广州白云机场雷雨大风的天气气候特征.pdf

1、第31卷第6期2009年12月广 东 气 象GuangdongMeteorology Vol.31No.6December2009收稿日期:2008-11-06作者简介:张慧婵(1972年生),女,工程师,学士,主要从事航空气象预报工作。doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2009.06.007广州白云机场雷雨大风的天气气候特征张慧婵(民航中南空管局气象中心,广东广州 510405)摘 要:利用实况资料统计分析了19982007年广州白云机场雷雨大风天气的气候规律,将雷雨大风天气发生前背景场按对流层中水平风的强、弱切变分为4型:强风速和强风向切变型、台风外围中小尺度天气型

2、和副高边缘型。从中总结出产生雷雨大风的前期天气系统特征,指出强切变类主要发生在春夏季,其中强风速切变型主要集中在35月,强风向切变型多发生在68月。弱切变类常发生在夏秋季,其中副高边缘型主要发生在58月,台风外围型发生在79月。白云机场雷雨大风出现最多的是在副高边缘,午后热力对流旺盛,风的切变不明显的天气形势下。分别计算每类型合成平均的能量和稳定度指数,发现对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CI N)、强天气威胁指数(S WEAT)等指标,对雷雨大风有较好的预报意义。关键词:天气学;对流层风切变;能量和稳定度指数;预报指标;雷雨大风;白云机场 中图分类号:P44 文献标识码:B 文章编号

3、:1007-6190(2009)06-0026-03 雷雨大风是强对流天气之一,是一种中小尺度的灾害性天气,具有突发性、局地性等特点,对飞行安全影响极大。雷雨大风的形成因素是多方面的,从能量学的角度看,强对流天气过程是能量的积累和在一定条件下强烈转化和释放的过程。早在20世纪5060年代,中国气象学家推广了与大气湿绝热过程密切相关的假相当位温在暴雨和对流性天气分析中的应用,从而推进了对流稳定度参数和能量方法在中国科研工作和业务预报中的应用和开发。叶笃正1、陶诗言2、曾庆存3都曾指出,能量方法用于中国暴雨和强对流天气的分析和预报可揭示许多重要现象。70年代后,雷雨顺等4曾用能量方法在强对流天气的

4、分析和预报方面做了大量的研究工作,高守亭5还把与热力-动力都相关的里查逊数用来判别中尺度波动不稳定,并用于强对流发生机制的研究。本文统计分析了广州白云机场雷雨大风的气候规律6-11、天气系统特点12-15,并以雷雨大风天气发生前背景场的气流特征为主16-17,将雷雨大风天气按对流层中水平风的切变分为2类4型18,分别计算了每类型合成平均的KI指数、全总指数、沙氏指数、抬升指数、强天气威胁指数、对流有效位能、对流抑制能量、粗理查逊数等大气稳定度指数和能量参数,归纳出可供参考的预报指标,以提高对此类灾害性天气的认识和预报能力。1 本场雷雨大风的气候统计特征选用广州白云机场19982007年的观测资

5、料,规定当出现风速 17 m/s的大风,并伴有雷雨天气,作为一个雷雨大风日。统计结果表明,10年共出现雷雨大风日51个,平均每年511个。1.1 年际变化广州白云机场的雷雨大风存在明显的年际变化:2004年以前,雷雨大风的次数相对较少,2005年以后雷雨大风的次数较多(图1)。其原因在于广州白云机场自2004年8月5日搬迁至花都,新机场位于旧机场北面约25 km处,更加靠近南岭山脉。新旧机场虽同属华南气候,但地理环境有所不同,其天气特点也略有不同,新机场出现雷雨大风的日数明显比旧机场出现的多。而就新机场而言,每年的雷雨大风日数也呈上升趋势。图119982007年广州白云机场雷雨大风日数的年际分

6、布1.2 季节分布特征明显广州白云机场的雷雨大风出现在311月,其余月份没有发生此类天气现象;而雷雨大风日次数又以48月居多,其中6月最多,共出现了16次,占总数的3114%;7月次之,为10次,占总数的1916%;5、8月均出现8次,各占1517%。这说明,广州白云机场的雷雨大风具有明显的季节性特征,主要出现在初夏(45月)和盛夏(68月),以盛夏居多。其中,新白云机场3、4、5、6、7、8和11月分别出现1、5、8、11、4、6和1次,旧白云机场4、6、7、8和9月分别出现1、5、6、2和1次。可见新旧机场均符合此特征,且新机场雷雨大风比旧机场出现得早(3月),结束得晚(11月)。1.3

7、日变化特征明显以每2 h为1个时段,将1 d按世界时划分为12个时段,统计雷雨最大风出现时间分布情况。由19982007年311月广州白云机场雷雨大风最大阵风风速的时间分布(图2,表1),可以看出雷雨大风主要产生在午后至上半夜(04:0012:00,世界时,下同),出现37次,占总数的72.5%,其中06:0008:00最为集中。新旧机场均符合此特征,且新机场的雷雨大风还部分(共5例)出现在清晨至上午(22:0002:00),这是旧机场未曾出现的。图219982007年雷雨大风最大阵风的时间分布表1 新旧机场雷雨最大风的出现时间分布(世界时)次时段旧机场 新机场时段旧机场 新机场00:0002

8、:000212:0014:001102:0004:002014:0016:001104:0006:002616:0018:001106:0008:0031018:0020:000108:0010:003320:0022:000010:0012:002822:0024:00031.4 雷雨大风的强度一般51次雷雨大风个例中(表2),最大阵风风速达29 m/s(有2例,均发生在新机场),平均最大阵风风速为20 m/s。其中,最大阵风风速 25 m/s的强雷雨大风有5次,占10%,新旧机场分别为4和1次;2124 m/s的中级雷雨大风有10次,占20%,新旧机场分别为9和1次;1720 m/s的普通

9、雷雨大风有36次,占70%,新旧机场分别为23和13次。这说明广州白云机场雷雨大风发生时强度一般,新机场出现中强雷雨大风的频率较旧机场高。5月的最大风风速平均值最高,且极大风速值也最大,这说明初夏发生的雷雨大风强度最强。表219982007年各月雷雨最大风的平均值和极大值 m/s月份平均最大风风速极大风速月份平均最大风风速极大风速317177202942024820265212992020619221120202 本场雷雨大风的天气学分类和特征从天气预报的观点出发,以强对流天气发生时背景场的气流特征作为分类标准较为客观6。根据本场雷雨大风天气发生时对流层中水平风的垂直切变,可将本场雷雨大风天气

10、分为2类4型。2.1 强切变类当500 hPa与850 hPa风速差(v500 hPa-850 hPa)10m/s,或850 hPa风向与500 hPa风向顺时针旋转60以上则归入此类,相应可分为风速垂直切变和风向垂直切变2型。强风速切变型主要发生在35月,主要天气系统特征是副高边缘的西南气流与西风带南支槽前气流的辐合,加上低层有冷空气南下,使锋面系统越过南岭(850hPa在南岭附近有横切变)共同作用造成的。强风向切变型主要发生在68月,本场一般为槽前西南气流控制,但从850500 hPa,风随高度有较大的顺时针偏转,表示该层有暖平流。1)强风速切变型。雷雨大风天气发生时风速的垂直切变大,而且

11、大多发生在本场850 hPa风速较小,而500hPa风速较大(大多有急流)的情况下。2)强风向切变型。500 hPa和850 hPa很少有急流,但850500 hPa风向顺时针旋转60以上。2.2 弱切变类凡水平风的垂直切变不足强切变标准者都属此类,主要发生在58月,与局地热力条件关系密切,以午后至傍晚发生为多。按照不同的影响系统可分为2型。1)台风外围中小尺度天气型。这种类型发生时本场附近受台风外围环流影响。2)副高边缘型。雷雨大风天气发生时本场处于副高的西北部边缘区,主要以气团内部热对流形式表现,并与其它天气系统靠近激发有关。强切变类主要发生在春夏季,其中强风速切变型主要集中在35月,部分

12、发生在凌晨 清晨,部分发生在午后 傍晚;强风向切变型多发生在68月,主要发生在下午 上半夜(表3)。弱切变类常发生在夏秋季,其中副高边缘型主要发生在58月,台风外围型发生在79月,发生时段均以中午 上半夜居多。可以认为,本场雷雨大风最多出现在副高边缘,午后热力对流旺盛,风的切变不明显的天气形势下。表3 广州白云机场雷雨大风天气分类特征统计1)分类统计特征类别型分型标准发生月份发生时段(世界时)个例数强切变类风速切变v500 hPa-850 hPa10 m/s35(1例在11月)3例在19:0023:003例在05:0009:006风向切变850500 hPa风向顺时针旋转606807:0014

13、:004弱切变类台风外围v500 hPa-850 hPa10 m/s;850500hPa风向顺时针旋转 60795例在04:0011:001例在00:0017:006副高边缘5829例在03:0013:003例在15:0017:002例在01:00左右341)有1例高空资料缺失,无法统计72第6期张慧婵:广州白云机场雷雨大风的天气气候特征3 雷雨大风的天气学特征诊断分析雷雨大风是一种典型的强对流天气,各种稳定度指数和能量参数能从不同角度反映出雷雨大风发生前大气环境状态和条件。本文选用业务中较常用的一些对流参数,K指数(KI)、全总指数(TTI)、沙氏指数(SI)、抬升指数(L I)、强天气威胁

14、指数(S WEAT)、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CI N)、粗理查森数(BRN),利用雷雨大风临近时次最靠近本场的清远探空资料计算上述能量和稳定度指数,并合成平均,以分析环境条件,结果见表4。表4 各类型的能量和稳定度参数的合成平均类型KI/TTI/SI/L I/S WEATCAPE/(Jkg-1)CI N/(Jkg-1)BRN强切变类 风速切变型 35.2746.03-1.61-0.23324.45807.91-26.3415.91风向切变型 33.942.75-0.16-3.78279.212 225.81-23.84313.07弱切变类 台风外围型 32.339.572.1

15、20.10254.75558.28-41.7541.99副高边缘型 35.0644.98-0.37-2.35259.381 032.24-40.65180.91 从表4可见,所有类型个例的CAPE平均值都 500Jkg-1,这与通常认为的当出现CAPE 500 Jkg-1时有利于出现雷雨大风天气相吻合,其中,风向切变型的CAPE平均值最高,超出了2 000 Jkg-1,这可能与对流层中低层的暖平流有关。所有类型个例的S WEAT平均值都250,其中风速切变型的S WEAT平均值 300,这与S WEAT的定义有关。大量研究表明:CI N太大会抑制对流不容易发生;太小使不稳定能量不易在低层积聚,

16、不太强的对流很容易发生,从而使对流不能发展到较强的程度。本文所有类型个例的CI N平均值都处于2045 Jkg-1这一合适的区间,不至于太大或太小。近年来,BRN被认为是表征雷暴环境的一个有用的参数,利用它可以区分对流风暴类型。通常认为,BRN=40是区分超级单体风暴和多单体风暴的界限。超级单体风暴的BRN比较小,多单体风暴相反;如果BRN更大,就会出现短生命史的普通雷暴。本文中BRN平均值的差别较大,风速切变型的BRN的平均值250,大气的对流有效位能平均值500 Jkg-1,对流抑制能量平均值处于2045 Jkg-1合适的区间。5)风速切变型大多出现超级单体风暴,其余类型大多出现多单体风暴。台风外围型的能量和稳定度参数表现不明显。参考文献:1叶笃正.近年来我国大气科学的研究进展 J.大气科学,1979:3(3):195-202.2陶诗言,丁一汇,周晓平.暴雨和强对流天气的研究 J.1979,3(3):227-237.3曾庆存.我国大气动力学和数值预报研究工作的进展J.大气科学,1979,3(3):256-269.4雷雨顺,吴宝俊,吴正华.用不稳定能量理论分析和预报夏季强风暴的一种方