武汉天河机场一次下击暴流的过程分析

李汉菁 高晓丹

摘要 利用天气形势场分析及湖北武汉多普勒雷达资料，对2013年8月11日武汉天河机场一次下击暴流进行了简要分析。

关键词 下击暴流;反射率因子核;回波顶高;径向速度

中图分类号：P458.1+21 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-062-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.027

2013年8月11日傍晚，武汉天河机场附近出现了一次罕见“狂风暴雨”天气过程，整个过程共持续约1 h。在此期间，强风和雷雨先后襲击天河机场，本场观测到阵风风速一度达34 m/s，是天河机场自1995年开航以来风速之最。文中就该次过程进行了简要分析。

1 天气形势分析

综合8月11日08：00和20：00各层天气图可知，08：00整个湖北仍由副高控制，武汉基本处于副高脊线位置上。700和850 hPa上本区则由南偏西气流控制。11日20：00，700和850 hPa上，316线和152线东退非常明显。500 hPa上588线也明显减弱东退，西部边缘退至113° E～114° E附近，而与武汉天河机场所处同纬度上588线东退到116° E附近;同时，武汉以南气流出现明显气旋性旋转。以上表明，8月11日副热带高压处于明显减弱东退过程中，而武汉天河机场恰好处于副热带高压势力范围于大陆上东退释放出的区域内。

结合当日19：00和20：00前3 h变压资料可看出，武汉及其周边鄂州、江夏、蔡甸、黄陂等地于16：00—19：00的3 h变压幅度均大于2.0 hPa，而这些地区在随后17：00—20：00 3 h变压大多高于2.5 hPa，其中黄陂、孝感、云梦三站变压幅度均超过3.0 hPa，排除日变化影响后该数值仍相对偏大，说明8月11日傍晚前后武汉及周边地区近地层有明显冷高压。值得注意的是，在17：00—20：00 3 h变压图上，南部江夏站变压幅度减至0.1 hPa，北部红安和孝昌气压变化量则大幅上升，说明该冷高压正北移。

2 雷达资料分析

2.1 回波演变过程简析

分析仰角0.5° PPI各时次雷达回波得出：该次影响武汉天河机场下击暴流在09：50左右开始，10：33左右结束，持续近1 h，造成大风、强雷雨等强对流天气。

8月11日09：32，天河机场雷暴正在形成并初具规模。该雷暴由3个较小雷暴组成，该多单体雷暴高度在6.0～8.0 km，最北侧雷暴单体中心强度达67 dBZ，且处在旺盛发展中。此后随着雷暴发展，09：50雷达回波可直观看出靠近北侧2个雷暴单体已合并成1个较大雷暴单体，该单体中心强度61.5 dBZ，强中心高度0.7 km，最南侧雷暴单体逐渐消散。在该雷暴单体东侧，距离雷暴中心10 km左右处，开始出现一条弧形回波，这是由于雷暴单体水平出流产生。

10：02，雷暴单体东侧弧形回波向外围进一步发展，已有清晰轮廓，长度约16 km，高度在1.0～2.0 km，雷暴单体水平出流明显，中心强度61 dBZ，强中心高度下降至3 km左右。结合当时武汉天河机场天气实况：09：50—10：00本场上空3/8～4/8天空被积雨云覆盖，云底高750 m;出现210°大风，平均风速达11 m/s，阵风16 m/s，并出现沙尘天气;跑道视程降至1 000 m并继续下降，此时下击暴流已发生。10：08，该雷暴单体中心强度62 dBZ，强中心高度降至1.7 km左右，雷暴单体水平出流进一步发展，仰角0.5°雷达回波，雷暴单体东侧弧形回波继续外拓，和雷暴中心距离扩大到13 km左右。10：14，雷暴单体中心强度62 dBZ，无明显变化，但此时雷暴单体水平出流强烈，仰角0.5°雷达回波上，雷暴单体东侧弧形回波向外围有大幅发展，雷暴中心距离扩大到19 km左右。根据此时天气实况：10：17左右本场出现雷暴伴强降水;平均风力增至17 m/s，阵风28 m/s，且机场跑道04端出现风切变;本场上空1 200 m被5/8～7/8云量覆盖，可判断此时下击暴流仍持续。

10：21，雷暴单体中心强度60.5 dBZ，强中心高度升至3.7 km左右，雷暴单体水平出流仍持续;10：27，雷暴单体中心强度61 dBZ，强中心高度降至1.5 km左右。说明雷暴单体强中心高度先快速上升，又快速下降，这种短时间垂直方向上气流切变，引起雷暴单体更为强烈水平出流，反映到低层，则引起更强烈地面气流辐散。结合天气实况：10：21本场风力增至平均风速19 m/s，阵风30 m/s，能见度降200 m;10：30本场风速达峰值，阵风风速34 m/s，且风向变得不稳定，说明此时该雷暴单体引发的下击暴流对地面天气影响达最强;10：33，雷暴单体中心强度60.5 dBZ，强中心高度为1.6 km左右，雷暴单体东侧弧形回波崩解，雷暴单体水平出流减弱，该雷暴单体进入消亡阶段，后逐渐消失。

2.2 组合反射率因子（CR）

由图1可看出，09：32，雷暴单体开始酝酿发展，最北侧风暴单体发展最旺盛，最大反射率因子达62 dBZ。经过一个体扫时间，靠近北侧2个单体合并，新生雷暴单体中心面积增大;09：38，出现该次天气过程中雷暴单体最大反射率因子峰值，达67.5 dBZ。随后，该峰值区域在09：44雷达回波图上仍清晰可见，表明此时雷暴发展进入成熟阶段;09：50，雷暴单体中心最大反射率因子峰值区域紫色部分消失，雷暴单体中心强度降至62 dBZ，但仍>60 dBZ，雷暴单体强中心高度已下降。雷暴单体发展成熟时，最大反射率因子保持在60 dBZ以上，该雷暴单体维持较高中心强度。

2.3 反射率因子垂直剖面（RCS）

对反射率因子垂直剖面图和强中心高度变化趋势（图2）分析发现，该次天气过程雷暴单体发展过程中共产生2次下击暴流，分别在09：50和10：08，2次下击暴流都伴随最大反射率因子核心迅速下降。雷暴单体强中心高度迅速下降，促使雷暴单体中气流向下运动，短时间内形成强烈下沉气流;垂直方向上下沉气流快速到达地面后，在地面造成强烈气流辐散，形成强輻散场，产生大风等强对流性天气。因为下击暴流发生伴随垂直方向上强烈对流，所以地面产生大风同时也会伴有降水。利用下降最大反射率因子核心可预警下击暴流。

2.4 径向速度分析

对仰角0.5°各时次PPI径向速度分析，下击暴流发生时，雷暴单体强中心高度迅速下降，带动下沉气流发生，在近地面造成辐散出流，仰角0.5°径向速度上，能观察到低层有明显速度辐散特征，在地面产生强烈阵性大风等天气。此后随着下击暴流影响衰弱，正负径向速度差值逐渐减小，速度辐散区开始崩解，低层辐散慢慢消失，雷暴单体产生的低层辐散区逐渐消亡。

对09：44—10：33各时次中低层径向速度和部分径向速度垂直剖面分析，下击暴流发生前后，雷暴单体低层一直存在速度辐散，而中层对应有速度辐合。单体中层速度辐合有利于雷暴维持在较强强度并不断发展，而单体强中心迅速下降使下沉气流加强，在低层产生较强速度辐散场。不论是低层速度辐散，还是中层速度辐合，都会随下击暴流结束和雷暴单体消亡而逐渐消散。

2.5 回波顶高（ET）

分析回波顶高随时间变化趋势，可知影响本次天气过程的雷暴单体初始回波顶高在11 km左右，在随后雷暴单体逐渐发展至成熟过程中，回波顶高一直处于10 km以上，单体发展旺盛，强度较大。09：56，由强度场分析可知，此时该雷暴单体引发第一次下击暴流，09：50—09：56短短1个体扫时间里，回波顶高下降2 km。结合前面对强中心高度分析可知，此时最大反射率因子核心迅速下降，同时伴随着回波顶高下降，并促使强中心高度下降加剧，在垂直方向上产生强下沉气流，下沉气流到达地面后，在地面造成强辐散气流。

2.6 垂直液态水含量（VIL）

分析垂直液态水含量产品及其随时间变化趋势，雷暴单体初始垂直液态水含量为40 kg/m2，在随后雷暴单体逐渐发展直至成熟过程中，单体垂直液态水含量始终≥40 kg/m2。09：56垂直液态水含量达最大值为55 kg/m2，随后2个体扫时间里，垂直液态水含量不断下降，10：08降至45 kg/m2，09：56至10：08先后发生2次下击暴流，此时武汉天河机场天气实况显示平均风力增至17 m/s，阵风28 m/s。VIL值快速降低时，在地面上观测到强风天气，而下击暴流带来的地面水平辐散出流也会造成大风天气，两者相吻合。

3 结论

（1）该次下击暴流的雷暴单体最大反射率因子强度在65 dBz以上，反射率因子核心明显，从产生到结束持续近1 h，期间有两次明显下击暴流，受影响区出现强雷雨和大风天气。

（2）下击暴流形成时伴随雷暴单体强中心高度迅速下降，随着强中心高度迅速下降，雷暴单体中有气流向下运动，在地面上形成强辐散场，产生强辐散气流。下击暴流发生时，能观察到回波顶高下降，同时伴有中层气流快速向下运动，在地面产生强辐散气流。

（3）下击暴流发展过程中，有很明显低层辐散、中层辐合特征，低层、中层径向速度有明显体现。

（4）本次下击暴流发生期，随着最大反射率因子核心高度下降，相应出现垂直液态水含量降低。下击暴流发生时，下沉气流出现带走大量水汽，使得雷暴单体质量明显降低。

参考文献

[1] 曾瑾瑜，吴启树，严娟. 2011年福建省雨季首场暴雨过程分析[J]. 气象与环境科学，2013（1）：21-27.

[2] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文.天气学原理和方法[M]. 北京：气象出版社，2003.

责任编辑：黄艳飞