张掖机场春季一次短时大风低能见度天气分析
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摘 要：2016年4月16日河西走廊中部张掖机场出现了一次短时大风降水低能见度天气过程，文章综合利用高空地面环流形势，探空资料，卫星云图和雷达图等常规资料分析发现：绕高原东侧东南暖湿气流的输送，为天气过程提供了必备的水汽;张掖机场16日早上处在冷槽前暖舌后，槽后冷区明显，后倾斜压和槽附近气流的辐合造成位势不稳定;河西走廊地形狭管效应加强了近地面冷空气的迅速入侵和冲击，是大风的成因以及对流过程的触发机制;外推法对河西地区冷空气的东移有积极指导作用。
关键词：短时大风低能见度;降水;环流形势;卫星云图;雷达回波
张掖机场处在甘肃省河西走廊中段，距张掖市区20多公里，随着民航的发展，机场对气象保障服务的准确度和精细度要求也越来越高，尤其是严重影响航班起降的一些极端天气和对流天气，诸如雷暴，风切变，冰雹大风等。[1]张掖机场所处的河西走廊山地，绿洲，荒漠，戈壁等下垫面相对多变复杂，又受祁连山区的影响，使得中小尺度危险天气的发生率相对来讲也比较高，目前大部分中小机场能够获得和使用的气象资料较少，文章对此次天气过程的分析，有助于帮助中小机场预报员在天气尺度环流的背景下，利用常规资料，分析和预报由于冷空气入侵而形成的影响机场航班运行的突发性天气。
1 天气概况
2016年4月16日上午，张掖机场发生了一次以大风和短时降水为主的突发性天气，根据机场气象台实时监测显示，上午11-12时，机场西北风3-4m/s，能见度大于等于10公里，在13时，西北风增大到13m/s阵风18m/s，观测到少量CB，能见度降低到1200m，到13：22短短二十几分钟的时间里能见度突然降到400m左右，并且由之前的小阵雨转为中雪，气象条件已经降到航班的起降标准以下，14时以后气象条件逐渐好转，达到航班起降标准。14m/s及以上的风维持一个小时四十分钟左右，降水到下午16时以后结束，从12时到16时，气温从9℃下降到0℃，气压从1019hp变化到1027hp上升了8hp，降水主要是中等强度雨夹雪的形势，机场能见度从10公里以上迅速下降到400米左右，各种气象要素变化剧烈，出现的CB以及18m/s的大风在张掖机场气象台同期记录中比较少见，虽然是小概率事件，但是此类天气一旦发生预报员也不容易应付，其对航班的危害性也不容忽视。
2 环流背景分析
2.1 高空形势分析
从4月15日晚上北京时20点到16日早上08点（图1a），在500hp的高空资料图上显示，亚欧大陆中高纬上空属于典型的“两槽一脊”的形势，亚欧交界处的乌拉尔河、里海、黑海上空是明显的高空冷槽，我国华北、内蒙东部一直到长江黄河中下游地区也是深厚的冷槽，并且温度场明显落后于高度场。两槽之间是暖高脊，暖高脊的主体部位处在黑海到我国新疆之间，河西走廊及张掖机场上空、内蒙西部地区处在高空横槽后的西风气流中。新疆甘肃分界处有西风浅槽，并且小槽分裂东南移动携带的冷空气也较为明显，温度场落后于高度场，等高线和等温线交叉角度明显，大气斜压作用也容易造成大风的发生。[2]
在16日早上08点700hp及以下的各层中（图1b、图2），上述暖高脊区域是闭合的高压，并且暖高脊的东部正在逐渐崩溃南掉，也为此次大风提供了高层气流的引导作用，加上在此之前14日到15日，700hp高空绕高原东侧有8-12m/s的暖湿急流的输送，整个16日上午河西地区上空各层中相对湿度达到90%左右，张掖位于暖脊之前温度梯度较大，冷平流很强的横槽之中，空气层的后倾斜压不稳定和槽附近气流辐合也为此次天气过程的形成提供了有利的水汽和抬升因素。
15日20点到16日08点的中低空的实况资料中（图1b、图2a），在850hp到700hp河西走廊中部到阿拉善高原有一个北伸的暖舌存在，底层暖舌的出现与河西地区的和阿拉善高原的沙石下垫面有较大的关系，15日的时候，暖舌部分甚至是闭合的暖中心，700hp河西走廊上游高空浅槽后部是十分明显的温度槽，根据天气学原理和短期天气预报方法，冷槽前是暖舌区，槽后冷区明显，槽线附近温度梯度很大，从理论上来讲十分有利于对流的发展，[3]这些落区正好集中到河西走廊，所以也造成这次大风低能见度天气的形成和发展。
2.2 地面形勢分析及变压分析
地面图上（图2），巴湖贝湖之间以北疆和外蒙古地区都是强大冷高压的控制，从15日20时和16日08时的地面图上可以看出，与高空槽相对应的我国中东部地区正好是锋面的主体部位，锋面在14日早上已经经过张掖，但是从15日20时开始，张掖上游已形成的一股新的冷空气下掉，并且在甘肃西部敦煌到嘉峪关地区形成闭合小高压，16日早上随着新疆上空横槽后部暖高压的崩溃，新疆北部与甘肃交接处的近地面冷空气迅速东移，16日12时张掖气压1019hp，到下午16时达到1027hp，气压上升显著，温度下降迅速，河西走廊上游与下游之间有4-5条等压线通过，强大的气压梯度使张掖最大风速达到18m/s，由于张掖上空空气接近饱和，加之底层强冷空气的快速输入和冲击，为此次天气过程提供了触发机制。
3 物理量场分析
3.1 水汽分析
由16日早上08时的探空资料显示（图略），张掖探空站上空相对湿度500hp是82%，700hp是86%，近地面基本上接近饱和，500hp及以下温度露点差T-Td≤2℃，中低空比湿≥4.5g/kg，整个河西走廊敦煌到张掖探空资料上从近地面到500hp之间相对湿度都在80%以上，T-Td≤4℃，是一明显的湿区，这得益于14日700hp及以上东南暖湿气流的输送，深厚的湿层也为此次天气过程提供了必备的水汽条件。
3.2 层结和动力条件
K指数和沙氏指数SI通常是大气稳定与否的重要判定标准，根据天气学原理和河西走廊对流性天气相关经验总结，K指数大于30，沙氏指数SI小于3，可用于对流性天气发生的预报，[4]16日早上08时，本地区K指数达到28沙氏指数SI趋近于0，这在张掖春季较为少见，也说明空气含有潜在的不稳定能量。 突发性天气的发生必须有足够的不稳定能量，15日晚上到16日早上，张掖上空有不稳定能量的蓄积，16日早上08时，张掖和上游酒泉探空站，对流有效位能CAPE达到35-50
J/kg，虽然不是很大，但是在河西走廊春季夜间到早上已经很少见了，CAPE表示在自由对流高度上，空气块由于正浮力对其做功而获得的能量，[5]它对空气的对流运动和辐合有着很大的作用，也是这次天气过程空气不稳定的一个强有力的数据显示，K指数、沙氏指数SI、CAPE等对河西地区突发性天气的发生有一定的预报指示性。
4 临近检测
4.1 卫星云图分析
分析16日午后河西地区的红外云图（图3）和水汽图像（图略），从酒泉到张掖有明显的中尺度对流云团，从上午09：00时就已经开始形成，云顶亮温大于230K，并且随着下滑冷空气的引导向下游地区（张掖所处位置）迅速发展，13：00时移到张掖上空，造成张掖气象条件迅速恶化，阵雨转为中雪，由于云团移速较快，并未在张掖上空长时间滞留，云团移出张掖机场后，机场降水基本停止，中尺度云团是河西地区此次天气降水的直接形成系统。
4.2 雷达图像分析
在雷达分析资料中，由于资料的限制，此处只分析雷达平显图像（图3），张掖雷达资料采用1.5°仰角，對比早上10：34酒泉雷达站的平显图，酒泉地区特别是沿着祁连山区有回波生成，回波强度接近30dbz，并且向东南一路移动，根据嘉峪关机场实时观测资料显示，10：00-11：00嘉峪关机场能见度600m，中雪，三个小时左右，13：00张掖地区雷达出现回波，回波强度在30dbz以下，造成张掖的大风和中雪。
5 结论
本文通过这些常规资料的分析，对河西地区冷空气入侵引起的气象要素地突然变化做了讨论，对于机场气象台的临近预报来讲，在中小尺度对流天气的预报工作中，特别要留意K指数、沙氏指数SI和CAPE以及CIN等特定的指数，以及卫星云图和雷达回波平显图像的演变等，对它们准确及时地判断和运用，对中小尺度天气的演变和预报有积极的指导作用;中小尺度天气引起气象要素的剧烈变化对航班的影响值得警惕。
（1）700hp及以上绕高原东侧偏南暖湿气流的输送，为此次天气过程提供了必备的水汽条件。
（2）700hp河西走廊西部高空浅槽后是十分明显的温度槽，张掖处在冷槽前暖舌后，槽后冷区明显，后倾斜压不稳定和槽附近气流的辐合造成位势不稳定。
（3）河西走廊地形狭管效应加强了底层冷空气快速输入和冲击，是大风的成因以及对次对流过程的触发机制，甘肃上游新疆北部上空暖高脊东部的崩溃，也为此次冷空气地快速入侵提供了有力的引导作用。
（4）K指数接近30，沙氏指数SI小于3，CAPE有不稳定能量的显示，对河西地区突发性天气的发生有一定的预报指示性。
（5）卫星雷达资料有效地利用和实况外推，对冷空气入侵引起河西地区的短临预报有积极的指导作用，尤其是大风天气，从嘉峪关到张掖，一般是3个小时左右。
参考文献：
[1]曾祥耀，陈永旭，等.西北地区一次强雹暴天气过程特征分析[J].现代农业科技，2013，（07）：265-266.
[2]刘春云，赵克明，等.新疆一次大风个例分析[J].现代农业科技，2010，（19）：258-259.
[3]朱乾根，等.天气学原理和方法（第四版）[M].气象出版社，2007，47-52.
[4]韩露露，李万荣，等.甘肃河西东部8月3日局地强对流天气特性分析[N].天文与地理，2016，（03）：256-257.
[5]钱传海，张金艳，应冬梅，等.2003年4月江西一次典型强对流天气过程的诊断分析.应用气象学报[J].2007，（04）：460-467.
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