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徐琪慕熙昱摘要:本文基于南京禄口机场一次预报偏差较大的对流性强降水过程,通过分析降水前3小时预报员所能得到的业务资料,探讨该次降水的可预报性。资料表明,在此次对流性强降水开始前,大尺度上,预报员根据天气形势图、数值预报、卫星云图等资料,预报降水主体偏北。从中小尺度上,常用的本场多普勒天气雷达反射率图回波较弱,故预报员预计未来6小时内本场不会有对流性强降水。但深入研究梅雨锋降水特点,充分发掘多普勒天气雷达其他产品,能够发现该次过程的可预报性较高。在大尺度的梅雨锋降水中应该关注哪些点才能提高中小尺度系统的预报准确率是本文探讨的重点。
关键词:中小尺度对流性降水气象雷达产品可预报性
中图分类号:P445文献标识码:A文章编号:1674-098X(2020)03(c)-0111-03
1天气及服务保障过程
2018年7月4-6日江淮地区受梅雨锋控制,南京机场5日08-11时(北京时,下同)、19-21时、6日2-5时出现持续性强降水天气。从此次过程的预判上看,预报员对这种系统性的降水预报效果比较好,其中后两个时段的预警与实况基本吻合,但对于5日08-11时的大雷雨存在漏报。这个时次又恰逢航班进出港高峰,且周边多个航站均因天气原因无法接收航班备降,导致航班绕飞、积压严重,3小时内46个航班备降,管制指挥秩序受到考验。基于空中航班运行压力,民航江苏空管分局于7月5日08:30-17:00启动航班大面积延误(MDRS)黄色预警,该时段内消减25%航班,以保证航班的安全和有序。
复杂天气的生消预报对航空安全和正点有着深刻的影响,是气象预报的难点和重点。航空飞行基于行业需求,非常重视0~6h的短临预报,精准的短临预报可以给飞行员、管制员足够的协调余地,减轻压力。而多普勒天气雷达因其直观、精细在短临预报中有着无可替代的作用。本次过程在2019年江苏省省部属企业职工航空气象预报技能竞赛中选为个例分析考核项目,笔者作为组织者,赛后对选手的考核进行了详细的分析,发现几乎所有选手对于雷达产品的分析存在不足。故本文通过分析天气环流背景、05-08时的多普勒天气雷达资料,提炼08-11时段降水预报应注意的技巧,为航空气象临近预报预警经验的积累提供参考。
2梅雨锋环流背景分析
从7月5日05:00的500hPa上看,整个欧亚地区呈两槽一脊的环流形势,两槽分别位于巴尔喀什湖以南和我国东北地区,高压脊位于贝加尔湖附近,东北地区以东有气旋性环流。联系前后时次的500hPa形势场会发现,整个环流形势的经向性逐渐增强,高压脊加强东移。850hPa上江淮地区有一个低涡,其南侧有风速大于12m/s的西南低空急流,为江淮地区带来充沛的暖湿水汽,低空急流左前方的辐合区和高空急流右侧的辐散区相互作用,两者耦合有利于垂直上升运动。地面图上,在安徽北部有江淮气旋,且存在梅雨锋,冷暖空气形成对峙。江淮气旋缓慢南移,气旋南部的偏南气流不断向北输送暖湿气流,江淮地区处于高温高湿的不稳定环境。
从以上分析可见,此次过程具有比较典型的梅雨锋大尺度环流背景,5日05:00的EC3-9小时数值预报上也准确预报了降水主体位置是位于本场以北,本场处于降水边缘地带。此时虽然降水主体并不在本场,但预报员更需要注意的是梅雨锋上不停发展前移的中尺度系统。对资料进行进一步分析可见:强冷空气叠加在低层暖湿气流上空,较强的斜压性为强对流天气的发生提供有利的环流背景,低空急流的持续加强为对流的发生發展提供了条件性不稳定和对流有效位能,在T-LnP图上,4日20点时,K指数已达到40以上,CAPE值达到1400kg/J以上,抬升指数也达到-3到-4之间,充分表明大气环境非常不稳定,如果有充沛的水汽供应,则应随时做好强对流天气发生和发展。
3多普勒天气雷达分析
雷达在短临预报中的作用不言而喻。本文采用的是南京龙王山的S波段多普勒雷达资料。本场处于雷达中心点龙王山178度方位、约50km距离的位置,也是雷达探测的较佳距离。雷达由于扫描方式、扫描距离等的局限性,从而造成对云体的扫描也有一定的局限性。为了更好地对云体的空间垂直结构有更全面的了解,新一代多普勒天气雷达有着多达几十种的产品。业务应用中,常用的也有十几种产品,为预报员提供了全方位了解云体结构的方式。本文就结合了新一代天气雷达的其他产品对该次过程进行了详细的分析。
(VIL)
垂直累积液态水表示将反射率因子数据转换成等价的液态水值,它是假设所有反射率因子返回都是由液态水滴引起的经验导出关系。它反映了降水云体中,在某一确定的底面积(4km×4km)的垂直柱体内液态水总量分布。
5:03时,本场附近还没有VIL显示,到6:39,VIL已覆盖本场及周边区域,数值在1~5kg/m2之间,到7:48分时,本场附近的VIL区域继续扩大,多处VIL已成红色,达到了15~20kg/m2(见图1),这足以说明当时的云体中水汽含量非常充沛,为后续的降水提供了足够的水汽条件。进一步分析,在5:03本场附近还没有出现VIL显示有两种可能,一是本场范围内确实没有云体,雷达计算为零。但通过其他产品我们可以发现此时本场范围内实际已出现回波,说明有云体存在,故不成立。二是由于雷达扫描高度有限,导致本部雷达在该扫描高度确实未扫描到云体。此时,建议预报员充分结合周边雷达资料,如常州、合肥等雷达资料进行综合分析,通过不同的角度、不同的高度详细了解天空的真实情况,为精准预报采集更为详实的数据。(VWP)
新一代天气雷达通过算法可得到雷达上空约60km范围内风向向速随高度的变化,且每6min进行一次体积扫描,可给用户提供准确、高时间分辨率的风场资料。进而可以分析雷达测站附近风场的垂直分布、冷暖平流、急流生消等信息。
图2是5:03-7:55之间的垂直风廓线图。5:03时,底层开始出现东南风,随后风速逐渐加大,东南风的高度层也逐渐抬升,底层呈风向顺转,即为暖平流,上层1-6km一致的西南急流,该形式一致维持到对流性降水发生前,逐渐加强的暖平流为本场带来了非常充足的水汽条件。该时段6km以上也是基本一致的西北气流,冷空气叠加在暖湿气流上的结构为对流的发生提供了动力条件。
(STI)
准确的风暴单体识别与跟踪算法(STI)是雷达及强天气警报业务的基本组成部分,可以有效地识别出强对流单体,且能够正确跟踪90%以上的风暴单体。经统计表明,风暴类型越强,雷达反射率越强的回波,其识别率越高。
5日6:04,在STI图上,预警信息点集中在本场以北50~60km处,相对比较零散,本场附近还没有出现相关预警信息点。但到6:29,在本场以北20km处出现了密集的预警信息点,到07:00,预警信息点不仅增多,从巢湖到本场以北15~20km呈带状分布,而且有南压趋势。07:42分(图3)时,预警信息点更加密集已经连成了一条线,就分布在本场区域内。SCIT算法具有一定的局限性,即不能识别在径向长度上或面积上小的、浅的(不能通过两个相继仰角上的阈值)或最大反射率因子小于30dBZ的单体,如刚发展的雷暴、塔状积云等,这应该是6:04之前本场未出现预警信息的原因。但6:29之后,预警信息不仅持续存在,且逐步呈加强趋势,至对流发生前,预警信息点密集到连成了线,这对08~11时的对流性强降水有着非常好的指示作用。
对流风暴的发生发展主要取决于以下三个因子:环境的热力不稳定,垂直风切变和水汽垂直分布条件。通过以上分析可知,三个因子均通过不同产品有所体现,如能充分考虑,该次系统的可预报性是比较高的。
4结论
由以上分析可得以下结论:
(1)该次过程发生在系统性梅雨降水期间,梅雨锋上常嵌套有很多中小尺度天气系统,具有很强的局地性,这种局地性强降水是预报的重点和难点。当预报点受到梅雨锋影响时,不仅要从宏观上考虑系统的生消和移动,也同时要加强关注梅雨锋上不停发展的中小尺度天气系统。
(2)EC全球数值预报产品对大尺度降水及降水趋势表现較好,但对中小尺度降水的可参考性不高,不能过于依赖。
(3)在强对流降水发生前2~3h,PPI产品因其雷达的局限性,降水信息表现不足。但如能充分结合雷达其他产品,如本次过程在垂直累积液态水、垂直风廓线、风暴单体识别与跟踪产品等,那么该次过程的可预报性还是比较高的。分析雷达产品时要考虑到单部雷达扫描的局限性,可结合周边雷达信息进行对比和综合分析。总体来说,雷达作为短临预警最重要的手段,在雷雨季节应对加强对其产品的分析。
(4)在业务运行中,尤其是雷雨季节,当大的环流背景已经是有利于强降水的发生时,一定要对现有产品进行全面的分析,哪怕有一个产品发出预警,都应引起相应的关注,及时会商,全方位考虑,才能有效提高航空气象预警的准确率,为航班的安全、正点提供更为有效的服务。
参考文献
[1]李柏,[M].北京:气象出版社,2011.
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[3]翟国庆,[J].大气科学,1991,15(6):63-69.
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