1. 引言
雷雨是在空气极端不稳定时产生的极端天气现象，是对航空运行造成重大影响的灾害天气。雷雨天气一般会造成机场能见度和云高降低，同时伴有雷电、大风、强降水、风切变、强颠簸等伴随天气，这些天气会对机场运行、航空器正常起降、驻场航空器安全危害极大 [1] [2]。雷暴天气的预报和服务一直以来是机场气象台预报室日常预报工作中的重点。
武汉天河机场位于湖北省武汉市黄陂区，处于典型的亚热带季风气候区，具有冬冷夏热、冬干夏湿、雨热同季的气候特点。每年初春，天河机场处于冬夏季风交换期间，冷热气团在此交汇，极易激发对流天气，此时影响机场运行的重要天气也从冬天的低能见度低云天气逐渐转换为夏季的强对流天气。武汉天河机场初雷发生时，往往对航空运行同时造成低云低能见度和强对流的负面影响。通过对2003~2021年间共19年天河机场初雷发生时间进行统计后发现，天河机场初雷一般发生在2~4月，且雷雨发生时间一般是在夜间，持续时间多数在3小时以下，只有2次持续时间在4小时以上。初雷的发生一般预示着机场气候发生了冬夏转换，后续预报服务重点也逐渐向夏季对流天气服务转变。
本文对2022年第一次雷雨过程的预报和服务过程进行分析，希望对今后机场雷雨天气保障提供一些参考。
2. 天气概况
2022年3月16日~17日期间，武汉天河机场出现雷雨天气，是2022年第一次出现雷暴。雷暴共有三段，持续时间分别为16日14:44~18:05，16日20:27~17日00:45，17日02:40~03:27。雷暴过程中，16日15:10~16:06，17:39~17:51，20:52~22:52伴随有中到大的降水，降水期间能见度最低将至2000米。此次雷雨过程与前期统计相比，发生时间在午后且持续时间长，虽然预报室提前服务，但该天气过程对机场航班运行还是造成了一定的影响。当天武汉天河机场本场起降航班约150架次，航班放行正常率仅为68.8%。
3. 大尺度环流形势场分析
图1是3月16日08时、20时，17日08时的高空天气图，分析可知：500 hPa上天河机场位于南支槽前西南气流中，16日08:00槽线位于四川地区，之后槽线快速移动，20:00已移至湖北省西部地区，且槽前西南气流在槽线东移的过程中不断加强。700 hPa和850 hPa上有明显的低涡东移的特征，其移动方向为东北偏东方向。中低层低涡的暖式切变线约在下午14:00左右经过天河机场上空，其后整个雷雨过程中，天河机场均处于低涡东南部冷暖切变线之间，西南气流逐渐加强。17日08:00后500 hPa槽线、中低层700 hPa和850 hPa低涡的冷式切变线均移到天河机场以东，天河机场高空各层均受偏北气流控制，此次雷雨过程结束。中文放后面的形式进行编号。图片的上方和图片标题的下方各设置1空行，单倍行距。图标题有底纹。
Figure 1. Weather map of 500 hPa, 700 hPa and 850 hPa at 08:00, 20:00 on March 16, 2022 and 08:00 on March 17
图1. 2022年3月16日08时、20时，17日08时500 hPa、700 hPa和850 hPa的高空天气图
图2是3月16日08时、20时，17日08时的海平面气压场，分析可知：16日08:00雷雨过程前，天河机场处于冷锋前的暖气团中，随着冷空气逐渐南下，冷锋过境，17日08时，天河机场受冷锋后冷空气控制。
此次雷雨过程，中低层有强烈发展的西南气流，700 hPa急流风速达到22 m/s，850 hPa急流风速达到16 m/s，天河机场位于急流出口左侧，强烈的暖湿气流对建立起热力不稳定起到了主要作用。另外，西南气流也为机场带来了充沛的水汽输送。动力条件则主要表现为高空槽东移、中低层切变线向东北偏东方向移动、急流出口处强烈的辐合、地面南下的冷空气的动力抬升等。此次雷暴过程中，第一段16日14:44~18:05的雷暴过程主要表现为中低层低涡暖式切变线过境造成的不稳定能量释放，第二段和第三段雷暴过程则是受暖切后冷切前的强烈西南气流的辐合以及后续冷式切变线的扰动影响。图3是自动站天河机场站小时降水量，16时和22~23时的小时降水量均大于10 mm，是整个降水过程中降水量最大的时刻，和暖式切变线和冷式切变线通过天河机场上空的时间对应较好，23时后降水量减小至弱降水量级，说明中低层切变线是造成本次雷雨过程中大降水的主要影响因素。
Figure 2. Sea level pressure field at 08:00, 20:00 on March 16, 2022 and 08:00 on March 17
图2. 2022年3月16日08时、20时，17日08时海平面气压场
Figure 3. Hourly precipitation of Tianhe Airport Station on March 16, 2022 (unit: mm)
图3. 2022年3月16日自动站天河机场站小时降水量(单位：mm)
4. 探空资料分析
本文选取了武汉探空站16日20:00的探空资料进行分析，如图4。武汉探空站距离武汉天河机场大约20公里左右，其探空资料能较好地代表天河机场的各层层结情况。从图4可以看出，武汉地区上空整层均是湿层，空气湿度大，降水强度强。自由对流高度(LFC)位于600 hPa左右，其以下均呈现较大的对流抑制能(CIN)，为232.2；且上层的CAPE值较小，仅有29.1；K值较大，为38.5℃；SI值为−1.64，小于0。说明此次过程中大气处于不稳定状态中，但激发作用并不是热力激发雷暴，而是动力抬升造成大范围的对流天气。武汉站上空的风随高度增加强烈顺转，说明天河机场上空有强烈的暖平流，也是此次对流天气不稳定能量的主要来源。
5. 雷达产品分析
5.1. 华中雷达拼图产品分析
16日12:00左右，武汉终端区西南处开始有对流发展；14:00左右，武汉天河机场西南方向25公里处已出现对流云团，以35 km/h的速度向本场方向迅速移动；14:44，本场观测员闻雷，随后14:52本场开始降雨；15:10~16:06期间，中低层暖式切变线经过本场，降雨量增大至中到大的降水，小时降水量最大达到22 mm。图5左是16:30时华中雷达拼图，武汉东北方向的回波是暖式切变线和西南气流辐合激发的对流系统，在14~16时期间自西南向东北方向经过本场，最大回波强度达到55 dBz以上。20:52~22:52期间，武汉以西有弓形回波向东迅速移动，速度40 km/h，本场出现雷暴大风天气，降水等级增大至中到大的降水，最大平均风速达到10 m/s以上，阵风15 m/s。图5右是22:00时华中雷达拼图，弓形回波到达武汉天河机场上空，最大回波强度达到55 dBz以上。随后弓形回波东移，其后回波强度将至35 dBz以下，降水量级为弱降水。
Figure 4. Air sounding map of Wuhan station at 20:00 on March 16, 2022
图4. 2022年3月16日20时武汉探空站探空图
Figure 5. Central China radar puzzle at 16:30 (left) and 22:00 (right) on March 16, 2022
图5. 2022年3月16日16:30(左)、22:00(右)华中雷达拼图
5.2. 武汉天河机场风廓线雷达产品分析
图6是此次雷雨过程时段中风廓线雷达探测的4000米以下各层水平风向风速的产品。刘淑媛 [3] 的研究表明，降水强度和低空急流之间存在密切的关联。此次雷雨过程中本场共出现三次中到大等级的降水，分别是16日15:10~16:06，17:39~17:51，20:52~22:52。图6中，在这三个时间段内，2000米以上的南风均出现风速增大，急流变强的情况，2000米高度上最大风速达到了20 m/s。说明急流的增强加大了机场上空的水汽输送，不稳定能量增加，对流发展更加旺盛，降水强度增强。22:00左右，地面锋面通过本场风廓线雷达，从地面至高空，各层风向逐渐转为北风，雷雨过程也逐渐结束。
Figure 6. Radar wind plume map of Tianhe Airport wind profile on March 16, 2022
图6. 2022年3月16日天河机场风廓线雷达风羽图
6. 预报服务
2022年武汉机场初雷天气服务保障过程中，预报室靠前服务，提前2天关注天气，提前启动复杂天气保障工作，提前发布预警预报，提前通报各方用户；至16日08:30共启动四次骨干会商，与中南气象中心、湖北省气象局外部会商、与郑州、湖南预报室协同会商；制作天气展望、时间轴预报等多样化的预报产品，进行分时段、分强度精细化预报；主动对管制、运管委、航司通报最新预报结论，在天河机场天气警报群、天河机场气象信息交流群及时发布预警、及时沟通；服务岗提前到岗，对管制用户进行及时的服务。
与实况相比，预报室前期主要参考欧洲中心模式的预报结论，对此次雷雨天气过程的伴随降水天气的强度预报较好，但对雷暴开始时间、结束时间预报存在不足，与前期会商结论有较大的偏差，主要原因是此次过程中低层切变线与模式结果相比移动速度更快。
7. 结论
本文利用2022年3月16日~17日的中央气象台高空和地面观测资料和机场雷达等资料，从大尺度天气形势、层结分析、雷暴生成条件和雷达图像识别等方面，分析了武汉天河机场此次雷雨过程，得出了如下结论：
1) 此次雷雨过程是2022年第一次雷雨过程，降水强度大且时空分布不均匀，主要在16日下午至17日凌晨对武汉天河机场的本场起降造成影响。
2) 此次雷雨过程是典型的低层强暖平流强迫激发的对流天气。高层南支槽东移，中低层低涡东移，同时地面有冷空气南下是影响本次雷雨过程的主要系统。高层槽线和中低层低涡东移速度均较快，天河机场位于西南急流出口左侧，使天河机场地区气流辐合，上升运动强烈，再加上地面冷空气南下激发动力抬升，在湖北省东南部地区造成大面积对流天气。
3) 中低层切变线与雷暴发展旺盛区、降水大值区有非常好的对应关系。当中低层低涡的暖式切变线和冷式切变线通过天河机场上空时会带来更为剧烈的雷暴和强降水、大风天气。
4) 武汉天河机场初雷发生时需关注中低层低涡移动速度，雷暴发生时间和低涡暖式切变线到达本场的时间基本相同。同时可以关注风廓线雷达产品：2000米高度西南急流发生的时间可以指示中到大的降水发生时间；地面南风转北风的时间可以指示雷暴结束时间。