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新疆地区一次强对流天气过程分析及对航空安全的影响

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：巩玉洁

[导读] 利用常规观测资料, 自动站资料和多普勒天气雷达观测资料, 对2017年5月25日出现在新疆的一次强对流天气过程的环流背景、探空资料以及雷达资料进行了分析，并探讨了其对航空安全的影响。

新疆机场集团公司空管业务部巩玉洁 830016

摘要：利用常规观测资料, 自动站资料和多普勒天气雷达观测资料, 对2017年5月25日出现在新疆的一次强对流天气过程的环流背景、探空资料以及雷达资料进行了分析，并探讨了其对航空安全的影响。
关键词：强对流天气   成因   航空安全新疆地区
        1、天气实况
        受北方多股弱冷空气影响, 2017年5月25日—26日新疆多个地区出现了强对流天气，并伴随有短时强降雨天气。对当地农牧业、交通运输、人们日常生产生活均造成了不同程度的影响。在此次强对流天气过程来临前，地方气象局提前72小时通过协同通信、QQ邮箱、微信公众号及县级OA办公系统报送了强对流天气的重要气象情报。在天气过程进入后，及时发布相应级别的预警信息，24小时专人值守。通过协同通讯软件及电话报送的方式，为排查险情提供了有力的保障。民航各机场气象部门加强值班力量，组织集体观测，开展天气会商，高效应对了此次天气过程，对航班的正常运行提供了气象保障。
        2、强对流天气成因
        2.1环流背景
        2017年5月25日500hPa处的欧亚范围内以经向环流为主，同时有南北两支锋区出现，有深厚的低值系统出现在乌拉尔山附近，此时的冷中心达到了-36℃。有一低槽出现在咸海附近，西北气流几乎控制整个巴尔喀什湖到新疆一带，西北气流上多波动，温度为-12℃，冷暖温差达到了24℃。700hPa中低空处的风速辐合较为明显，新疆境内存在风切变。850hPa低空处的冷暖温差为31℃，等高线与等压线间的夹角接近90°。在强对流天气还没有出现之前，新疆境内气温增加幅度较大，高空温差越大，地面气压差越大，也会使风速增加。作为空气流动的原动力，气压梯度是大风天气形成的根本动力。25日白天背景境内的热低压持续发展，到了14时，3h的变压以减压升温为主；26日02时，冷锋进入到北疆境内，3h的正变压达到了18hPa，这也是引发25日新疆大风天气的主要原因。
        2.2探空资料
        强对流天气形成的三个基本条件分别是丰富的水汽条件、触发潜在不稳定能量和不稳定层结。25日20时，新疆大部分地区上空的大气条件极不稳定，在700hPa中低空以下有一致的西北风，5000hPa则转为西风，400hPa则表现为西南风，也就是随着高度的增加风向出现了逆转，说明存在有明显的冷平流，对于稳定度的减小极为有利。结合T-Td图，中低层水汽条件较少，主要以大风天气为主，部分地区有小到中量阵雨天气。综合以上分析不难看出，在强对流天气未出现前，高空有不稳定能量积聚，为地面场提供了动力条件，促进了强对流天气的发生发展。
        3、雷达资料分析
        3.1冰雹回波分析
        2017年5月25日21时有对流云团在新疆西北方向生成，同时还有明显的东移趋势，21:49乌苏市有超过50dBz的强回波出现，到了22:41在新疆西南方则出现对流单体，其高度在9km以上，回波强度则在55dBz以上。22:18对流单体不断发展加强，到了22:41强度高达50dBz，强回波面积也有很大程度的增加，22:47回波顶高达到了10km，中心力量为60dBz。结合垂直剖面图，回波单体呈现出了穹顶和悬垂结构，弱的回波区转化为有界的弱回波区，由此说明在云中有很强的上升气流，有界的弱回波区逐渐呈现出弱回波区，随着时间的推移逐渐消失不见。随着风暴的发展和运动，回声顶高增加明显。弱回波区和有界弱回波区的出现说明短期内冰雹云的物理变化特征较为明显。

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结合速度图，21:47在1.5°高度上强风暴表现为纯辐合区，22:53为逆风区，正速度区被负速度区包围，说明有强烈的涡旋上升运动出现在云体内，在9.5km高度处则主要为纯辐散，也就是说明高层有抽吸辐散作用。由此不难发现低层出现有入流气流，高层存在出流气流，对于冰雹生长发展较为有利，23:10单体强度逐渐减弱直到消失不见，也就是影响新疆局部地区的冰雹天气基本结束。
        3.2垂直液态含水量
        通常情况下，基座反射率强度在一定程度上决定垂直液态含水量，而液滴大小则影响垂直液态水的大小。垂直液态含水量与高分辨率的冰雹和风暴有较好的对应关系，通过识别较强的回波，进而对冰雹出现的可能性进行判断。一旦同其他产品发生重叠现象，这些重叠的部位极有可能出现冰雹天气，对于强对流天气的预报、预测有一定的参考作用。结合新疆境内此次的强对流天气过程，由于西南方向出现对流单体，在探测有效范围内，液态含水量达到了15kg/m3，随着时间的推移，到了22:53液态含水量为20kg/m3，说明该区域内的回波发展到了降雹天气的最大值，极易出现冰雹天气。根据该特性可以帮助工作人员对强度较大的回波进行识别，提升冰雹判断的准确性水平。
        4、强对流天气对航空安全的影响
        实际上，强对流天气主要是伴随有雷暴现象的对流性大风、冰雹和短时强降水天气。强对流天气属于中小尺度天气系统，其空间尺度小，水平范围在数十米到数百公里之间，生命史短暂，突发性强，持续时间短，对航空飞行安全的影响较大。这里重点分析强降水、冰雹和雷暴对航空安全的影响。
        4.1强降水及冰雹对航空安全的影响
        降水天气下会导致飞机座舱玻璃上出现水流或雪花，降低了飞行观测能见度，随着风行速度的增大，这种低能见度现象产生的危害会更加严重。若是在过冷雨滴区内飞行，极易造成飞机表面的部件结冰，进一步增加了飞行员操作难度。一旦有降水物附着在跑道上，会使机轮和跑道间的摩擦力减少，进而影响飞机的起飞和着陆时的滑跑距离，跑道淋湿后颜色变暗，飞行员目测时会使估计高度与实际高度间出现偏差。若是降水天气伴随着冰雹，由于飞机的相对速度偏大，极易损坏飞机表面，使得飞机空气动力性能下降，速速度增加，对于体积过大的冰雹则会对座舱玻璃、雷达天线罩、机翼和水平安定面、进气道口等部件造成损害，飞行速度越大，冰雹对航空安全的危害就越大。
        4.2雷暴对航空安全的影响
        实际上，在士3℃等温线所在高度间及砧状云和浓积云顶间的区域是雷暴频发区域。因飞机属于金属导体，一旦遭受雷击，将损坏飞机上的部分电子设备。闪电和强烈的雷暴电场则会干扰中、短波无线电通信，甚至是将通信联络中断，超短波通信受其的影响相对较少；飞机个别部位会被闪电和电场磁化，进而导致磁盘罗盘出现误差；甚至是导致无线电罗盘的指示针左右摆动或者缓慢旋转，在强烈的干扰下则会使指针偏转严重或者在某方位上停留较长时间。若是飞机出现在雷暴区域内，由于感应带中的有强大电量，机翼尖部位将有跳火花现象，不利于无线电的正常通信。若是雷暴天气出现在机场上空，受到降水、大风等天气的影响，对于航空安全的危害较大。
        5、对策建议
        为了确保强对流天气下的航空飞行安全，应将强对流天气下的应对措施做好：①在航班飞行前，应向气象部门详细了解飞行区域内的天气状况，重点关注强对流天气频发区域，对强对流天气类型、强度、影响范围、持续时间等有个大致了解，同时还要确保备降机场及飞行中的注意事项了然于心。②在情况允许的条件下，如通过推迟航班起飞时间、改变线路、返航、迫降等方式尽量绕开强对流天气影响区域；③尤其是针对雷暴区域，机长可以通过目视的方法使飞机飞行在雷暴云外圈，尽量在云外或云上飞行，降低雷暴对航空飞行的影响。
参考文献：
[1]齐桂英.T639在新疆阿勒泰地区一次强对流天气中的释用[J].气候变化研究快报,2013.
[2]林立,李晓婧,唐钱奎.2010年 6月 18日四川地区强对流天气过程分析[J].高原山地气象研究.
[3]张家宝等新疆短期天气预报指导手册
作者简介：巩玉洁（1986.08）女，汉族，甘肃省敦煌人，本科学历，工程师，从事研究方向或职业：气象预报。