双流国际机场一次夏季强降水过程分析

双流国际机场一次夏季强降水过程分析

田高山

（西南空管局，四川 成都 610213）

摘要：2019年7月10日夜间至11日凌晨，受高原低涡和西南低涡耦合的影响，成都国际双流机场从10日夜间开始出现小阵雨，之后间断出现中到大阵雨，12小时累计降水量达到67.4毫米。本文基于欧洲中心再分析数据、国家站探空资料以及机场跑道观测数据，对本次天气过程进行复盘分析表明：在“东高西低”型的环流背景下，高原低涡与西南低涡形成耦合时，会形成深厚的正涡度柱和强烈的垂直上升运动，为大范围持续性强降水提供了动力条件，从而引发持续性强暴雨在不稳定能量充足的条件下，配合低层偏南气流带来的稳定水汽输送和持续的上升运动，有利于大范围强降水过程的触发和进一步发展，为未来机场夏季雷雨预报提供参考。

关键词：双流国际机场；高原低涡；西南低涡；暴雨

引言

双流国际机场位于成都平原西侧，西邻青藏高原，东邻龙泉山脉。受青藏高原地形和盆地地形影响，配合西太平洋副热带高压边缘稳定的偏南气流水汽输送，在夏季容易出现雷暴、中或强的降水等天气过程[1]，其中集中在夏季的雷暴和强降水出现的频次最高，影响系统包括高空槽、低涡、切变线、南支槽、台风外围以及西太平洋副热带高压等[2]。强降水是影响航空飞行的重要天气现象之一，不但会导致能见度大幅下降，使得飞行员难以看清前方跑道和周围环境，增加起飞和着陆的难度和风险，也容易在跑道上空及进近爬升区域出现风切变，增加侧风隐患，甚至使航空器发生偏转脱离航线，严重威胁航空安全，大面积航班延误机制也与强降水天气密切相关[3]，因此对强降水天气的运行保障也一直是航空气象关注的重点。近些年，双流机场强降水天气频繁发生，常伴有雷暴、大风等高影响天气。已有总结表明：从月变化来看，7月是暴雨与短时强降水的高发时期，8月和9月短时强降水的强度仍然较强，但暴雨出现频率明显减小；而从日变化来看，短时强降水和暴雨都更容易出现或跨越凌晨至中午时段[4]，本文进行复盘的降水过程主要时段也集中在凌晨。

受地形和大气环流等因素影响，高原低涡是活动于青藏高原主体的重要天气系统[5]，高原低涡常常与其他天气系统相互作用，如热带气旋、温带气旋等，这些相互作用会影响低涡的路径和强度。对于四川盆地，移出高原的高原涡常常与东侧低层大气中活动的天气系统发生相互作用，其中西南低涡是低层低层大气中最典型的天气系统,当西南低涡形成并向东移动时，它通常伴随着强烈的上升气流和水汽输送，这些条件有利于暴雨的产生。此外，西南低涡还可以与其他天气系统相互作用，如与冷空气结合形成切变线，或与副热带高压边缘的暖湿气流交汇，这些相互作用都会进一步增强暴雨的强度。已有研究表明，当高原低涡与西南低涡两者成为耦合系统后，能够通过对动量场与质量场的调节从而改变盆地低值天气系统内的大气运动非平衡性质,激发盆地的天气系统发展，导致暴雨发生[6]。在四川盆地暴雨基本特征分型中，"东高西低"型暴雨主要触发系统是西南低涡和高原低涡，这个类型的暴雨中低层偏南气流更强,暴雨中心主要位于盆地西北部[7],本次降水过程的天气形势基本与"东高西低"型吻合。

天气过程分析

本文用到的分析资料包括：欧洲数值预报中心的ERA5再分析数据，空间分辨率为0.25°×0.25°，站点探空观测数据以及机场跑道端气象观测数据。根据7月10日18时至11日12时机场基准观测点自动观测系统测得的降水量、温度以及露点温度变化可以看到，19时左右气温和露点温度开始出现较明显的波动，气象要素的明显波动变化也预示着阵雨的临近（图2）。降水从10日21时开始逐渐增强并呈现波动变化，在10日22时和11日01时强度最大。在23时左右，露点温度差趋于零，并在夜间一直维持到11日08时，地面空气一直处于饱和状态（图2）。根据实况逐小时降水资料，成都双流机场从10日夜间开始出现小阵雨，之后间断出现中到大阵雨，降水主要时段集中在11日凌晨，累计降水量达到67.4 mm（图1）。

图1 机场基准观测点逐小时降水以及累计降水随时间演变

图2 机场基准观测点逐分钟露点温度（Td）与温度（T）的变化

从形势场可以看到，在500 hPa高度层，位于四川西北部的青藏高原低涡稳定维持。四川盆地整体受850 hPa的偏南气流控制，并且受地形影响，水汽在盆地与川西高原交界处汇集（图3a）。10日18时，盆地南部已经形成了西南低涡，低涡东侧偏南气流的水汽持续输送，配合低涡北侧的切变在11日凌晨开始影响双流机场本场。高原低涡与西南低涡耦合，有利于强烈垂直上升运动，为大范围持续性强降水提供了动力条件。川东到重庆西部地区为辐合区控制，配合弱冷平流。水汽条件和扰动条件，以及高层辐散和低层辐合环流条件，都比较利于该区域强降水的发生。为了分析降水发生过程中垂直温湿结构以及能量条件变化，选取距离双流机场最近的温江探空站数据进行分析。在10日20时，850 hPa附近以及700-600 hPa为湿层，符合“上干下湿”的不稳定层结结构，对应也分析出了不稳定层结，对流抑制能量767 J/kg，K指数为40 ℃，SI指数为-1.31℃。到了11日08时，随着11日夜间降水的持续，大气整层垂直比湿积分很高达到了5000 g，即从低层到高层的整层水汽含量高，位势不稳定层结较强（图3b）。

图3 2019年7月10日20时（a）天气形势场， 500hPa位势高度（蓝线），850hPa风场及相对湿度（风矢量，填色）；（b）温江站探空分析

结论与展望

天气尺度系统为短时强降水提供了环流背景，可以诱发并引导中尺度天气系统的发生发展，从而直接导致了短时强降水的发生。从造成影响的天气系统的角度进行划分，本次降水类型属于是一次典型的高原低涡与西南低涡耦合型，降水中心主要位于盆地西北部，符合“东高西低”型。当高原低涡与西南低涡形成耦合时，将形成深厚的正涡度柱和强烈的垂直上升运动，为大范围持续性强降水提供了动力条件，从而引发持续性强暴雨在不稳定能量充足的条件下，配合低层偏南气流带来的稳定水汽输送和持续的上升运动，有利于大范围强降水过程的触发和进一步发展。从天气学诊断分析的角度，暴雨过程一般都对应着低层高比湿、整层相对湿度大、暖云层厚、CAPE值呈狭长形态等显著特征，因此需要关注探空资料中湿层与不稳定能量的变化。

未来，一方面可以利用高分辨率区域数值模式对个例进行数值模拟，研究地形、水汽输送与中尺度天气系统之间的相互作用机理。另一方面也可以通过关注高原低涡与西南低涡的移动发展，对动量场与质量场的影响来辅助预报暴雨的落区与时间。

参考文献

[1] 何明霞, 崔永, 袁振. 双流机场一次长时间雷暴天气的过程分析[J]. 民航科技,2008(4): 109-111.

[2] 雷飏.西南主要机场重要天气统计分析及预报经验总结[J].高原山地气象研究，2019（增刊）：1-6．

[3] 赵润华. 2020年成都双流机场系统性雷暴天气特征[J].高原山地气象研究. 2022,42(4):82-87.

[4] 庞玉莹.成都双流机场降水天气统计分析[J].科技创新与应用,2021,11(15):62-65+68.

[5] 陈功,李国平,李跃清.近20年来青藏高原低涡的研究进展[J].气象科技进展,2012,2(02):6-12.

[6]陈忠明,闵文彬,缪强等.高原涡与西南涡耦合作用的个例诊断[J].高原气象,2004(01):75-80.

[7] 肖递祥,杨康权,俞小鼎等. 四川盆地极端暴雨过程基本特征分析[J].气象. 2017,43(10):1165-1175.

作者简介：田高山（1997-），男，汉族，四川成都人，硕士学历，助理工程师，研究方向：民航气象预报与探测。