引言

2008年8月4日08时，热带低压北冕在南海东北部形成，随后缓慢向西北偏西方向移动，强度逐渐加强。4日傍晚到夜间，处于热带气旋外围的广东沿海自东向西出现雷雨和雷暴大风天气，其中佛山、花都、新会和台山降水量超过50mm，南海录得大风为23m·s^-1，江门杜阮镇环镇公路上约1km内的电线杆被吹倒。此次天气过程造成广州白云机场雷雨天气长达4小时，最大阵风为18m·s^-1。广州白云机场因此短暂关闭，导致20多个航班备降周边机场，1500多名旅客在机场短暂滞留。本文尝试分析此次天气过程产生的水汽、动力和热力学条件以及对广州白云机场的影响，为日后更好地做好航空气象保障工作提供参考。

1 使用资料

使用常规探测资料、FNL全球再分析资料、FY-2C红外云图和多普勒雷达产品进行分析。其中，地面气压、温度、位温和降水量等, 使用常规地面探测资料。考虑到海上的探空资料较少，因而采用NCEP提供的每天4次的1°×1°FNL全球再分析资料进行高空形势以及相对湿度、散度、垂直速度和对流有效位能等物理量的分析。雷达资料使用的是广州白云机场民航气象中心多普勒天气雷达METEOR-1500C和广东省气象局的新一代雷达产品。

2 热带气旋外围飑线

此次天气过程中，副热带高压脊线在30°N附近，位置偏东，主体在东海海面，南海北部有热带辐合带活动，热带辐合带上热带云团活跃。0809号热带气旋北冕于8月5日08时加强为热带风暴，8月4日08时热带辐合带上该热带气旋初期的热带低压以15km·h^-1的速度向西北偏西方向移动。到了傍晚19时，热带低压移动方向的右前部即广东东部地区形成一条东北—西南向的α中尺度的带状MCS(中尺度对流系统)，该对流系统自东向西移动，影响广东沿海地区。

2.1 水汽和不稳定能量条件

对流的产生首先需要丰富的水汽和不稳定层结。层结中的不稳定能量是一种潜在的能量，只有在外力的冲击下，触发气流强烈地上升，才能爆发对流。

图 1显示，处于热带低压时期的北冕北部外围环流影响到华南沿海地区，偏东气流起着水汽输送的作用。从4日08时到20时，随着气旋中心的进一步北移，850hPa层次上华南沿海的流线密度加大。汕头及其东部的风速由6m·s^-1增加到12m·s^-1，形成了低空偏东风急流^[1]，加速了水汽的输送。华南中部和东部沿海的水汽更加充沛，相对湿度值由70%上升到了80%~90%。

图 2显示，对流爆发所需要的不稳定能量从4日上午到下午是一个不断积累的过程。4日1 4时华南东部和中部沿海的对流有效位能CAPE从08时的1000~1500J·kg^-1增加到2000~2500J·kg^-1。有研究^[3-4]指出，台湾或巴士海峡附近有热带气旋活动，副热带高压控制江南和华南时，广州最容易出现酷热天气。高温的产生是副热带高压和台风外围共同影响的结果，高温使低层大气内能得到不断积蓄。从4日08—14时，华南沿海地区地面温度升高了6℃，到14时成为32~34℃的高温区，同时4日08时500hPa垂直速度是0~0.2×10^-1Pa·s^-1弱气流下沉区，说明高温区的产生是日升温和副热带高压反气旋环流控制下的下沉运动的共同结果。

2.2 弱冷空气造成的辐合线

一般来讲，在某一地区的大尺度环境具有充足的不稳定能量条件时，对流系统在何时、何地发生取决于是否具备触发条件^[4]。Wilson^[5]认为发展成对流风暴的初始对流大多发生在边界层辐合线或辐合带上，并成为对流天气短时预报的主要依据。

由图 3a可见，桂林到南宁之间位温相对密集，地面风为偏北风。说明地面有弱冷空气活动。降水与弱冷空气南下造成的辐合线有关。20时925hPa上华南中东部沿海有一条明显的辐合线(图3b)。热带气旋外围北部的偏东风与其西部的西北风汇合，产生了散度值为(-30~-10)×10^-6s^-1的辐合区，此辐合区与降水和雷暴出现的位置一致。同时，天气区内的气流下沉区也转变为垂直速度为-0.04~-0.02Pa·s^-1的上升区。在这高温高湿的环境中，飑线及其强雷暴和强降水在由弱冷空气造成的边界层辐合线的作用下得以爆发。

3 飑线对广州白云机场的影响 3.1 飑线的影响

图 4(见彩页)可见大范围的带状分布的对流风暴。8月4日20时03分，珠江三角洲及附近出现东北西南分布的对流回波带，有3个主要的回波群，西南端在台山、江门一带，强度40~55dBz；中间部分对流单体较分散，强度也较弱一些，分布在东莞和广州番禺附近；东北端回波最强，呈弓形，回波中心强度达到58dBz，位于河源西南部。这些回波群向西推进，移速约为30km·h^-1。在西移过程中，东北端的风暴稍有减弱；中间回波群逐渐增强并合并在一起，强度有所增强，强度在50~55dBz；西南段回波也不断增强。20时32分，3个回波群逐渐合并成一线，这时断续型的飑线^[6]已经形成。

飑线后部有两个明显的后侧入流急流槽口(图 4b箭头所示)，分别在东莞和南海附近。回波合并后继续向西推进，于21时到达台山、广州白云机场、广州增城一线。飑线逐渐成弓形，弓形回波的顶端在佛山的三水附近。这时，北面的入流槽口逐渐消失，南面的入流槽口则逐渐南移，出现在弓形回波顶端的后部。飑线继续向西移，在入流槽口顶端附近的回波则继续增强。21时32分，入流槽口南移至台山的西北部，这时弓形回波顶端的强度达到60dBz。之后飑线继续西移，强度逐渐减弱。颜文胜等^[7]认为弓形回波后弱反射率因子通道的出现，标志着飑线发展到最强盛阶段，伍志芳等^[8]也认为最强反射率因子和最大风速一般位于弓形回波的顶部，而回波顶点的后侧，则有明显的入流急流进入云体内，说明飑线正是在其最强盛的时期影响白云机场。

3.2 飑线和阵风锋

图 5(见彩页)显示飑线影响广州白云机场的情况。对比C波段的机场多普勒雷达回波强度与S波段的广东省气象局回波强度发现，在广东省气象局雷达回波强度上，飑线的前沿出现一条强度10~15dBz的弱线状回波，在白云机场雷达上也是出现了一些断续的弱回波。在白云机场雷达速度回波上，线状回波对应的位置表现为一条偏东与偏西风的弱辐合线。图 5d是20时50分高度500m水平面上的白云机场雷达水平风场反演图。图中可分析出两条辐合线。飑线后部是8~18m·s^-1的东南大风，飑线前部是弱西北风，形成一条长约80km的辐合带，而在飑线的前部存在另一条西北风和东南风的辐合带，此辐合带比飑线上的辐合要弱，范围也要小，长度约40km。此弱辐合带与雷达回波上出现的弱线状回波的位置一致，是由飑线的下沉气流向外流出后与低层气流交汇后抬升形成的，也就是阵风锋的位置^[9-10]。由于阵风锋强度弱，出现高度低，有时雷达不能探测到。此次白云机场雷达强度回波探测不明显，而广东省气象局雷达则能够清楚探测到，因而应使用多部雷达的强度并配合速度回波进行综合分析和判断。从图 5c(见彩页)上还可以看到在距雷达中心50km的范围内的右上角和左下角分别有一个距离圈和沿径线对称的两个速度值相反的大值中心，这说明有辐散性的气流和气旋性中心。图 5d(见彩页)中的反演风场中则相应分别得到一个20km左右的辐散气流和中尺度气旋，同时还显示出飑线后部的入流急流槽口(图 4b箭头所示)确实存在14~18m·s ^-1的偏东入流大风。

为了进一步说明飑线和阵风锋对白云机场的影响，分析白云机场跑道上自动化观测系统探测到的2分钟一次的地面风、气温和气压等气象要素的变化情况(图 6a)。可以看到，白云机场先后经历了一次阵风锋和飑线的影响。阵风锋的影响情况是，20时37分前是风向不定或弱偏北风1m·s^-1，20时35分后转为130°的东南风14m·s^-1；相对应的气压值由1000.3hPa升为1001.5hPa，增加了1.2hPa；温度和相对湿度保持不变。说明阵风锋过境对飞行的影响，主要是发生风向突变和风速加大，并且风向上的辐合造成了气压的上升。而飑线过境的影响要比阵风锋剧烈得多。21时以后，机场地面风速增大到10m·s^-1以上，最大达到18m·s^-1；21:00—21:30，温度骤降10℃；气压上升3.5hPa；并出现强雷暴和强降水，强降水带来的水汽造成相对湿度急升和地面能见度的急降，地面能见度最低降到550m。恶劣天气的出现对机场的飞行产生了极大的影响，造成了大量飞行航班的返航或备降。

图 6b是白云机场雷达的VVP产品(风廓线产品)，显示出1~2km高度之间每隔10分钟的低空风的变化情况。从图中同样可以看到阵风锋和飑线过白云机场的情况。12:40—12：50前后，低空的弱东北风转为东南风，前后具有明显的风向的辐合；13：0 0前后，飑线后部的8~1 4m·s^-1偏东大风迅速控制机场，伴随飑线的西移是前后风速上的辐合。风向上的辐合和风速上的辐合产生的抬升作用分别对应了阵风锋和飑线的对流天气。

3.3 低空风切变分析

航空气象保障工作中需要特别关注严重影响飞机起飞和着陆安全的低空风切变^[11-12]，低空风切变是与雷暴、下击暴流、龙卷、阵风锋和低层逆温等中尺度天气系统紧密联系的。为了进一步分析低空风切变，制作了过机场雷达站沿东西方向的强度和多普勒速度垂直剖面图(图 7a，见彩页)。从强度图上可以看到, 飑线主体是宽度30~40km的强回波带，在飑线前后几千米处，各存在一条宽度只有几千米，强度为10~25dBz的弱回带。从速度场的分布来看，西侧的高层存在上升和下沉共存的小尺度的气流，低层则是比高层大的下沉气流，在近地面层达到最大值15~20m·s^-1，此下沉气流是向西辐散的；在东侧，则是较弱的向东面辐散的下沉气流。Fujita^[13]把在地面上或地面附近形成的风速达到17.9m·s^-1或以上的灾害性风的向外爆发的强下沉气流称为下击暴流。在此次过程中，飑线主体的下沉气流在近地面层形成辐散性外流为15~20m·s^-1，达到了下击暴流的强度。飑线的辐散气流向两侧流出后，与外围的低层气流交汇，这种辐合抬升的作用产生了弱线状回波，即为阵风锋。

根据分析结果给出下击暴流和阵风锋气流的示意图(图 7b，见彩页)。飞机在具有下击暴流和阵风锋的气流中飞行时，会在不同的部位获得不同的空速。在飞越下击暴流时，先是逆风飞行空速大，得到较大的升力；而在突然转为顺风时，空速迅速减小，升力立即减少，造成飞机飞行高度骤降。如果要恢复升力，只能加大飞行仰角。如果仰角极大时，仍不能取得足够大的升力，则会失速。在起飞和降落时，飞行高度极低，一旦失速，飞机就会触地失事。在飞越阵风锋时，是由顺风转为逆风，加大的升力改变了原先正常降落的高度，无法继续下降，只能复飞。

白云机场多普勒雷达提供了速度径向风切变产品。此产品是通过计算同一径线上径向速度的切变值，得到辐合辐散的强度和出现的位置。图 7b(见彩页)显示，0.5km高度上飑线对应的是4.0m·s^-1·^-1以上的辐散型风切变，在接近飑线的偏西侧是-0.5m·s ^-1·km^-1的辐合型风切变。根据此产品判断，飞机飞行更应关注飑线低层的辐散型风切变，此产品为值班预报员准确和及时发布机场风切变警报提供了依据^[14]。

4 结语

(1) 此次飑线形成于热带气旋的外围。随着热带气旋的靠近，其北侧的偏东风低空急流输送了对流产生需要的水汽，日升温和副热带高压反气旋环流控制下的下沉运动产生的高温区积累了不稳定能量。在这高温高湿的环境之下，飑线天气在由弱冷空气造成的边界层辐合线的作用下得以爆发。

(2) 分析雷达回波图发现，飑线具有一个逐渐加强的过程。弓形回波后弱反射率因子通道的出现，标志着飑线发展到最强盛阶段，而此时飑线开始影响白云机场。

(3) 阵风锋和下击暴流伴随着飑线影响白云机场，产生了强雷暴、近地面层风速迅速加大和风向突然改变以及强降水造成的地面能见度骤降等严重影响飞行安全的天气。

(4) 通过制作雷达回波剖面图和使用风切变产品，进一步分析阵风锋和下击暴流产生的影响飞行安全的低空风切变，为值班预报员发布机场风切变警报提供依据。飞机飞行时应特别关注飑线低层的下击暴流产生的辐散型风切变。