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菱眇舒
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1 广州机场终端区 4.30 飑线过程分析及短时临近预报试验 1 黄奕铭谢文锋王刚曹正 ( 民航中南空管局气象中心, 广州市, 广东省 ) 摘要 : 本文通过常规观测多普勒雷达风廓线雷达卫雷资料和数值模拟方法对 2013 年 4 月 30 日发生在广州机场终端区的飑线过程的发展和结构进行分析, 结果表明 : 此次飑线过程是在高空槽东移带动地面弱冷空气南下, 中上层的干空气与中低层的暖湿气流在华南上空交汇形成,850hpa 切变线和 700hpa 的高空槽是最直接的影响系统 WRF 模式能比较好地模拟出这次飑线过程的发展变化过程, 模拟的位置移向移速和强度与观测结果十分接近, 对于广州机场终端区对流预报系统的设计有很好的参考价值此次飑线过程有非常明显的地面冷池, 在飑线发展的不同阶段雷暴高压的分布有不同特征, 发展阶段出现在整个飑线的下方及期后部, 而在成熟阶段其下方的正变压与后部的负变压呈对称结构飑线发展变化的不同阶段其内部表现出不同的结构特征, 飑线内部有比较明显的倾斜气流, 在其发展阶段内部以上升气流为主, 而到了成熟阶段, 强的上升运动主要位于 600hpa 以上的高层区域, 在中低层则由于拖曳作用有非常显著的下沉气流研究表明, 针对空管 CDM 系统的广州机场终端区对流天气服务试验产品可以较准确预报并有效地描述该飑线过程, 对空管 CDM 系统的高效运行有一定的帮助关键词 : 广州机场终端区飑线数值模拟服务产品 1 引言位于华南地区的广州白云机场是全国航空的三大枢纽之一, 机场常年对流天气频发, 强对流天气强度强次数多, 严重威胁我国航班的正常与安全, 其中飑线就是影响广州机场终端区的强对流天气系统之一为了在对流天气发生时有效利用有限的空域资源合理安排飞行流量及高效安全地实施空中交通管理, 航空用户需要掌握广州机场终端区对流天气的发生发展和变化情况飑线是一种由多个雷暴单体排列成带状或线状而成的中尺度强对流天气系统, 飑线过程常伴有大风冰雹强降水甚至龙卷等灾害性天气, 因此对飑线发生发展的研究是一项非常重要的课题早期国内外学者主要是通过常规观测和雷达资料来研究飑线发生的天气形势和强度变化机理丁一汇等 [1] 通过对我国 18 个飑线个例进行研究, 认为冷锋切变线低涡和高空急流等可以对飑线起到触发和组织的作用 Houze 等 [2] 通过对雷达资料进行分析给 1 黄奕铭,1973 年 6 月出生, 男, 高级工程师, 研究方向为航空对流天气预报 1

2 出了飑线系统结构的概念模型, 包括飑前的近地面入流对流区内对流尺度的上升和下沉运动层云区内中上层向后的上升出流和中下层向前的下沉入流潘玉洁等 [3] 利用双多普勒雷达风场反演方法和热动力反演方法研究飑线的内部结构, 发现对流区的气流呈准二维结构, 系统前方深厚的从前向后气流和后部低层的从后向前气流在系统前缘低层辐合形成动力高压, 触发新对流单体, 是系统长时间维持的主要机制随着计算机和数值天气预报技术的发展, 越来越多的学者开始使用高分辨率的数值模式来研究飑线的结构演变和维持机制张大林等 [4] 采用一个三维格点模式研究飑线后部入流的结构和演变, 认为冷却和降水拖曵是后部入流产生下降的主要原因刘香娥郭学良 [5] 使用 WRF 模式研究飑线过程灾害性大风的发生机理, 认为降水粒子的蒸发和融化冷却对降低地面温度和产生地面强风有重要影响, 由雨水蒸发而形成的地面强冷池对飑线大风的产生有重要作用吴多常孟智勇等 [6] 通过敏感性试验对飑线的可预报性进行研究, 发现模式分辨率和物理过程的选择对飑线的模拟结果影响很大, 高于 10km 的分辨率才有可能比较好地捕抓飑线过程, 另外飑线的模拟结果对模式初始场的误差也十分敏感 2013 年 4 月 30 日 ( 本文均使用北京时间 ), 广州机场终端区自西北向东南经历了一次强飑线天气过程, 广州白云机场出现了强雷雨和 17m/s 的阵风, 对进出港航班的正常造成了很大影响本文使用地面和高空常规观测资料 FY-2E 卫星资料多普勒天气雷达和风廓线雷达资料来分析此次飑线过程发生的天气形势和宏观特征, 并采用 WRF 中尺度模式对该过程进行高分辨率的模拟研究, 检验模式对飑线过程的预报能力, 同时探讨飑线的发展变化机制和内部结构特征同时, 按照我国机场终端区对流天气预报研究计划, 民航中南气象中心开展了广州机场终端区的对流预报系统试验, 以服务空管 CDM 系统为目标, 进行新的对流天气服务产品研发, 本文以 2013 年 4 月 30 日的飑线过程为例, 介绍正在试运行的广州机场终端区对流预报系统的服务产品设计及服务效果 2 大尺度环流形势和观测分析 2.1 飑线发生的环流背景 4 月 30 日白天, 飑线云带自西北向东南横扫华南大部区域, 广东省大部市县先后出现了大雨到暴雨, 局部大暴雨到特大暴雨 30 日 08 时至 16 时, 海丰县联安镇录得毫米的特大暴雨 ; 有 10 个气象站录得 100~250 毫米的大暴雨, 有 47 个气象站录得 50~100 毫米的暴雨, 有 465 个气象站录得 25~50 毫米的大雨, 珠江三角洲和粤西地区在雷雨过程中普遍伴有 8~10 级短时大风广州白云机场出现了强雷雨和 17m/s 的阵风 2

3 从 4 月 30 日 08 时的形势场 ( 图 1) 上看,850hpa 切变线位于广西中部广东北部到江南东部地区,500hpa 高空槽处于广西的东部, 整个 850hpa 至 200hpa 广东都处于深厚的槽前西南气流控制之下高空槽的东移带动 850hpa 切变线的南压, 切变线南侧一直维持着强劲的西南急流, 充足的水汽输送为飑线的形成和加强提供了有利条件分析地面天气图 ( 图 2) 可知,30 日白天, 华南地区都处于低槽的控制之中, 有一股弱冷空气南下影响 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日 08 时的风场和位势高度场 :(a) 850hpa; (b) 700hap; (c) 500hpa; (d) 200hpa 图年 4 月 30 日 08 时的地面风场和海平面气压从白云机场风廓线雷达探测的风场变化 ( 图 3) 可以看到, 中午 12:30 前后,3000m 以下由西南风转西北风, 而 3000m-5000m 依然维持西南风, 此时正是飑线压到机场上空的时间说明地面冷空气 hpa 切变线与这次飑线系统有很好的对应关系, 而 500hpa 高空槽 3

4 则有所滞后从大气层结情况 ( 图 4) 看,08 时的清远探空曲线显示在 925hpa 以下存在逆温, 可能是夜点地面的辐射冷却所至, 温度露点差的大值区位于 500hpa 以上, 说明 500hpa 以下有比较充足的水汽储备, 上干下湿的层结有利不稳定能量的累积在稳定度方面 ( 表 1), 梧州和清远的 K 指数和 SI 指数分别为和 , 说明两地的层结条件都有利于对流的发生, 但是清远的对流有效位能只有 J/kg, 这与潘玉洁 [3] 和 Bryan and Morrison[7] 的研究中计算的飑线 CAPE 相比小了不少, 而此时梧州探空得到的对流有效位能只有 215.4J/kg, 这可能是因为此时飑线的前沿刚好到达梧州, 部分能量已得到释放图年 4 月 30 日 10:00-14:00 广州风廓线雷达探测的风场时间序列图年 4 月 30 日 08 时梧州 (59265) 和清远 (59280) 的探空图表 1 4 月 30 日 08 时梧州和清远探空算得不稳定能量条件站点 K 指数 ( C) CAPE(J/kg) SSI SI( C) LFC(hPa)

5 2.2 飑线过程的观测特征从 FY-2E 红外云图 ( 图 5) 中可以看到,08:00 开始大片对流云团覆盖江南和华南大部地区, 但是结构相对松散, 到了 11:00 后可以明显地看到呈线状的东南边界, 云团变得非常密实整个云系自西北向东南方向移动, 横扫广东大部, 到了 17:00 云系又逐渐分裂, 对流趋于减弱 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日 FY-2E 红外云图反映的对流演变过程 :(a) 08:00LST;(b) 11:00LST;(c) 14:00LST; (d) 17:00LST 雷达强度图能够更清晰地展示飑线的结构特征 ( 图 6), 飑线由众多排列紧密的对流单体组成, 回波梯度很大, 强回波带宽度只有 40km, 长度 350km, 最大回波强度超过 55dbz, 最大高度达到 15km( 图略 ) 在到达广州机场之前, 飑线强度迅速增强, 移速约为 50KM/h 经过广州机场之后, 北段移速开始减慢, 强度减弱, 南段则继续快速的向东南方向移动强对流过程经常带来大风天气, 研究指出飑线发生时也常伴随有破坏性很强的龙卷风或下击暴流, 其后部的入流和地面高低压间的气压梯度力可能是造成飑线大风的原因 [8] 图 7 是 30 日 12 时和 13 时飑线经过白云机场前后的雷达强度回波和速度图从 12 点的速度图中可以看到, 在飑线过境之前机场上空中高层吹的是西北偏西风, 低层吹的是西南风, 有明显的垂直风切变, 地面附近的最大风速约 20m/s 的量级, 与机场实际观测的风速十分接近, 5

6 说明飑线过境前的雷达速度图对大风的预报有很好的参考价值 13 点飑线过境后, 低层转成西北风, 整个零速度带位置与飑线基本一致, 反映了切变线过境时典型的风场变化特征 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日番禺雷达回波 :(a) 11:00LST; (b) 12:00LST; (c) 13:00LST; (d) 14:00LST (a) (b) 6

7 (c) (d) 图年 4 月 30 日广州雷达 1.2 度仰角的 PPI 图 : (a) 12:00LST 反照率 ; (b) 12:00 速度图 ; (c) 13:00LST 反照率 ; (d) 13:00LST 速度图 3 飑线过程的数值模拟研究前面通过观测资料分析了 4 月 30 日飑线过程发生的环流形势和雷达回波特征, 但由于时空分辨率和观测变量的限制, 难以分析飑线内部的结构特征和发展变化机理, 下面利用 WRF 中尺度数值天气模式进行高分辨率的模拟试验, 探讨飑线的三维结构和发展变化机制及广州机场终端区短时预报系统 (1-6 小时 ) 的设计 3.1 模拟方案设计本文采用 WRFV3.3.1 版本,WRF 模式是高分辨率的非静力可压缩模式, 采用了通量形式的动力方程组, 地形跟随的阶梯坐标,Arakawa-C 水平交错网格和 3 阶 Runge-Kuta 时间分裂方案在本次数值模拟中, 试验采用 Mercator 地图投影的三重双向嵌套网格, 区域的中心位于 (23 N,112 E), 如图 8 和表 2 模式的三个模拟区域均采用 YSU 行星边界层方案及 RRTM 长波和 Dudhia 短波辐射参数化方案 ; 在模拟区域 D01 和 D02 中采用 BMJ 积云对流参数化方案, 在模拟区域 D03 的 4km 高分辨率网格中, 由于可以分辨出云尺度的物理量, 不采用任何积云对流参数化方案 ; 在三个区域均采用 WSM6 云微物理方案将美国国家环境预报中心 (NCEP) 和美国国家大气研究中心 (NCAR) 提供的 6 小时一次 1 1 分辨率的 FNL 最终分析资料水平插值到粗网格区域 D01, 垂直插到 28 层 eta 面上作为背景场 D01 D02 和 D03 区域的模拟时间均从 2013 年 4 月 29 日 20 时到 2013 年 4 月 30 日 20 时, 共积分 24 小时 7

8 图 8 模拟试验的三重嵌套区域表 2 模拟试验的参数设置区域 D01 D02 D03 格点数格距 (km) 积分步长 (s) 积分时间 (h) 对流参数化方案 BMJ BMJ None 边界层方案 YSU YSU YSU 云微物理方案 WSM6 WSM6 WSM6 3.2 模拟结果的验证短时强降水是飑线天气带来的主要灾害之一, 而在数值模拟中降水既受大尺度环流场影响, 又与内部的云微物理过程有关, 要准确模拟有比较大的难度图 9 是 D03 区域 (4km) 4 月 30 日 08 时 14 时与 14 时 20 时模拟的 6 小时累积降水与中央气象台发布的实况观测资料的比较可以看到 08 时 14 时, 模拟的雨区分布与实况非常相似, 雨带主要位于广西的东南部广东的中北部湖南南部和福建中南部一带, 但是位于广东北部的强降水中心模拟的位置偏北, 强度也偏强时, 位于粤东和福建中南部的降水模拟地较好, 范围和中心基本吻合, 但位于湛江海口一带则有一些虚假的降水出现总体来说, 模式对此次飑线过程的降水范围模拟较好, 但强中心位置有偏差 8

9 4 月 30 日 08:00-14:00 实况 4 月 30 日 08:00-14:00 预报 4 月 30 日 14:00-20:00 实况 4 月 30 日 14:00-20:00 预报图年 4 月 30 日 08 时 -14 时和 14 时 -20 模拟的降水与实况的比较图 10 是 D03 区域 (4km) 模拟的最大雷达反照率与华南区域雷达拼图的对比, 可以看到这次模拟试验比较成功地模拟出了飑线的发展和变化过程 4 月 30 日 08 时, 强对流位于广西的东部和广东的西北部, 强回波中心已初显飑线形态, 到 11 时, 飑线发展强盛向东南方向移动,12 点前后开始影响广州, 与实际影响时间偏差在 1 小时之内,14 时飑线的长度达到了上千公里, 而宽度只有几十公里, 在到达沿海之后强度减弱消散从模拟和观测结果都可以看出, 这次飑线可分为两段, 主体位于广东境内, 另一段位于江西和福建的南部, 相比之下, 广东北部一带的飑线模拟得更偏快一些, 模拟的飑线宽度更小, 强对流集中, 线形结构更加明显可见, 模式已基本具备了模拟飑线这种强天气过程的能力, 对于提前判断飑线的形成和过境时间有很好的参考价值对比 D02 区域 (12km) 模拟的最大雷达反照率 ( 图略 ),4km 分辨率可以较好的模拟出飑线的形态, 效果明显超出 12km 分辨率的预报场, 这也表明, 针对广州机场终端区的短时预报系统 (1 6 小时 ) 要满足当前航空业务需求, 特别是空管 CDM 系统的高效运行, 需要发展高分辨 (3 4km 量级 ) 的数值预报系统, 并针对不同的天气背景进行参数设置试验 9

10 图年 4 月 30 日 08 时 11 时 14 时 17 时模拟的最大雷达反照率 ( 右 ) 与华南雷达拼图 ( 左 ) 的对比 10

11 3.3 飑线的发展变化和结构分析飑线天气的发生是上下各层天气系统相互作用下的结果, 图 11 给出了 4 月 30 日模拟的最大雷达反照率分别与地面 850hpa 700hpa 和 500hpa 风场的叠加, 可以看到飑线的位置与地面辐合线位置相对应, 飑线的南段是在 850hpa 切变线配合 700hpa 槽线作用下形成的, 飑线的北段则主要受 850hpa 切变线的影响, 这可能也是为什么飑线的南段比北段更强的原因整个系统均处于 500hpa 高空槽前, 使得大气层处于不稳定的状态, 高空槽的东移带动了整个系统的南压 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日 11 时模拟的最大雷达反照率和风场 :(a) 地面 ;(b) 850hpa;(c) 700hpa;(d) 500hpa 图 12 是 4 月 30 日 11 时和 14 时飑线过境前后模拟的广州 T lnp 探空曲线图, 在 11 时飑线过境之前,500hpa 以上的温度露点差大于 4K, 说明中上层有干空气的入侵,K 指数达到 39, 对流有效位能为 1395J/kg, 而低层则是比较强的暖湿气流, 整个层结处于非常不稳定状态, 这与图 4 清远探空的结果非常相似而到了 14 时飑线过境后,500hpa 300hpa 的温度露点差明显减小, 地面温度显著下降,K 指数也下降到 28, 对流有效位能得到完全释放 11

12 (a) (b) 图年 4 月 30 日 (a)11 时和 (b)14 时模拟的广州站 T-lnP 探空曲线 [9] 雷暴高压和地面冷池是强对流天气的重要特征,Engerer 等的研究指出, 在对流系统发展的不同阶段, 地面气压和冷池的变化表现出不同的特征图 13 是 4 月 30 日 08 时 11 时 14 时 17 时的地面一小时变压变温和地面风场在飑线加强的过程中, 地面冷池越来越显著, 飑线前后的温度梯度很大, 地面一小时变温超过 6 在 11 时飑线发展的过程, 整个飑线及其后部都是大范围的正变压, 到了 11 时, 南支飑线的南端达到一定强度后, 其后部则变成负变压, 北端处于正在加强过程中其后部仍是正变压到了 14 时整个飑线发展成熟时, 飑线低层的正变压与后部的负变压呈对称结构 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日模拟的地面变温变压和地面风场 :(a) 08 时 ;(b) 11 时 ;(c) 14 时 ;(d) 17 时图 14 是 4 月 30 日飑线强度变化过程中沿图 11(a) 中的 AB 线上的雷达反照率温度和环流场的垂直剖面, 可以看到零度层位于 500hpa 到 600hpa 之间, 强对流区域由于释放更多 12

13 的潜热其零度层位置更高一些在 02 时 05 时和 08 时的发展阶段, 飑线前部各层都是逐渐增强的上升气流, 而后部中层则有明显的倾斜入流到了 11 时和 14 时的成熟阶段其内部结构则有所不同, 在 600hpa 以上是很强的上升气流, 回波最高到达了 200hpa( 约 12km) 的高度, 而在 600hpa 以下的强回波区上升运动从后向前减弱,14 时整个内部都是非常强的下沉气流, 这可能主要是由强降水的拖曳作用引起, 当内部的上升和下沉运动达到一定平衡之后, 飑线的强度便开始减弱 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图年 4 月 30 日沿图 10(a) 中 AB 直线的雷达反照率温度和风场垂直剖面 : (a) 02 时 ; (b) 05 时 ; (c) 08 时 ; (d)11 时 ; (e)14 时 ; (f)17 时 13

14 (a) (b) (c) (d) 图年 4 月 30 日 11 时的散度水平分布 ( 单位 10 3 s -1 ) (a) 850hpa;(b) 700hpa;(c) 500hpa; (d)200hpa 再看图 15 中 11 时各层的散度分布, 在 850hpa 上, 飑线的前方主要是辐合后部是辐散, 这与图 14(d) 的剖面图相对应, 而在 700hpa 上前部是辐散后部是辐合, 到了 500hpa 和 200hpa 则前后都是辐散场, 对应了图 14(d) 中上层的上升运动这种低层前部的辐合配合后部的倾斜下沉, 中高层的辐散抽吸反映了飑线加强过程中的主要环流特征 4 飑线过程短时临近预报试验根据天气学的原理和全球气象行业整体水平, 将机场终端区对流天气预报 (0 到 6 小时 ) 分为临近预报 (0 到 1 小时 ) 和短时预报 (1 到 6 小时 ), 临近预报产品时间分辨率为分钟级, 短时预报时间分辨率为小时级民航中南气象中心开展了广州机场终端区的对流预报系统试验, 根据空管 CDM 系统的运行需求, 设计新的气象服务产品 4.1 广州机场终端区临近预报系统 ( 试验版 ) 介绍系统以广东省气象局的多部 S 波段多普勒天气雷达的 3 公里 CAPPI 拼图为依据, 每隔 6 分钟运行自主研发的交叉相关追踪算法 [11], 输出广州机场终端区未来 0 到 1 小时的对流天气分布, 空间分辨率为 2km, 根据空管业务特点加工成对流天气临近服务产品客观化产品 4.2 对流天气临近服务产品图 16 为广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC 未来 60 分钟雷达回波预报产品, 该产品叠加广州机场终端区的航线, 同时针对广州白云机场的双跑道及一边和五边运行特点, 把广州白云机场周边 30km 的区域划分为 8 个区域, 分别为 a 到 h 区, 用户可以清楚了 14

15 解未来 0 到 1 小时内某时刻的广州机场终端区关键点和关键区域的对流天气强度图 17 为广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:00UTC 实况雷达回波与 TREC 风的叠加产品, 可以看到飑线上的单体以 50kmh 的时速向偏东方向快速移动, 移动速度与 2.2 中分析的较吻合, 但是从小时级别的雷达回波移动趋势看, 整个移动自西北向东南移动因此, 对于对流系统的移动, 可以根据不同的用户性质, 考虑不同时间级别的预报结论, 对于 CDM 系统, 可能需要小时级别的移动趋势, 对于塔台管制运行, 分钟级别的移动趋势可能帮助更大图 18 为广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC 未来 0 到 1 小时关键点和关键区域对流天气影响程度预报产品, 影响度的计算规则暂定如下 ( 告警算法规则可根据用户需求定义 ): 红色代表该点周围 10km 内有 15% 的格点 >=40dbz 或 30% 格点 >=30dbz; 黄色代表 5% 的格点 >=40dbz 或 10% 格点 >=30dbz 或 30% 格点 >=25dbz; 其余为绿色图 19 显示, 广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC 的 30 和 60 分钟雷达回波预报中, 飑线的强度和位置均基本吻合, 飑线前部的一些分散单体强度预报效果略差, 这与飑线前部局部对流单体突然发展有关, 基于交叉相关追踪算法的临近预报系统目前还无法解决这类问题图 20 可以看到, 2013 年 4 月 30 日 03:36UTC 04:00UTC 06:00UTC, 对广州白云机场跑道区域未来 0 到 1 小时的对流影响程度预报中 (0 为绿色,1 为黄色,2 为红色 ),3 个时次的影响程度预报最高强度和实况均吻合, 在 03:36UTC, 预报 04:36 出现红色, 比实际滞后约 18 min; 在 04:00UTC, 强度和出现时间的预报与实况完全吻合 ; 在 06:00UTC 预计红色影响程度的减弱时间为 06:24, 比实况提前约 12min 这表明该预报系统在这次过程的表现基本正常图 16 广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC 60 分钟雷达回波预报产品 15

16 图 17 广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:00UTC 实况雷达回波与 TREC 风的叠加产品图 18 广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC 未来 0 到 1 小时关键点和关键区域对流天气影响程度预报产品图 19 广州机场终端区 2013 年 4 月 30 日 03:30UTC30 和 60 分钟雷达回波预报与实况对比 16

17 图 20 广州白云机场跑道区域 2013 年 4 月 30 日 03:36UTC 04:00UTC 06:00UTC 对流影响程度预报和实况对比 (0 为绿色,1 为黄色,2 为红色 ) 4.3 广州机场终端区对流天气短时预报试验如 3.2 所提到, 基于高分辨的数值预报系统可以尝试用于解决广州机场终端区的对流短时预报问题为更接近实际运行, 广州机场终端区对流天气短时预报业务试验使用 GFS 的 4 月 29 日 12 时预报场作为背景场, 使用三重双向嵌套, 分辨率为 27/9/3 公里, 第一和第二层区域以 4 月 29 日 12 时起积分 48 小时, 使用 WSM6 云微物理方案, KF 对流参数化第三层区域积分以 29 日 18 时起积分 24 小时, 因第三层区域分辨率为 3 公里, 能够分辨出大部分的对流云, 因此不采用积云参数化方案以第三层区域的预报结果作为所需的模式预报结果图 21 为 2013 年 4 月 30 日 00:00UTC 到 12:00UTC 的 WRF 模式雷达回波预报与实况逐时对比, 可以看到, 该次试验可以预报出飑线过程, 能够很好的反映飑线从西北向东南移动的过程, 飑线形态和强度也与实况相当通过仔细对比发现, 预报的雷达回波较实况快 1 小时左右需要指出的是, 该预报结果是基于业务运行而设计, 并不是通常个例模拟通过多次调整得出的使用相同的设置, 我们还对 2013 年影响白云机场的其他几次飑线过程 (3.28, 4.20 和 4.25) 进行数值预报试验, 都能够较好的反映飑线的形态和移动过程, 只是在时间上 ( 或者说位相上 ) 有所误差, 一般在三小时以内, 因篇幅有限, 不在本文赘述以广州终端区内的广州白云机场跑道高要和英德为例, 从图 22 可以看到,2013 年 4 月 30 日 00:00UTC 到 12:00UTC 三个关键点的对流天气影响度最大强度及维持时间的预报和实况完全吻合, 对流天气红色影响度预报均比实际提前约 1h 17

18 为提高短时预报的准确率, 结合雷达回波外推的融合技术在国内外开始应用, 有以上的基础, 接下来我们可以开展不同天气背景下的模式结果和雷达回波外推的融合试验, 为空管 CDM 系统的高效运行提供有效的气象服务产品 18

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20 图年 4 月 30 日 00:00UTC 到 12:00UTC 的雷达回波预报和实况对比广州白云机场跑道 20

21 高要英德图年 4 月 30 日 00:00UTC 到 12:00UTC 广州白云机场跑道高要和英德对流天气影响度预报与实况对比 5 总结与讨论本文通过多种观测资料和数值模拟对 2013 年 4 月 30 日发生在广州机场终端区的飑线过程的发展变化和结构进行分析和服务产品研究, 结果表明 : 1) 此次飑线过程是高空槽东移带动地面弱冷空气南下, 中上层的干冷空气与中低的暖湿气流在华南上空交汇形成,850hpa 切变线和 700hpa 的高空槽是最直接的影响系统 2) 数值模拟结果显示 WRF 模式能比较好地模拟出这次飑线过程的发展变化过程, 模拟的位置移向移速和强度与观测结果十分接近, 对于广州机场终端区对流预报系统的设计有很好的参考价值 3) 此次飑线过程有非常明显的地面冷池, 在飑线发展的不同阶段雷暴高压的分布有不同特征, 发展阶段出现在整个飑线的下方及期后部, 而在成熟阶段其下方的正变压与后部的负变压呈对称结构 4) 飑线发展变化的不同阶段其内部表现出不同的结构特征, 飑线内部有比较明显的倾斜气流, 在其发展阶段内部以上升气流为主, 而到了成熟阶段, 强的上升运动主要位于 600hpa 以上的高层区域, 而在中低层则由于拖曳作用有非常显著的下沉气流 5) 针对空管 CDM 系统的广州机场终端区对流天气服务试验产品可以较准确预报并有效地描述该飑线过程, 对 CDM 系统的高效运行有一定的帮助 21

22 参考文献 [1] 丁一汇, 李鸿洲, 章名立等我国飑线发生条件的研究. 大气科学,6(1): [2] Houze R A Jr, Biggerstaff M I, Rutledge S A, etal Interpretation of Doppler weather radar displays of midlatitude mesoscale convective systems. Bull. Amer. Meteor. Soc., 70(6): [3] 潘玉洁, 赵坤, 潘益农等用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征 [J]. 气象学报,70(4): [4] Zhang D L,Gao K.1989.Numerical simulation of an intense squall line during June 1985 PRE-STORM.Part II:Rear inflow,surface pressure perturbations and stratiform precipitation.mon.wea.rev.,117: [5] 刘香娥, 郭学良灾害性大风发生机理与飑线结构特征的个例分析模拟研究. 大气科学,36(6): [6] Wu, D. C., Z. Y. Meng, and D. C. Yan The predictability of a squall line in South China on 23 April Adv. Atmos. Sci., 30(2): [7] Bryan G H.Morrison H.2012.Sensitivity of a simulated squall line to horizontal resolution and parameterization of microphysics.mon.wea.rev.,140: [8] Schmidt J M, Cotton W R A high plains squall line associated with severe surface winds. J. Atmos. Sci., 46(3): [9] Engerer, Nicholas A., David J. Stensrud, Michael C. Coniglio Surface Characteristics of Observed Cold Pools. Mon. Wea. Rev., 136: [10] 梁建宇, 孙建华年 6 月一次飑线过程灾害性大风的形成机制. 大气科学,36(2): [11] 王刚, 黄奕铭, 曹正, 苏丽蓉. 机场终端区对流天气临近预报的初步研究. 空中交通,2012 年 12 月增刊 :

气象第卷第期对流不稳定度

气象第卷第期对流不稳定度张芳华张涛周庆亮杨克明国家气象中心北京中国气象科学研究院灾害天气重点实验室利用上海自动观测站资料的逐小时分析资料水汽云图和多普勒雷达探测等资料对年月日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析结果表明上海处在上干冷下暖湿的不稳定大气层结中对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成在对流单体的右侧不断新生单体