南宁机场2020-06-10一次短时强降水天气过程分析

王润佳，徐 凯

（民航广西空管分局，广西 南宁530048）

1 研究背景

在航空安全中，影响航空运输的危险天气因素较多，降水是主要影响因素之一[1]。《民用航空气象地面观测规范》[2]把大雨的判定标准规定如下：雨落如倾盆、模糊成片、雨声如擂鼓、水潭形成极快，或降雨强度大于等于8.1 mm/h。当航空器在高速飞行的情况下遇到强降水时，飞行中的能见度可能不足1 km，严重影响航空器的飞行、降落与起飞[3]。南宁机场的强降水过程一般主要出现在夏季，伴随着雷暴、大风等天气现象，当达到强降水级别时，会严重影响南宁机场的运行。本文利用再分析资料、常规观测资料以及南宁机场自动观测资料、雷达资料等对2020-06-10南宁机场发生的一次强降水过程进行了分析，通过对其水汽条件、动力条件等综合分析，为今后此类降水过程预报提供一些参考。对本场气象要素进行分析，旨在提高气象保障服务能力，为航空安全提供更为强有力的后盾。

2 过程概述

2020-06-10T06：00—11：00（时间为UTC，下同），南宁机场出现强降水过程，本次降水过程持续时间将近6 h，逐小时降水量如图1所示。此次降水比较特殊，降水主要集中在07：00，1 h降水量达到18.9 mm，达到暴雨级别，其后的降水都未达到2.5 mm/h，而《民用航空气象地面观测技术手册》[4]规定，降雨强度小于或等于2.5 mm/h为弱降水。

图1 2020-06-10南宁机场逐小时降水量

在本次强降水发生前后，温度出现违反日变化规律、气压突増、风向的明显不连续和风速的剧增等现象。在此次降水天气过程中，降水时间持续较长且降水集中，雷暴持续时间长达3 h，是一次较强的对流天气过程。由于雷暴持续时间过长，且降水达到强降水级别，导致南宁机场在本次强降水天气过程中未能达到飞机起降标准，影响航班的正常运行，造成航班的复飞和延误，给空中交通运输带来一定的影响。

3 天气形势分析

根据06-09—06-10常规气象观测资料显示，06-10T00：00南宁地区上空500 hPa处于高空短波槽前和副热带高压边缘北侧不稳定扰动区，有利于对流发展；低层西南气流逐渐增强，06-10T00：00在南宁地区北侧形成一条西南低空急流带，850 hPa切变线在黔桂交界维持，暖湿气流源源不断地从海面输送而来，并在广西中南部形成较强的水汽幅合，显著增加了该区域的不稳定性；地面为热低压外围形势，且地表持续增温，为午后对流发展创造了极佳的条件，极易触发南宁地区低层不稳定能量，产生强烈的上升运动，形成强对流单体，造成局地短时强降水。

4 物理量场分析

4.1 水汽通量散度及风场分析

水汽通量散度能够表述输送来的水汽集中程度，当水汽通量散度的值大于00：00，说明水汽通量是辐散的（水汽由于向外输送而减少），而当水汽通量散度的值小于00：00，则说明水汽通量是辐合的（水汽由于向内输送而增加）。从图2（a）中可以清楚地看到，在06-10T00：00，850 hPa高度上，在广西范围内有明显的水汽通量负值区域，这说明该区域为水汽辐合区域，表面此时在低层有水汽聚集的现象，这为降水提供了相当有利的水汽条件。而从图2（b）、2（c）中可以发现，随着高度的上升，在广西区域内水汽辐合逐渐转变为水汽辐散，尤其在500 hPa高度可以看到非常明显的水汽通量散度正值区域，说明此时为较强的水汽辐散区域。由于低层（850 hPa）为水汽辐合区域，中高层（700 hPa、500 hPa）为水汽辐散区域，从而形成了较强的垂直运动，其产生的抽吸效果使得低层的水汽辐合不断增强，进而水汽上升运动也得到了加强，最终为降雨系统的维持提供了合适的动力及水汽条件。同样，由图2（d）、2（e）、2（f）可以看到，在06-10T06：00水汽通量各层的配置与06-10T00：00类似，然而此时500 hPa高度的水汽辐散区域较00：00增强，并且850 hPa高度的水汽辐合区域较00：00同样得到了增强，中高层水汽辐散增强，低层水汽辐合增强，这使得此时上升运动得到了加强，并进而造成强降水。在本次强降雨过程中，副热带高压北侧边缘扰动和低层较强的偏南气流起到了非常重要的作用，它能够将东南沿海地区及华南地区的暖湿空气源源不断地往广西地区输送，从而促进强对流天气的发展并最终造成强降水现象。

图2 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情况下日水汽通量散度（填色图，单位：g/（hPa·cm²·s））及风场

4.2 涡度平流分析

图3 分别展示了06-10T00：00和06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情况下的涡度平流场分析。由图3（a）、3（b）、3（c）可以看到，在06-10T00：00，在850 hPa、700 hPa高度上，南宁机场附近涡度平流较小，而在500 hPa高度上，南宁机场附近为较明显的正涡度平流，气旋性涡度将增加，使得风场和压力场开始不平衡，而在地转偏向力的作用下，则会产生相应的水平辐散现象，为了保持质量连续，必定会出现补偿上升运动；而对于06-10T06：00各层的涡度平流场，同样有类似的分布情况。前文由于低层水汽辐合中高层水汽辐散造成上升运动增强的结论，对于降水区域会有很好的指示性作用。

图3 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情况下涡度平流场图（填色图，单位：s-2）

4.3 垂直速度分析

图4分别展示了06-10T00：00和06：00的850 hPa、700 hPa、500 hPa情况下的垂直速度分布。从图4（a）、4（d）中可以清楚地看到，在850 hPa高度处，06-10T 00：00南宁机场南部附近区域有垂直上升运动，最大垂直上升速度达到了2 m/s，而在06：00，南宁机场周围区域几乎都以垂直上升运动为主，其大值中心相较00：00有向西北方向移动的趋势。由图4（b）、4（e）可以发现，对于700hPa高度，其情况与850 hPa类似，06：00较00：00，垂直上升运动的大值中心有从南宁机场南部向西北方向移动的趋势。而对于500 hPa高度（图5（c）、5（f）），06：00相较于00：00，南宁机场附近依旧有非常明显的垂直上升运动。由此可见，在06-10南宁机场06：00强降水前，南宁机场附近上空中低层都为垂直上升运动，从而将低层的水汽不断抬升，再考虑前文分析的水汽辐合作用，一同解释了本次强降水出现的原因。

图4 06-10T00：00、06：00的850 hPa、700 hPa和500 hPa情况下垂直速度图（填色图，单位：m/s）

5 南宁机场观测分析

5.1 南宁机场雷达资料分析

根据南宁机场本地多普勒雷达资料分析，由于副高北侧边缘扰动和低层较强偏南气流的共同影响，04：30，距离南宁机场大约50 km出现散状回波，逐渐向东北方向移动，05：00回波逐渐加强，由散状回波发展成范围较长的椭圆形回波并继续向东北方向移动。06：00在距离南宁机场8 km处发展为片状回波，强度逐渐加强，覆盖面积逐渐变大。大约06：10到达南宁机场，随后加强发展成范围更为宽广的片状回波，此时南宁机场出现强降水现象，1 min的降水量是2.2 mm，有密实的片状回波覆盖在南宁机场上空，并伴随着雷暴，与雷达回波走向吻合。随后片状回波继续向东北方向快速移动并逐渐减弱，降水量逐渐减少，雷暴此时发生在南宁机场的东北方向，此后片状回波于15：00离开南宁机场区域，之后逐渐分散破碎，降水逐渐停止。

5.2 南宁机场气象要素分析

利用南宁机场自动气象观测系统资料进行分析，本次强降水发生前后，本场区域的温度、风向风速、气压、能见度等都有明显的变化。如图5（a）、5（b）所示，降水发生前，气温变化缓慢；当降水影响本场时，05号跑道和23号跑道气温均出现了2次明显的降温过程，06：10左右，本场开始出现强雷雨天气现象，气温出现急剧下降，15 min内降低了6℃，变化剧烈。如图5（c）、5（d）所示，雷雨天气过程中05号跑道的风速出现2次峰值，当强雷雨天气经过本场时风速达到最大，为极大风速18 m/s，风向从偏南风转为以偏西风为主，出现了风向明显不连续，风速加大等特点，移出后本场转偏北风。雷暴过境时，如图5（e）所示，气压先急速上升，然后逐渐下降，当强雷雨天气逐渐影响本场时，气压急速上升，短时间内气压的变化大于等于3 hPa。根据图6（f）可知，强降水影响本场时，能见度发生急剧的变化，由10 000 m下降至1 000 m以下，最低能见度250 m，雷雨天气过境时受降水影响，能见度出现明显的变化，表现为降水强度越大，能见度越低。

图5 强降水发生前后，本场区域的温度、风向风速、气压、能见度变化曲线图

6 结论

本次强雷雨天气是一个典型的局地降水过程，降雨集中，短时降水强度大，雷暴持续时间长，影响航班的正常运行。造成此次强雷雨天气过程的主要天气系统是副热带高压北侧边缘扰动和低层较强的偏南气流共同影响，将东南沿海地区及华南地区的暖湿空气源源不断地往广西地区输送，从而促进强对流天气的发展并最终造成强降水现象。对物理量场进行分析发现，降水发生之前，中、低层湿度大，水汽条件充足；中高层水汽辐散增强，低层水汽辐合增强，不稳定能量增加，使上升运动得到加强，为本次降水带来充足的动力条件；涡度场的变化对本次强降水的出现起到了重要的解释作用。

通过分析本次降水过程发现，当强雷雨逐渐影响本场时，温度骤降，不符合日变化规律，风向、风速的突变预示着雷暴的接近或远离，且降水强度越大，伴随的阵风值也越大；当雷暴云团靠近、影响本场时，气压突增、能见度剧降等现象的出现，对气象观测员在判断雷雨的发生、强度均有较好的指示作用。