海口美兰机场一次秋季强降水过程分析

海口美兰机场一次秋季强降水过程分析

吴虹璇，乔玮红

中国民用航空中南地区空中交通管理局海南分局，海南省 海口市 571126

摘  要：目的：为了提前对强对流进行准确预报，提高航空运行效率。方法：对2022年10月8日海口美兰机场强降水天气过程进行总结分析。结果与结论: （1）此次过程为大范围、长时间、强度强的对流性降水。（2）在低空急流的大尺度背景下，局地对流的相互作用以及东边对流的不断补充使得此次降水较长时间维持。（3）此次过程在风廓线上，降水前期为探测高度较低的小尺度湍流，降水时期探测高度升高，为明显的下沉运动。 

关键词：海口美兰机场；秋季；强降水；预报

1. 引言

海南岛为热带海岛，四面环海，属于热带季风海洋性气候，冬季受东北季风的影响，冷空气频发，锋面过境时时常引起阴雨天气，阴雨天气易引发低云低能见度，对航空安全运行造成威胁；夏季受热带西南季风影响，多雷雨、热带气旋等天气频发。而春秋季为季风交替期间冷暖系统对峙时期，易引发极端天气。海南汛期主峰期出现在 9月中下旬至10月中旬，为强降水极端事件频发时期，易造成洪涝等灾害，对人民生命财产造成威胁[3]。根据《海口美兰国际机场航空气候志》统计，机场的降水主要集中在夏半年（4-10月），累年各月平均降水量4月开始增长明显，10月达到最高值，为373.8毫米，可见10月为海口美兰机场易发生极端降水事件的月份。而极端降水事件会引发机场洪涝、低能见度、雷暴等影响航空运行安全现象，降低航空运行效率，威胁人民生命财产安全。因此对强降水等极端事件的不断总结和分析，提高极端事件的预报水平，能有效地保障航空运行安全，提高航空运行效率。

本文利用海口美兰机场常规观测数据、海南省气象局24小时降水实况资料、MISCAP数据分析资料、海口美兰机场风廓线数据、欧洲数值预报中心EC输出的数值预报产品、海南省气象局处理的多模式预报产品以及海口max雷达组合反射率资料对2022年10月8日海口美兰机场强降水过程进行总结，分析其特点、成因、风廓线应用、数值预报产品释用和MDRS服务保障，进而提升强降水的预报技术，从而提升预报服务质量，提高航空运行效率，保障航空运行安全。

2. 数据和方法

本文所用的数据为有：（1）海口美兰机场常规观测数据：包括能见度、跑道视程、天气现象、云量云高等常规要素。（2）海南省气象局24小时降水实况资料。（3）MISCAP数据分析资料：制作和分析的天气实况图和站点数据。（4）海口美兰机场风廓线数据。（5）欧洲数值预报中心EC输出的数值预报产品。（6）海南省气象局处理的多模式预报产品。（7）海南省气象局海口max雷达组合反射率图。

本文使用的方法为统计和总结分析法，所用的时间除特别说明为世界时外，其余均为北京时。

3. 天气概述

   从图1海南岛24小时累计降水图中可看出，2022年10月7-8日，海南岛全岛有分散性降水，其中较强的降水中心位于东部和北部地区，出现局地24小时累计降水量最大超过50毫米，达到暴雨级别的降水[1]。海口美兰机场10月8日10：25-18：34出现持续性降水过程，主要为雷阵雨天气，同时伴有对流云存在，过程降水量达89.8毫米，为大暴雨强度[1]。其中11：28-15：50为持续性雷雨天气，能见度和跑道视程（RVR）最低均为600米，出现在11：28时的强雷雨天气，云底高最低为120米，出现在12：40和13：00，16：55至17：30为又一波雷雨天气，两波雷雨期间为弱降水。

此次过程有以下几个特点：（1）大范围降水：海南岛东部和北部地区出现大范围的降水。（2）对流性降水：此次过程海口美兰机场为阵雨或雷雨伴对流云天气，为对流性降水。（3）持续时间长：此次过程海口美兰机场出现8小时以上的持续性降水。（4）强度强：此次过程海南岛东部和北部地区24小时累计降水量局地超过50毫米，为暴雨级别，海口美兰机场过程降水达89.8毫米，为大暴雨强度。

图1  2022年10月7日20时至10月8日20时海南岛累计降水量分布图

4. 天气形势分析

4.1 大尺度环流分析

从图2的天气形势图中可知，500 hPa我国中高纬地区为低压槽控制，低纬为副热带高压控制，海南岛处于副热带高压西侧的偏南气流影响。700 hPa与500 hPa形势基本一致，我国中高纬地区受低压系统控制，低纬一带受副热带高压环流影响，海南岛处于副热带高压环流西侧的东南气流影响。850 hPa我国为高低压相间影响，新疆地区北部有一高压环流，我国西南和华北地区受低压系统控制，华东至黄海一带区域为高压出海形势，海南岛处于高压出海环流底部较强的偏东气流影响。925 hPa我国主要受出海高压环流控制，海南岛处于高压环流底部偏东急流影响，且处于偏东急流出口区，水汽和辐合抬升条件较好。地面我国青藏高原和华北地区受低压系统控制，新疆一带为冷高压影响，长江以南一带受出海高压的影响，海南岛处于出海高压底部。

综上所述，海南岛中层主要受副热带高压西侧的东南偏南气流影响，动力条件一般，低层受出海高压环流底部偏东急流影响，且位于偏东急流出口区，为降水提供较好的水汽输送和辐合抬升条件，是海南秋季暴雨出现的直接原因[2-3]，也是此次降水过程的大尺度环境背景。

从图3海口站的温度对数压力图中可看出，海口站3公里以下湿度都比较大，湿层较厚，低层（850 hPa至925 hPa）偏东风较为强盛，达到12m/s以上的低空急流强度，有利于水汽输送和辐合抬升。

图2 2022年10月8日08时天气形势图：a:500 hPa;b:700 hPa;c:850 hPa;d:925 hPa;e:地面

图3 2022年10月8日08时国家自动站海口站温度对数压力图

4.2 中小尺度分析

从8日雷达组合反射率图中发现，10：25左右海口美兰机场以及以西区域有分散性对流，由于对流较弱且分散，中层（700 hPa）的引导气流对其引导作用不强，对流主要受低层较强偏东气流的引导，自东向西移动影响机场；11：05左右，由于机场及其以西的对流在向西移动过程中，其前沿和附近区域由于降水引发的下沉气流与其南侧对流引起的下沉运动形成辐合，促发新的对流，使得机场附近的对流与其南侧的带状对流连在一起，形成一东西走向的带状对流。由于带状对流强度和空间尺度相对比较大，中层（700 hPa）东南向的引导气流对其引导作用较大，使得带状对流转向西北偏西方向移动，带状对流在西北偏西方向移动的过程中，其东侧不断有对流西移补充，形成列车效应，使得对流较长时间在机场附近区域维持，从而促使机场出现较长时间的降水。

综上所述，在低空偏东急流出口区的大尺度背景下，局地对流之间的相互作用使得相近孤立对流云团之间不断辐合新生，使得对流连成一条带状，而东边的对流不断西移补充，使得带状对流长时间在机场及附近区域维持，造成机场此次长时间降水过程。

此次过程在实际保障中考虑得比较单一，忽视了对流与对流之间的相互作用，没有考虑到对流连成一整条带状情况，对对流的长时间维持和影响把握不准；同时忽视了对流强度加强以及空间尺度变大后中层引导气流对其的作用。后续在偏东急流影响的大尺度环境背景下，应加强对气流与气流间相互作用的考虑，从整体上把握，同时要考虑到引导气流的作用，使得预报结论更精准，更贴合用户需求，从而提高航空运行效率。

5. 风廓线数据分析

从图8海口美兰机场风廓线图中可看出，此次降水过程前期（06：00至10：00）海口美兰机场风廓线可探测高度为2000米左右；1000至2000米高度左右为较强的偏东风，1000米以下在08：00前为东北风，08：00至10：00逐渐转为偏东风；2000米以下垂直风为波动的小尺度湍流（图8a）。而在降水开始时期（10：25至11：28左右）探测高度升高至3000米左右，持续性雷雨时期（11：28至15：50），探测高度升高至8000-10000米，且为明显的下沉运动，而在两波雷雨期间的弱降水时期（15：50至16：55左右）探测高度降至2000米左右，而新一波雷雨时期（16：55至17：30）探测高度又再次升高，为2000-10000米（图8b）。

由此可见，偏东气流影响下的风廓线特征为：降水前期探测高度较低，低层为波动的小尺度湍流，降水时期探测高度升高，最高可达10000米，为明显的下沉运动。 

图8 2022年10月8日海口美兰机场风廓线垂直风图：a：04:00至12：00；b：09：00至19：00.

（风羽为水平风，阴影为垂直速度，正值表示下沉运动，负值表示上升运动）

6. 总结

本文利用海口美兰机场常规观测数据、海南省气象局24小时降水实况资料、MISCAP数据分析资料、海口美兰机场风廓线数据、欧洲数值预报中心EC输出的数值预报产品、海南省气象局处理的多模式预报产品以及海口max雷达组合反射率资料对2022年10月8日海口美兰机场强降水过程进行总结，分析其特点、成因、风廓线应用、数值预报产品释用和MDRS服务保障，得出以下结论：

（1）此次过程为大范围、长时间、强度强的对流性降水。

（2）低层处于出海高压环流偏东急流出口区，为降水提供较好的水汽输送和辐合抬升条件，为此次强降水过程的大尺度环境背景。

（3）在低空偏东急流出口区的大尺度背景下，局地对流之间的相互作用使得相近孤立对流云团之间不断辐合新生，使得对流连成一条带状，而东边的对流不断西移补充，使得带状对流长时间在机场及附近区域维持，造成机场此次长时间降水过程。

（4）此次过程的风廓线特征为：降水前期探测高度较低，低层为波动的小尺度湍流，降水时期探测高度升高，最高可达10000米，为明显的下沉运动。 

（5）此次过程MDRS重要天气发生概率表对8日区域内天气预报开始时段较为准确，结束时段偏晚，强天气结束时段较为准确，覆盖率预报偏高，而对机场中下午这段较长时间的降水过程把握不准，全天累计降水量预报偏低。

（6）此次过程GRAPES-MESO数值模式的预报效果较好。

参考文献：

[1]中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准-降水量等级;GB/T28592—2012[S].北京:中国标准出版社，2012:1.

[2]李勇, 陆日宇, 何金海. 海南岛秋季降水异常对应的热带大尺度环流和海温[J]. 大气科学, 2006, 30(5):9.

[3]冯文.热带扰动和弱冷空气引发的海南岛秋汛期特大暴雨时空分布特征及形成机制研究[D].南京:南京信息工程大学,2020.

作者简介：吴虹璇（1995-），女，海南省海口人，汉族，硕士研究生，助理工程师，从事民航气象预报相关工作和研究工作。