一次短时强降水过程的两种雷达产品特征对比分析

陈云峰

(民航中南空管局气象中心，广州 510406)

0 引 言

在民用航空运输中，影响飞行安全的因素有很多，天气是很主要的因素之一，而雷暴又是影响飞行安全的最主要的天气现象。据统计[1]，全球每年发生雷暴约1 600万次，每小时约1 820次。广州白云机场地处亚热带，短时强对流天气频发，常常受到雷暴天气影响。区志中[1]等统计发现白云机场近20年平均年雷暴日为67天，张美平[2]等统计发现白云机场全年12个月都有可能出现雷暴，多集中于4—9月份。所以，地勤天气预报工作者揭示强对流天气发生、发展原理，提前预报、预警雷电等短临天气对民航防灾、减灾和航空公司合理调度起到决定性作用。众所周知，多普勒天气雷达是监测强对流天气的重要工具，加强对天气雷达强对流监测产品特征的总结归纳，提升对强对流天气的监测能力，对于保障飞机安全航行有非常重要的意义。

1 雷雨天气过程分析

1.1 天气实况

5月10日08∶00至5月11日08∶00广东省大部出现降水，量级以小到中雨为主，中部地区出现了中到大雨，广州24 h降水量达到了23.4 mm。此次降水作为沿海地区降水量级和范围都不算一次典型的降水过程，主要是伴随降水发生的短时雷电造成了广州白云机场大面积航班延误，社会影响较大。5月10日13∶34，广州白云机场出现雷雨天气，从15∶00开始，强对流云区逐渐南压，强雷雨天气开始影响珠海终端区，强度维持；15∶30后，强对流云团开始影响深圳，至20∶00强对流天气一直影响深圳机场；18∶30—19∶30白云机场终端区再次出现了弱雷雨天气；22∶00以后对流云团逐渐减弱消散。

1.2 回波分析

5月10日早上6∶00前后，受低层切变线和地面弱冷空气共同影响，广东省中北部有东西走向的对流雨带缓慢南压。如图1，弱冷锋回波呈东西带状分布，前边界比较清楚，回波中心强度达到60 dBZ,对流在07∶00前后开始影响白云机场终端区，后期，强对流区继续南下东移，逐渐减弱消散。5月10日13∶00之后，又一块状回波影响白云机场终端区，并且在局地迅速发展 ，到13∶30回波中心强度已达到60 dBZ(如图2)，13∶34广州白云机场出现雷雨天气，其中在13∶45—14∶19雷雨天气明显加强；15∶00以后，强对流云团强度维持、持续南压；16∶00后白云机场雷雨天气结束，影响区域主要在珠海、深圳等。

图1 5月10日07∶00番禺多普勒雷达反射因子图

图2 5月10日13∶30番禺多普勒雷达反射因子图

2 天气环流形势分析

前期，500 hPa位于我国东北和黄淮地区的高空槽逐渐东移，蒙古一带的横槽逐渐转竖，副热带高压相比前一天稍有减弱，仍控制华南南部地区。从9日20∶00至10日08∶00位于内蒙古东北部高空槽稳定少动，584线处于长江流域下游，两广地区处于588～592之间副热带高压内，受高空偏西气流影响。700 hPa东北地区存在宽广大槽，9日20∶00长江流域下游有西南至东北向准横槽存在，到10日08∶00东南槽东移减弱，白云机场终端受槽前西南气流影响。850 hPa同700 hPa一样，长江流域下游有西南至东北向准横槽存在，华南受强盛的西南气流控制，强盛的偏南气流提供了充足的水汽和能量。华南中东部温度露点差基本维持2 ℃以下，低层湿度较大。9日20∶00在沿长江下游地区有西南风与偏北风的切变线，至10日08∶00切变线逐渐南压影响华南地区。图3为5月10日500 hPa、700 hPa、850 hPa形势场，以及地面形势场。

地面天气图上，10日08∶00之前华南地区一直受偏南气流影响，从05∶00至08∶00，广东以西地区东南风转为西南风，和偏东地区东南风建立西南-东南切变线。11∶00有弱冷空气进入广东省，在广东省西北部出现偏北风，建立偏南风和偏北风切变，14∶00偏北气流逐渐南压，推动切变线南移，白云机场终端区正好处于切变线边缘。从K指数分布来看(图略)，珠三角地区K-Index从09日14∶00至10日08∶00都维持在32 ℃以上。这种环流形势下，白云机场出现了长时间的间歇性雷雨天气。因此，9号晚上预报广州白云机场24 h天气如下：多云间阴，有雷阵雨，偏南风转偏北风1～5 m/s，能见度6 km以上，温度25 ℃～32 ℃。

3 两种雷达产品对此次降水过程特征对比分析

多普勒雷达产品众多，更新速度快，雷达探测到的单体结构更加清晰。但是，单部雷达显示范围小，对中尺度以上天气系统单部雷达不能监测系统的全貌。因此，两部或多部多普勒天气雷达产品组网及对比分析广泛运用于短临天气监测、预报业务中。

番禺和香港两部多普勒天气雷达均为S波段雷达，时间分辨率都是6 min。番禺多普勒雷达监测距离为230 km，香港多普勒天气雷达为256 km，白云机场终端区都在两部雷达覆盖范围内。基于本次强天气过程，针对番禺和香港两部多普勒天气雷达进行特征对比分析。图4(a)为5月10日14∶00香港3 km高度降水率雷达图。从图中看出，在广东省中北部至粤湘交界处存在降水率大于0.5 mm/h的大片回波区域，大值中心出现在广东省境内，广州以北区域，其中心值达到30～50 mm/h，可以看出局地性较强，降水率从1～2 mm/h直接跃增至30～50 mm/h，属于局地强对流天气系统发展阶段。次大值区出现在粤湘交界处，其范围较大，但强度要小得多，中心值只有7～10 mm/h，说明局地发展不强或者已经处于消散阶段。图4(b)为5月10日14∶00番禺雷达组合反射率图，从整体分析回波大值区和次大值区与香港3 km高度降水率一致，明显看出白云机场终端区有反射率大于55 dBZ的强回波存在，影响范围主要在粤中北部地区，并且处于发展或者成熟阶段。对其进行剖面分析，强对流云团顶高达到21 km，同时回波强度大于50 dBZ的大值区从近地面层一直伸展到15 km，说明强对流云团发展非常强盛，系统深厚，其大值中心主要集中在3～5 km，中心回波强度达到60 dBZ以上。

图3 5月10日08∶00 500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)形势场、(d)地面形势场

通过两部雷达产品对比可知，香港3 km高度降水率雷达图表明，强对流云团范围清晰，相比番禺多普勒雷达，能够更直观反映雷暴的空间分布，监测范围更大，但是不能进一步判识雷暴强弱，对于强对流系统整层分布结构也不清晰。结合番禺雷达组合反射率图分析可知，进一步明确了中心大值区回波强度，同时通过剖面分析对强对流系统整层分布有了更加清晰的认识，对判别强对流天气类型和强弱起到了决定性作用。所以，在分析判识强对流天气时，可以同时使用两部天气雷达监测广州白云机场终端区及珠海终端区(包括南海北部)，通过产品互补分析，预测对流云团的生消、发展和移动。

图4 5月10日14∶00香港3 km高度降水率(a)和番禺雷达组合反射率(b)对比

4 结束语

此次强对流天气过程，中高层高能高湿，低层有弱冷空气渗透，则上层暖湿，有能量集聚，低层伴随有弱扰动，触发不稳地能量爆发；切变线与强对流天气有很好的对应关系。对比分析番禺多普勒雷达和香港天气雷达，结果表明香港雷达探测范围较大，可以更清晰地把握强对流影响范围，但不能进行更加细致的判别。番禺雷达在香港雷达探测结果基础上可以有针对性地、更加细致地进行分析和判识强天气。在天气业务中要充分发挥各自利弊，进行优势互补，在强对流系统预测、追踪中其效果更佳。