环流中心与冷中心相配合，即高空冷涡已经生成，本场处在冷涡底部。12UTC前后槽区压至本场，本场出现雷暴降水。18UTC本场已经转为槽后的西北气流控制，本场的雷暴降水也于此前结束。

中低层风温场同样有明显低压环流存在，位置与500hPa的冷涡位置对应。白天中层风速有较为明显的增大，槽前辐合明显。实况表明12UTC前后中高层槽压至本场，该时段内出现雷暴降水，18UTC本场已转为槽后的西北气流控制。而低层槽东移动缓慢，本场一直处于西伸的强盛暖脊控制下，850hPa偏南气流旺盛，持续时间长，保证了低层的水汽输送的充足；槽线附近的切变辐合明显。

1.3 物理量场分析

利用NCEP再分析资料对几项典型物理量场作分析，试探求本次冷涡雷雨过程中一些典型物理量的变化规律。

1.4 涡度分布

从500hPa涡度场可看出，在冷涡的环流中心附近从00UTC开始就存在一个正涡度的高值区。并且两个正涡度中心在东移过程中，加强合并为一个中心，由此看出冷涡在东移过程中是加强的。正涡度区与冷涡的发展有良好对应关系。

由涡度场和温度平流场的对比来看，干冷空气的侵入位于正涡度区的第3象限中，即冷涡后部。冷涡的后部有明显的冷平流大值区，说明此时段内有一次冷空气入侵过程；而强天气的发生区主要在冷涡的东南部，即正涡度区的第2象限中。另，在雷雨发生前及雷雨时500hPa的湿度大值区一直处于强天气的发生区即正涡度区的第2象限中，且与云图中的冷锋云系的位置保持一致。

冷涡系统及冷涡云系在东移过程中，大气中必须具备足够的湿度才使冷涡得以发展，从而产生强天气过程。在这次雷雨过程中，500hPa上的湿区与冷涡系统配合十分良好，使冷涡得到了发展，冷涡云系增强，为强天气过程的产生提供了有利的条件；而在冷涡后部适时入侵的干冷空气，成为本此雷雨过程的一个重要的触发条件。

1.5 垂直速度和层结条件分析

从风和温度层结来看整层系统前倾明显。说明在高层冷空气过境后，低层还处于槽前的暖区中。这样上冷下暖的层结十分不稳定，高层下传的干冷空气与低层辐合抬升的暖湿空气相遇，极易产生强的对流性天气。从垂直速度图上看，槽前及槽区附近的上升运动强烈，说明辐合强烈。同时，可以看到中高层在槽后的区域，都有一个明显得下沉速度区，说明槽后的冷空气明显，在这样的下沉速度区易产生雷暴大风。从12UTC的垂直速度图上可以看到，槽后有一块整层明显的下沉速度区；说明高层冷空气直接下传至地面，此时能够产生比较强的地面风。本场的观测资料显示，1054UTC出现最大阵风350°16米/秒，1100UTC出现最大平均风360°10m/s，时间上与之相吻合。

2 卫星云图分析

夏季冷涡后部盛行西北干冷气流，由于白天地表受太阳的加热及较好的水汽状况，容易形成上干冷下暖湿的不稳定形势。当冷涡后部有小扰动，地面就会出现副冷锋，诱发大片积云、浓积云发生发展并加强，形成强的带状雷暴云团。这些在卫星云图上表现最明显。

从云图上分析，本场2010年6月13日雷雨过程为冷涡副冷锋型。图4所示为此次副冷锋雷暴发生发展的过程。图中，发展过程中的冷涡向东北方向移动；A-B是冷涡相联系的副冷锋云带。从红外云图上可以看到，13日造成冷涡副冷锋云系已经较为清楚，表现为东北-西南向带状积状云；午后急速移动的同时不断加强，傍晚前后加强为飑锋云系。引起了本场本次强雷雨天气。所以，如果早晨卫星云图看到上游出现了弱线状副冷锋云带，本场出现雷雨的可能性非常大，此时应给予充分关注。

结合图4总结冷涡副冷锋型雷暴的卫星云图的一些特点：

（1）早晨为冷涡后部大范围晴空区，有时冷涡西到西北象限也会出现一条条螺旋云线，云线由积云、浓积云组成。红外云图总云纤维灰白色，云体一般为较小的粒状或块状。

（2）中午前后，本场西北部便会出项一条条东北西南向的有孤立的雷暴云团组成的带状雷暴带。红外图上孤立的雷暴云团呈椭圆形或圆形，边界光滑，色调亮白。可见光图中一位亮白色，云团中可以看出颗粒状的上冲云顶。在副冷锋延伸线上仍会不断出现积云、浓积云，触发点沿云线向西南方向延伸（延伸的范围有时可以超出高空槽线的范围，所以预报时一定要考虑延伸出云线是否能到达本场）。

（3）傍晚前后，孤立的雷暴云团相互合并，下风方向出现云砧，形成较强的雷暴云带，地面图上显示为一条飑线，而雷达图为一条强回波带。这时的雷暴云团很容易出现冰雹、雷暴大风及风切变等强对流天气。

3 雷达图分析

从雷达回波图来看，本次雷雨为一东北——西南向带状回波自西北向东南方向移动过境的过程，回波范围长约250km，宽约90km。回波强度在25-45dbz，中心顶高达10km以上，其前部对流发展旺盛。回波在发展初期，其后部不断有对流云团生成，在速度图上也可以看在相应的位置有比较明显的辐合区与之对应。回波带在过山后明显减弱，但其前部的强回波区依然维持。1055UTC左右，回波前部的强回波区移至本场，1054UTC本场雷雨并伴有CB大风。CB大风的产生是受对流云团前部强烈的下沉气流影响，同时次速度图上也可看出，恰有一速度大值区处在本场。离雷达较近的地面一直维持典型的S型，说明底层为暖平流维持，不稳定能量积累，利于雷暴云团发展。随着回波不断靠近，离雷达较远的回波有成反S型的变换趋势，说明此时高空有冷平流。

从1110UTC和1240UTC强度图来看，本场两次受到局地加强回波影响，短时出现中到强雷雨天气，CB云达7-8个分量。而后随回波移出，本场降水和雷暴分别于1440UTC和1447UTC结束。从速度图上看，本场地面也逐渐转为反S型，受冷平流控制。

本次降水回波属于明显的冷涡天气形势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，还有一些自身的特性。由于冷涡系统夹带的强烈冷空气与地面暖湿空气相互作用，使得冷涡天气形势下的混合云降水回波中的对流云较其他形势下的发展更为剧烈。层状云降水为积状云发展提供了丰富的水汽条件，从混合云中进入对流云的空气是接近饱和的，这增加了凝结释放的潜热，引发更强的上升气流，促进对流云发展。因此，冷涡天气形势下的混合云中的对流云生存时间会更长一些。

4 结束语

（1）利于发生雷雨的冷涡天气形势：高空整层系统深厚且前倾；中高层冷涡后部有明显的冷空气，中低层偏暖且辐合强烈。上冷下暖的高低空配置，为冷涡的发展及雷雨的产生提供了不稳定层结条件。另外，底层持续时间很长的偏南气流提供了十分有利的水汽条件。（2）卫星云图的使用，对分析判断冷涡副冷锋的发生和发展有很好的指示作用，对于预报冷涡副冷锋型雷雨有很大的帮助。（3）雷达资料的使用，特别是速度图的使用，对把握临近天气的发展变化有很大帮助，提高精细化预报服务效果。

作者简介：马天宇（1986-），男，北京人，工作单位：民航气象中心，工程师，研究方向：航空气象。