低涡背景下武汉机场一次强对流天气指标分析与服务保障

1 引言

随着民航事业的迅速发展，航空用户对气象服务的需求不断增加，对服务产品的要求不断提高，气象精细化预报的重要性日益明显 [1]。近年来，长江流域极端强对流天气频发，严重威胁飞行安全并引发社会关注。长江流域是我国的三大雨区之一，长期以来受到暴雨洪涝灾害的严重影响。该地区的降水系统种类多样，其中，中尺度涡旋所造成暴雨的频次与强度均是名列前茅的。而大别山涡是我国长江流域中下游地区高频发生的一类中尺度涡旋[2]。2025 年 4 月 11 日，武汉机场遭遇一次持续 7 小时的强雷雨天气，同时还伴随有雷暴大风等极端恶劣天气。武汉地处江汉平原东部、大别山西麓，冷暖气流交汇频繁，雷雨大风高发，其中大别山低涡是诱发此次系统性天气过程的关键系统之一。本次天气过程导致机场多架航班延误，突显其服务保障挑战。本文聚焦此次典型低涡背景下的强对流天气过程，利用常规气象资料、自动气象站观测资料与数值预报产品 EC 等，深入剖析其环流形势、对流环境条件及中小尺度特征，旨在提炼关键预报指标等，研究成果将为武汉机场低涡背景下强对流天气预报预警精准度的提升提供科学依据，并进一步提升气象服务保障能力。

2 天气过程概况和指标分析

2.1 天气过程概况

2025 年 4 月 11 日，受高空槽、低涡及地面冷空气南下共同影响，湖北省区域自西向东出现一次系统性的强对流天气过程。其中 ， 武汉终端区对流（雷达回波强度 ⩾35dBz ）最大覆盖率达 42% ，武汉机场在 11 日 12：43-13：43 出现小到中雨伴雷暴天气，13：43-15：10 出现中到大雨伴雷暴天气，15：10-18：06 出现小到中雨伴雷暴天气，18：06-18：37 出现中到大雨伴雷暴天气，18：37-19：42 出现小雨伴雷暴天气，雷暴累计时长达 7 个小时。其中，在 18：00-19：00 之间武汉机场还出现雷暴大风天气，最大阵风风速达 14m/s。此次强对流天气过程持续时间长、降水强度大、影响范围广，经统计，武汉天河机场本场 11 日本场保障 548 架次，虽在复杂天气发生的时段内均无航班备降或返航，但却严重影响航班的正常起降，造成多架航班延误，航班正常放行率大大降低，全天航班放行正常率为77.54%，累计调时 92 架次。

2.2 指标分析

2.2.1 高空各层及地面形势分析

根据 2025 年 4 月 11 日 08 时各高空图及地面图实况分析，200hPa 高空急流较强，武汉地区位于急流的右侧；500hpa 有低槽东移，槽前西南气流强盛，武汉地区位于急流出口区；700hPa 和 850hPa在湖北地区上游有深厚低涡发展，武汉位于低涡前部暖切南侧的西南气流中，有深厚西南急流发展；在地面图上，西南暖低压与低涡相对应，湖北区域受西南倒槽影响。同时，在湖北中西部有地面辐合线生成，后续受高空引导气流的影响会自西向东影响到湖北东部及武汉地区，地面辐合线是武汉机场本次强雷雨天气发生的触发条件。

2.2.2T-lnP 分析

根据 2025 年 4 月 11 日 08 时高空探空图资料分析，武汉地区上空 0-6km 垂直风切变大，达20m/s 以上；上下层温差大（T850-500 达 29°C ），大气层结不稳定；风随高度有明显顺转，有强烈的暖平流，因此有利于持续增温增湿；同时，中层还有明显的干冷空气侵入，在干空气侵入下方的低层大气会出现显著的不稳定现象 [3]，因此会带来一定的雷暴大风等极端恶劣天气。

2.2.3 动力条件分析（1）散度场

从图 1 中的 （a）（b）（c） 可以看出 4 月 11 日 14-20 时之间武汉机场对流层高层（ 200hPa 附近）辐散值为正，呈现强盛辐散中心，而从（d）（e）（f） 可以看出对流层低层（ 850hPa 以下）辐散值为负，存在显著辐合中心，构成经典的“低层辐合 - 高层辐散”强对流动力耦合结构。同时，高层强辐散引发质量亏损，增强垂直抽吸作用，抽吸作用驱动低层暖湿空气加速向辐合中心汇聚，形成垂直方向上闭合的热力- 动力次级环流圈，次级环流又进一步促使上升运动的加强。

图 1 散度场分布图（其中 （a）（b）（c） 分别为 4 月 11 日 14 时、17 时、20 时（北京时）的 200hpa 高度上的散度分布图；（d）（e）（f） 分别为 4 月 11 日 14 时、17 时、20 时（北京时）的 850hpa 高度上的散度分布图；黑色方框的中心点为武汉机场）

（2）垂直风场

武汉机场上空 0-6km 垂直风切变 ≥20m/s （最大 25m/s 以上）， _0-3km 风切变 ⩾15m/s （最大 20以上），垂直风切变有利于对流风暴组织化高度发展 [4]，同时垂直风切变和上升气流之间的相互作用能够产生附加的抬升作用，使垂直上升气流发展为倾斜上升气流，减弱降水粒子的拖曳作用，使对流得以较长时间地发展和维持。从图 2 垂直速度图上可以看出，4 月 11 日 12-20 时之间垂直运动较为深厚，700-200hPa 都存在强上升运动，最大上升速度可达1.2Pa/s 以上。

地面辐合线是武汉机场本次雷暴的触发机制，从湖北省国家站 11 日 12-13 时风场观测数据可以看出，地面辐合线受高空引导气流影响自西向东移动，并在 11 日 12-13 时之间移到武汉机场附近，而武汉机场也正是在这个时间段内（12 时43 分）开始出现雷暴。

图3 湖北省国家站风观测数据（左图为2025 年4 月11 日12 时（北京时）的数据；右图为2025 年4 月11 日13 时（北京时）的数据；棕色线为地面辐合线的大致位置；红色方框的中心点为武汉机场的大致位置）

2.2.4 水汽条件分析

武汉机场大气柱可降水量维持在 50kg/m^-2 以上，700hpa 有强盛地水汽通量辐合，为武汉机场持续地输送水汽，配合低层强辐合中心，形成持续水汽输送 - 辐合系统，为强降水发生提供了充足的水汽条件。

2.2.5 不稳定能量条件分析

武汉机场存在高 K 值，K 指数在 30-36 之间，最高可达 36，有效指示强的对流潜势。同时，武汉机场低层到高层有深厚暖平流发展，使大气层结变得更不稳定，促进地面低压发展，为低涡发展提供能量，又进一步促使上升运动和对流的发展，并触发位势不稳定能量（高 CAPE 值）快速释放，进一步通过潜热加热强化高层辐散，形成强对流自维持正反馈。

2.2.6 不同模式数值预报产品对比分析

针对武汉机场 4 月 11 日这次强对流天气过程，CMA 模式预报与雷达实况对比，对本次降水落区把握较好，与实况吻合度较高；EC 模式预报与雷达实况对比，降水量预报过强；11 日 14-20 时 CMA模式、EC 模式、NCEP 模式预报与雷达实况及国家站 6h 降水对比，CMA 模式对本次天气过程的落区预报最为接近。

2.3 指标提炼

（1）形势场：高层低槽 + 中低层深厚低涡 + 地面西南倒槽。

（2）T-lnp ：上下层温差大（ T_850-500 达29℃）；风随高度顺转。

（3）动力条件：低层辐合 - 高层辐散；0-6km 垂直风切变≥ =20m/s （最大 25 以上），0-3km 垂直风切变≥15m/s（最大20 以上）；上升运动深厚（700-200hPa 都存在强上升运动），最大上升速度 s 以上；地面辐合线触发机制。

（4）水汽条件：大气柱可降水量- 水汽通量条件具备。

（5）不稳定能量条件：高CAPE 值；高K 值，K 指数在30-36 之间；深厚暖平流。

3 服务保障

3.1 预报及服务效果评估

针对 2025 年 4 月 11 日这次强对流天气过程，武汉机场提前 56 小时，通过多种方式为用户持续滚动更新对流天气图形化预报产品 5 份，机场警报 6 份等。图形化预报产品中对区域内天气的强度、影响区域、移动趋势判定较为准确，对天气影响时间的精细度把握略有偏差。机场警报产品对天气预报预警都较为准确，平均提前量有141 分钟。

3.2 保障总结

3.2.1 预报技术总结

（1）当有深厚暖平流时，促进低涡和地面低压的发展，使上升运动加强，对流发展。

（2）当南海以及北部湾水汽通道打开时，需要注意湖北省区域强降水天气的发生。

（3）关注垂直风切变，0-6km 垂直风切变≥ =20m/s ，0-3km 垂直风切变 ≥15m/s ，有利于对流组织化（易形成多单体或超级单体），同时也有利于对流的发生和维持。

（4）在系统主体到达前需关注地面辐合线位置，一般地面辐合线前沿分散性对流天气的发展，辐合线会比对流天气提前出现，为预报预警争取一定提前量。

（5）关注干冷空气侵入，当高空探空图上有明显的中层干冷空气侵入时，要注意多会伴随雷暴大风等极端恶劣天气。

（6）本次对流天气过程中 CMA 各方面预报优于 EC 和 NCEP，且临近时次起报的预报产品要整体优于较早时次起报的产品。

3.2.2 保障亮点

（1）数值预报释用：天气会商前对不同数值模式以及同一模式的不同起报时间的预报效果进行检验和评估，发挥数值预报资料的最大效能；

（2）滚动更新图形化预报产品：采用图片＋时间轴形式滚动更新图形化预报产品，加入湖北区域主要航线以及主要的导航点，实现更加精细的预报与服务，使用户拿到更直观的预报结论，整体提升预报准确性及实用性。同时还加入了对大风和风切变的预警提示，进一步提升预报实用性。

（3）提供优质气象保障服务：结合跑道运行方向和对流天气落区，为机场提供精确预报讲解服务；开展面对面天气讲解，并提供备降场信息表格；通过多种途径发布天气快讯及预警预报信息；

（4）组织开展运行协调会：现场讲解天气发展形势，并依此制定流控措施。武汉机场运管委根据预报结论开启调时，共调时92 架次。

（5）机场警报提前量进一步提升：平均提前量达141 分钟。

（6）武鄂协同：持续开展四方天气会商，本次湖北区域大范围对流天气过程中，提前 40 分钟对鄂州机场预计出现的中等强度冰雹天气进行准确提醒。

参考文献

[1] 师 鸿儒 ， 李文静 . 民航气象精细化预报的探讨 [J]. 交通节能与环保 ，2018，14（04）：110-112.

[2] 孙建华 ， 周玉淑 ， 傅慎明 ， 等 . 近十年我国涡旋系统的研究进展 [J]. 大气科学 ，2024，48（01）：228-60.

[3]Raveh-Rubin S. Dry intrusions： Lagrangian climatology and dynamical impact on the planetary boundary layer[J]. Journal of Climate， 2017， 30（17）： 6661-6682.

[4] 陈鲍发 ， 计桂平 ， 蔡俊峰 ， 等 .2024-04-02 强对流天气过程背景及成因分析 [J]. 气象水文海洋仪器 ，2025，42（02）：27-31.DOI：10.19441/j.cnki.issn1006-009x.2025.02.023.