微波辐射计在一次稳定性强降水天气监测中的应用

微波辐射计在一次稳定性强降水天气监测中的应用

张荣智 张天旗 蒋维东 黄海玲

民航华东空管局气象中心 上海 200335

摘要：本文利用微波辐射计探测资料，分析了2020年3月9日浦东机场一次稳定性强降水天气过程，结果表明在降水发生之前十二小时以上高空底层的水汽密度就已经开始逐渐增加，整层大气的相对湿度也出现显著的增加。而液态水含量的出现和增加主要发生在降水发生时段，尤其是强降水期间。微波辐射计对稳定性强降水的发生可以在数小时甚至十几个小时之前提供预报参考，对提高此类天气预报准确性具有积极意义。

关键词：稳定性强降水；浦东机场；微波辐射计

引言

不论是对流性降水还是稳定性降水，一旦瞬时降水达到中雨及以上强度，就会对机场航班运行会造成严重影响，尤其是在发生强降水时，对起降航班的操纵性能和水平及垂直能见度都会造成严重影响，从而危及航班的安全和正常。

强降水的预报具有一定的不确定性，现有的数值预报产品经常出现时间和空间上的偏移，造成预报失败。微波辐射计是一款被动式地基微波遥感设备，是利用被动地接收各个高度传来的温度辐射的微波信号来判断温度、湿度变化曲线，能全天候、全天时工作。微波辐射计可以提供设置点上空0-10km高度层的温度、相对湿度、水汽密度、液态水等要素的时空剖面，高时空分辨率的数据可全天候监测天气过程的演变，对提高预报水平尤其是短临预报具有独特优势和较高的应用价值。

2020年3月9日浦东机场一次强降水天气过程，此次降水发生在初春的后半夜，由底层西南倒槽和高空暖湿切变共同导致，无明显对流发展，属于典型的稳定性降水。较长时间的强降水对当日航班造成了一定影响，也增加了预报员工作难度。现利用浦东机场微波辐射计资料对本次过程进行回顾分析，以期获得微波辐射计在稳定性强降水天气过程中的应用经验和技术。

1 天气过程简介

3月9日浦东机场一次强降水天气过程，本次降水过程是从凌晨00时开始出现小雨，到02:12分开始出现中到大雨，04:30转为小雨，直到中午12:30阈值转阴天，蒸锅降水过程持续大12个小时以上，且出现两个多小时的中到大雨，全天降水量达到了27.2mm。在降水期间，浦东机场的云底高长时间维持在60-90米。强降水和其伴随的低云，对航班造成了较大影响。

2 天气形势分析

从地面天气图上（天气图略）可知，3月9日早上08时，北方冷空气主力位于蒙古西北地区，前锋已经到达华北至西北一线，华东大部为入海高压后部低压倒槽顶部控制，未来北方冷空气继续东西南下，影响大陆地区；华东中南部地区将有气旋低压生成，并于长江流域入海，而后形成有利于北方冷空气南下的流场，因此浦东机场为多云转阴有小雨。

850hPa天气图上，北方冷空气主要在中高位地区活动，未来将东移南下影响大陆地区，华东大部为入海高压控制，华东中部有暖式切变线存在，晚上开始逐渐有所东伸。且随着北方冷空气的进一步南下，在华东北部有低压气旋生成并东移入海。700hPa天气图上，北方冷空气主要在中高纬地区活动，上海地区为西南气流控制，水汽供应充足。500hPa天气图上，华东大部为西南气流控制，西风气流中短波槽波动较多。

3 微波辐射计产品应用

浦东机场于2017年12月开始架设由中国兵器工业集团206所下属北方天穹信息技术（西安）有限公司生产的MWP967KV型地基多通道微波辐射计，并于同年12月下旬正式产生稳定的探测数据。图1是3月8日00时到3月9日18时微波辐射计探测的相对湿度和液态水时空剖面图，高度都是选取的0-10km范围。可以看到从8日上午整层大气就开始增湿，而强降水期间整层大气相对湿度达到最大值，80%以上高湿层向上达到7km，液态水含量达同样在强降水期间达到最大值（1.29g/m³）。随着降水的减弱液态水含量迅速下降，且相对湿度同样下降（5km以上高度层尤为明显）。图1中第三个分图是大气积分液态水的时间剖面图，在强降水期间达到7mm以上，最大已达到8mm。最后一个分图是降水的探测，可以看到微波辐射计对降水有无的探测与机场气象台人工观测结果基本一致。

图1 微波辐射计时空剖面图

另外，从温湿剖面图（图2）上也可以看到随着降水的临近、发生和结束，整层大气温度变化较小，没有显著的冷空气活动。其中在强降水发生时段，3km以上高度层大气还出现了约2℃的升温，这应该是强降水发生是中高层大气强烈增湿，水汽向上输送导致的。

图2 微波辐射计温湿剖面图

图3 微波辐射计温度对数压力图

从温度对数压力图（图3）可知，强降水发生时，层结处于稳定状态，无正能量区，且整层大气处于高湿条件。另外，微波辐射计还提供了大气状态参数，强降水发生前，KI指数为25左右，SI指数为+7左右，对流抑制能量（CIN）为-4000J/kg以下。由此可知，整个降水过程中，大气都处于非常稳定的状态，此次降水为典型的稳定性将降水过程。

4 总结

在本次稳定性强降水过程中，微波辐射计产品对整层大气的探测结果与天气过程吻合，能够较好的解释当天强降水发生、发展和结束。微波辐射计的应用为预报员了解强降水发生前和发生时整层大气的变化特征提供了依据。同时，实时探测结果也为预报员进行降水性质判断和短临天气预报提供了重要参考。

参考文献

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