李文清

摘?要：2016年4月16日河西走廊中部張掖機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了一次短時(shí)大風(fēng)降水低能見(jiàn)度天氣過(guò)程，文章綜合利用高空地面環(huán)流形勢(shì)，探空資料，衛(wèi)星云圖和雷達(dá)圖等常規(guī)資料分析發(fā)現(xiàn)：繞高原東側(cè)東南暖濕氣流的輸送，為天氣過(guò)程提供了必備的水汽;張掖機(jī)場(chǎng)16日早上處在冷槽前暖舌后，槽后冷區(qū)明顯，后傾斜壓和槽附近氣流的輻合造成位勢(shì)不穩(wěn)定;河西走廊地形狹管效應(yīng)加強(qiáng)了近地面冷空氣的迅速入侵和沖擊，是大風(fēng)的成因以及對(duì)流過(guò)程的觸發(fā)機(jī)制;外推法對(duì)河西地區(qū)冷空氣的東移有積極指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：短時(shí)大風(fēng)低能見(jiàn)度;降水;環(huán)流形勢(shì);衛(wèi)星云圖;雷達(dá)回波

張掖機(jī)場(chǎng)處在甘肅省河西走廊中段，距張掖市區(qū)20多公里，隨著民航的發(fā)展，機(jī)場(chǎng)對(duì)氣象保障服務(wù)的準(zhǔn)確度和精細(xì)度要求也越來(lái)越高，尤其是嚴(yán)重影響航班起降的一些極端天氣和對(duì)流天氣，諸如雷暴，風(fēng)切變，冰雹大風(fēng)等。[1]張掖機(jī)場(chǎng)所處的河西走廊山地，綠洲，荒漠，戈壁等下墊面相對(duì)多變復(fù)雜，又受祁連山區(qū)的影響，使得中小尺度危險(xiǎn)天氣的發(fā)生率相對(duì)來(lái)講也比較高，目前大部分中小機(jī)場(chǎng)能夠獲得和使用的氣象資料較少，文章對(duì)此次天氣過(guò)程的分析，有助于幫助中小機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)員在天氣尺度環(huán)流的背景下，利用常規(guī)資料，分析和預(yù)報(bào)由于冷空氣入侵而形成的影響機(jī)場(chǎng)航班運(yùn)行的突發(fā)性天氣。

1 天氣概況

2016年4月16日上午，張掖機(jī)場(chǎng)發(fā)生了一次以大風(fēng)和短時(shí)降水為主的突發(fā)性天氣，根據(jù)機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示，上午11-12時(shí)，機(jī)場(chǎng)西北風(fēng)3-4m/s，能見(jiàn)度大于等于10公里，在13時(shí)，西北風(fēng)增大到13m/s陣風(fēng)18m/s，觀測(cè)到少量CB，能見(jiàn)度降低到1200m，到13：22短短二十幾分鐘的時(shí)間里能見(jiàn)度突然降到400m左右，并且由之前的小陣雨轉(zhuǎn)為中雪，氣象條件已經(jīng)降到航班的起降標(biāo)準(zhǔn)以下，14時(shí)以后氣象條件逐漸好轉(zhuǎn)，達(dá)到航班起降標(biāo)準(zhǔn)。14m/s及以上的風(fēng)維持一個(gè)小時(shí)四十分鐘左右，降水到下午16時(shí)以后結(jié)束，從12時(shí)到16時(shí)，氣溫從9℃下降到0℃，氣壓從1019hp變化到1027hp上升了8hp，降水主要是中等強(qiáng)度雨夾雪的形勢(shì)，機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度從10公里以上迅速下降到400米左右，各種氣象要素變化劇烈，出現(xiàn)的CB以及18m/s的大風(fēng)在張掖機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)同期記錄中比較少見(jiàn)，雖然是小概率事件，但是此類天氣一旦發(fā)生預(yù)報(bào)員也不容易應(yīng)付，其對(duì)航班的危害性也不容忽視。

2 環(huán)流背景分析

2.1 高空形勢(shì)分析

從4月15日晚上北京時(shí)20點(diǎn)到16日早上08點(diǎn)（圖1a），在500hp的高空資料圖上顯示，亞歐大陸中高緯上空屬于典型的“兩槽一脊”的形勢(shì)，亞歐交界處的烏拉爾河、里海、黑海上空是明顯的高空冷槽，我國(guó)華北、內(nèi)蒙東部一直到長(zhǎng)江黃河中下游地區(qū)也是深厚的冷槽，并且溫度場(chǎng)明顯落后于高度場(chǎng)。兩槽之間是暖高脊，暖高脊的主體部位處在黑海到我國(guó)新疆之間，河西走廊及張掖機(jī)場(chǎng)上空、內(nèi)蒙西部地區(qū)處在高空橫槽后的西風(fēng)氣流中。新疆甘肅分界處有西風(fēng)淺槽，并且小槽分裂東南移動(dòng)攜帶的冷空氣也較為明顯，溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，等高線和等溫線交叉角度明顯，大氣斜壓作用也容易造成大風(fēng)的發(fā)生。[2]

在16日早上08點(diǎn)700hp及以下的各層中（圖1b、圖2），上述暖高脊區(qū)域是閉合的高壓，并且暖高脊的東部正在逐漸崩潰南掉，也為此次大風(fēng)提供了高層氣流的引導(dǎo)作用，加上在此之前14日到15日，700hp高空繞高原東側(cè)有8-12m/s的暖濕急流的輸送，整個(gè)16日上午河西地區(qū)上空各層中相對(duì)濕度達(dá)到90%左右，張掖位于暖脊之前溫度梯度較大，冷平流很強(qiáng)的橫槽之中，空氣層的后傾斜壓不穩(wěn)定和槽附近氣流輻合也為此次天氣過(guò)程的形成提供了有利的水汽和抬升因素。

15日20點(diǎn)到16日08點(diǎn)的中低空的實(shí)況資料中（圖1b、圖2a），在850hp到700hp河西走廊中部到阿拉善高原有一個(gè)北伸的暖舌存在，底層暖舌的出現(xiàn)與河西地區(qū)的和阿拉善高原的沙石下墊面有較大的關(guān)系，15日的時(shí)候，暖舌部分甚至是閉合的暖中心，700hp河西走廊上游高空淺槽后部是十分明顯的溫度槽，根據(jù)天氣學(xué)原理和短期天氣預(yù)報(bào)方法，冷槽前是暖舌區(qū)，槽后冷區(qū)明顯，槽線附近溫度梯度很大，從理論上來(lái)講十分有利于對(duì)流的發(fā)展，[3]這些落區(qū)正好集中到河西走廊，所以也造成這次大風(fēng)低能見(jiàn)度天氣的形成和發(fā)展。

2.2 地面形勢(shì)分析及變壓分析

地面圖上（圖2），巴湖貝湖之間以北疆和外蒙古地區(qū)都是強(qiáng)大冷高壓的控制，從15日20時(shí)和16日08時(shí)的地面圖上可以看出，與高空槽相對(duì)應(yīng)的我國(guó)中東部地區(qū)正好是鋒面的主體部位，鋒面在14日早上已經(jīng)經(jīng)過(guò)張掖，但是從15日20時(shí)開(kāi)始，張掖上游已形成的一股新的冷空氣下掉，并且在甘肅西部敦煌到嘉峪關(guān)地區(qū)形成閉合小高壓，16日早上隨著新疆上空橫槽后部暖高壓的崩潰，新疆北部與甘肅交接處的近地面冷空氣迅速東移，16日12時(shí)張掖氣壓1019hp，到下午16時(shí)達(dá)到1027hp，氣壓上升顯著，溫度下降迅速，河西走廊上游與下游之間有4-5條等壓線通過(guò)，強(qiáng)大的氣壓梯度使張掖最大風(fēng)速達(dá)到18m/s，由于張掖上空空氣接近飽和，加之底層強(qiáng)冷空氣的快速輸入和沖擊，為此次天氣過(guò)程提供了觸發(fā)機(jī)制。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 水汽分析

由16日早上08時(shí)的探空資料顯示（圖略），張掖探空站上空相對(duì)濕度500hp是82%，700hp是86%，近地面基本上接近飽和，500hp及以下溫度露點(diǎn)差T-Td≤2℃，中低空比濕≥4.5g/kg，整個(gè)河西走廊敦煌到張掖探空資料上從近地面到500hp之間相對(duì)濕度都在80%以上，T-Td≤4℃，是一明顯的濕區(qū)，這得益于14日700hp及以上東南暖濕氣流的輸送，深厚的濕層也為此次天氣過(guò)程提供了必備的水汽條件。

3.2 層結(jié)和動(dòng)力條件

K指數(shù)和沙氏指數(shù)SI通常是大氣穩(wěn)定與否的重要判定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)天氣學(xué)原理和河西走廊對(duì)流性天氣相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，K指數(shù)大于30，沙氏指數(shù)SI小于3，可用于對(duì)流性天氣發(fā)生的預(yù)報(bào)，[4]16日早上08時(shí)，本地區(qū)K指數(shù)達(dá)到28沙氏指數(shù)SI趨近于0，這在張掖春季較為少見(jiàn)，也說(shuō)明空氣含有潛在的不穩(wěn)定能量。

突發(fā)性天氣的發(fā)生必須有足夠的不穩(wěn)定能量，15日晚上到16日早上，張掖上空有不穩(wěn)定能量的蓄積，16日早上08時(shí)，張掖和上游酒泉探空站，對(duì)流有效位能CAPE達(dá)到35-50

J/kg，雖然不是很大，但是在河西走廊春季夜間到早上已經(jīng)很少見(jiàn)了，CAPE表示在自由對(duì)流高度上，空氣塊由于正浮力對(duì)其做功而獲得的能量，[5]它對(duì)空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)和輻合有著很大的作用，也是這次天氣過(guò)程空氣不穩(wěn)定的一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)顯示，K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、CAPE等對(duì)河西地區(qū)突發(fā)性天氣的發(fā)生有一定的預(yù)報(bào)指示性。

4 臨近檢測(cè)

4.1 衛(wèi)星云圖分析

分析16日午后河西地區(qū)的紅外云圖（圖3）和水汽圖像（圖略），從酒泉到張掖有明顯的中尺度對(duì)流云團(tuán)，從上午09：00時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始形成，云頂亮溫大于230K，并且隨著下滑冷空氣的引導(dǎo)向下游地區(qū)（張掖所處位置）迅速發(fā)展，13：00時(shí)移到張掖上空，造成張掖氣象條件迅速惡化，陣雨轉(zhuǎn)為中雪，由于云團(tuán)移速較快，并未在張掖上空長(zhǎng)時(shí)間滯留，云團(tuán)移出張掖機(jī)場(chǎng)后，機(jī)場(chǎng)降水基本停止，中尺度云團(tuán)是河西地區(qū)此次天氣降水的直接形成系統(tǒng)。

4.2 雷達(dá)圖像分析

在雷達(dá)分析資料中，由于資料的限制，此處只分析雷達(dá)平顯圖像（圖3），張掖雷達(dá)資料采用1.5°仰角，對(duì)比早上10：34酒泉雷達(dá)站的平顯圖，酒泉地區(qū)特別是沿著祁連山區(qū)有回波生成，回波強(qiáng)度接近30dbz，并且向東南一路移動(dòng)，根據(jù)嘉峪關(guān)機(jī)場(chǎng)實(shí)時(shí)觀測(cè)資料顯示，10：00-11：00嘉峪關(guān)機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度600m，中雪，三個(gè)小時(shí)左右，13：00張掖地區(qū)雷達(dá)出現(xiàn)回波，回波強(qiáng)度在30dbz以下，造成張掖的大風(fēng)和中雪。

5 結(jié)論

本文通過(guò)這些常規(guī)資料的分析，對(duì)河西地區(qū)冷空氣入侵引起的氣象要素地突然變化做了討論，對(duì)于機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)的臨近預(yù)報(bào)來(lái)講，在中小尺度對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)工作中，特別要留意K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI和CAPE以及CIN等特定的指數(shù)，以及衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波平顯圖像的演變等，對(duì)它們準(zhǔn)確及時(shí)地判斷和運(yùn)用，對(duì)中小尺度天氣的演變和預(yù)報(bào)有積極的指導(dǎo)作用;中小尺度天氣引起氣象要素的劇烈變化對(duì)航班的影響值得警惕。

（1）700hp及以上繞高原東側(cè)偏南暖濕氣流的輸送，為此次天氣過(guò)程提供了必備的水汽條件。

（2）700hp河西走廊西部高空淺槽后是十分明顯的溫度槽，張掖處在冷槽前暖舌后，槽后冷區(qū)明顯，后傾斜壓不穩(wěn)定和槽附近氣流的輻合造成位勢(shì)不穩(wěn)定。

（3）河西走廊地形狹管效應(yīng)加強(qiáng)了底層冷空氣快速輸入和沖擊，是大風(fēng)的成因以及對(duì)次對(duì)流過(guò)程的觸發(fā)機(jī)制，甘肅上游新疆北部上空暖高脊東部的崩潰，也為此次冷空氣地快速入侵提供了有力的引導(dǎo)作用。

（4）K指數(shù)接近30，沙氏指數(shù)SI小于3，CAPE有不穩(wěn)定能量的顯示，對(duì)河西地區(qū)突發(fā)性天氣的發(fā)生有一定的預(yù)報(bào)指示性。

（5）衛(wèi)星雷達(dá)資料有效地利用和實(shí)況外推，對(duì)冷空氣入侵引起河西地區(qū)的短臨預(yù)報(bào)有積極的指導(dǎo)作用，尤其是大風(fēng)天氣，從嘉峪關(guān)到張掖，一般是3個(gè)小時(shí)左右。

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