微波辐射计在浦东机场2018年初雷天气监测中的应用

张荣智 刘季秋 刘冬 徐元魁

摘 要：通过选取上海浦东国际机场2018年3月4日初雷天气过程的常规气象资料及微波辐射计探测数据，从环流场特征、水汽条件、层结稳定度等方面对雷暴的发生过程进行了分析探讨。旨在对微波辐射数据在强对流天气监测及预报方面适用性及预报技术进行探讨，为强对流天气的短时临近预报提供可靠的技术支持。

关键词：浦东机场 初雷 微波辐射计 短临预报

引言

雷雨容易对航空飞行造成严重影响和危害，而初雷是雷雨季节来临的标志。仔细分析初雷形成的过程对于做好雷雨季节气象预报显得尤为重要。由于初雷多发生在季节过渡、大气环流调整期，在雷暴发生的前期，天气形势多不明显，各类对流指数表征不强，出现干雷和弱雷暴概率较大，因此容易造成漏报和空报。

MWP967KV型地基微波辐射计是我国自主研发，拥有完整自主知识产权的新型大气微波遥感探测设备，从2017年下半年开始架设在浦东机场气象观测场内。其可以连续得到从地面到10 km 高度上高时空分辨率的温度、位温、相对湿度、液态水含量以及水汽密度等大全要素的垂直廓线。

本文通过对2018年3月4日浦东机场初雷天气及雷雨发生前后微波辐射计探测数据中各大气要素的变化特征进行分析，得到了本次初雷的大气环流特征，并初步总结了微波辐射计在雷雨监测及短临预报中的应用方法和技术。

1天气过程介绍

本次初雷过程中，浦东机场是在3月4日夜间21:00闻雷，从21:30-23:30，本场出现雷雨天气。如图1所示，浦东机场出现雷雨时，江苏南部、上海地区以及宁波东北部被大范围的对流性降水云团覆盖，其中在南翔至舟山一线有一条回波强度在45dBz左右的弓状回波， 其后伴随有较为宽广的对流云系降水回波。本次初雷过程即是这一团强对流云系导致的。

图1 2018年3月4日21:30北京时华东地区雷达拼图

。

2 天气形势分析

2.1地面形势分析

3月3日以来，华东中北部一直处于西南地区东伸出来的地面倒槽控制，且在3日夜间，浦东机场出现了严重的低云低能见度天气。因此上海地区在浅层积累了充沛的水汽，这也为4日雷雨的发生和持续提供了优越的条件。到4日，东北到华北一线的冷锋逐渐南压到华东中北部地区，4日下午15时，冷锋前沿到达盐城-合肥一线，锋面附近伴随有对流天气发展，同时，在江西境内有倒槽内的暖区强对流天气发生发展，并随高空的西南气流向东北风向移动。

2.2高空形势分析

在发生雷雨天气之前三天里，华东中部一直维持切变附近的西南气流控制，且850hPa的西南急流最大风速可达18m/s（如图2所示）。3日夜间，850切变甚至东伸北抬至山东北部地区，西南急流也将暖湿空气源源不断的向华东中北部地区输送。到4日白天，随着冷空气大举南下，冷暖气流在华东北部地区交锋，并激发出强烈的对流天气。对流云带随冷空气的不断南压而向上海地区靠近。

图 2 03日12UTC上海地区温压

3微波辐射计产品应用

在雷雨发生前后，浦东机场的微波辐射计始终处于工作状态，其实时的监测数据为此次初雷的准确预报提供了重要的依据和参考。如图3所示，在雷雨发生之前的3月3日夜间开始，浦东机场上空的水汽含量就出现逐渐上升的趋势，最高值出现在3月4日夜间22时左右。而从相对湿度来看，3月4日凌晨地面及高空都出现了较高的相对湿度，而到4日白天，整层大气相对湿度有一个显著的降低，对应于此，浦东机场的地面温度急剧升高到了24.1℃，较前一日最高温度高出了10℃。在3月初就出现如此高温，地面势必积聚了大量的不稳定能量。

图3 浦东机场3月3日-5日微波辐射计时空剖面

图4 浦东机场3月3日-5日微波辐射计大气状态

当雷雨临近发生时，微波辐射计监测显示在2km以上高度大气都已经达到接近饱和的状态，整层大气的相对湿度和绝对湿度都达到了较大值，同时随着日落，地表温度也出现了急剧下降，近地层的相对湿度也快速达到接近饱和的状态。微波辐射计除了有实时的温湿廓线产品（时空剖面）外，还向用户提供站点上空大气状态的情况，主要包括各特征等温层高度、大气稳定度参数、对流指数等。图4即为3月3日-5日微波辐射计大气状态参数中所展示的850hPa等高面的温度、K指数和SI指数的时序图。由图4可知，浦东机场在雷雨临近发生前850hPa等高面的温度已经持续连续上升超过36小时，且温度上升幅度已经几乎超过了日变化对温度的影响。同时，在临近雷雨发生时，K指数快速升高，极值达到了40以上，SI指数则快速下降，达到-4℃以下。根据《天气学原理与方法》所述，当SI指数在-6℃＜SI＜-3℃时，有发生强雷暴的可能性；K指数达到35℃以上时，会出现成片雷雨。显示出浦东机场上空暖湿气流的输送使本场上空有极强的不稳定能量存在。

在雷雨出现时，浦东机场近地层温度先是出现了短时的上升，这是因为此时浦东机场仍然处于倒槽内的暖湿空气控制之下，降水的出现使得大量潜热释放，对整层大气有加热作用。随着降水的持续，冷空气也逐渐占据了浦东机场上空，浦东机场开始出现快速的降温。雷雨出现期间，K指数和SI指数也出现了较大波动，这可能是由于不稳定能量的不断释放和新的不稳定能量的产生和输送导致的。

雷雨结束后，虽然大气的水汽含量还是很高，但温度已经显著降低，不稳定能量也得到充分的释放。浦东机场转为间断性的小阵雨天气。此时K指数出现了稳定减小，SI指数也稳定的上升到0℃以上。根据《天气学原理与方法》所述，当SI指数在0℃＜SI＜+3℃时，有发生阵雨的可能性；K指数达到35℃＞K＞30℃时，对应可能出现分散雷雨。同时，随着降水的发生和冷空气的南下，浦东机场850hPa等高面的温度也出现了持续下降，由降水前的19℃左右（4日21时之前）下降到13℃左右（雷雨后，即5日00时左右）。以上多个大气状态参数的变化显示浦东机场上空不稳定能量已经得到释放，大气逐渐变得更加稳定。

4 小结

通过对此次初雷天气的天气系统分析和微波辐射计监控结果分析，本文得出若干结论如下：

（1）本次雷雨发生前，华东中北部中低层受西南急流控制，水汽输送条件优越，为雷雨的出现提供了暖而湿的大气条件。雷雨刚出现时属于暖区的热对流，随着冷锋过境，转为锋面的雷雨过程。

（2）微波辐射计对雷雨的监测具有显著的辅助作用。其实时的高分辨率温湿廓线及各类大气状态参数的产品，为雷暴和降水的出现和结束都提供了较为积极有效的参考依据。对预报员做出及时准确的预报结论提供了重要支撑。

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