吳有訓(xùn)， 陳曉紅， 錢葉青， 張從貴， 吳永澤

(1.安徽省黃山氣象管理處,安徽 黃山 242709;2.安徽省氣象臺,安徽 合肥 230061;3.安徽威爾利防雷科技有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230031)

2013年8月17日黃山蓮花峰重大雷電災(zāi)害的氣象分析

吳有訓(xùn)1， 陳曉紅2， 錢葉青3， 張從貴1， 吳永澤1

(1.安徽省黃山氣象管理處,安徽 黃山 242709;2.安徽省氣象臺,安徽 合肥 230061;3.安徽威爾利防雷科技有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230031)

用安徽省黃山氣象站地面觀測氣象資料、美國NCEP全球分析FNL資料，對2013年8月17日黃山蓮花峰雷電災(zāi)害進(jìn)行氣象分析.主要結(jié)果如下：我國東北伸到長江下游為冷槽，測站受其影響；低層?xùn)|伸的濕舌為測站提供了豐富的水汽.T-lnp圖上對流有效位能為397J/kg,對大氣對流具有重要作用.低空假相當(dāng)位溫隨高度減小，表明存在潛在的對流性不穩(wěn)定條件；受日射作用，測站中午前后低層空氣被下墊面加熱，使氣層變得不穩(wěn)定，均有利于對流天氣的出現(xiàn).黃山地形對氣流的抬升作用，觸發(fā)或加強對流天氣產(chǎn)生.

安徽黃山；雷電災(zāi)害；對流有效位能；假相當(dāng)位溫

引 言

黃山自然景觀堪稱世界一流，以“奇松、怪石、云海、瀑布”四絕稱奇，古人有“五岳歸來不看山，黃山歸來不看岳”之說.黃山風(fēng)景區(qū)年接待游客百萬，主要集中在夏半年，冬季黃山為明顯旅游淡季[1-2].夏天容易出現(xiàn)雷電災(zāi)害[3],嚴(yán)重影響山岳旅游的開展；2013年8月17日16時40分左右，黃山風(fēng)景區(qū)出現(xiàn)雷雨，蓮花峰峰頂處(海拔高度1864米)發(fā)生雷電傷人事故,造成1名男游客死亡,3名女游客受傷.因此對雷雨天氣過程進(jìn)行分析,為開展黃山旅游氣象服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)顯得十分必要.

關(guān)于雷電天氣方面的研究已經(jīng)取得了很多的成果[4-8],這些成果包括以下幾方面：雷電出現(xiàn)的時間分布、雷電出現(xiàn)的空間分布、雷電出現(xiàn)的熱力條件和動力條件的分析等.本文對2013年8月17日雷電天氣過程進(jìn)行分析,研究環(huán)流特征、物理量分布和形成機理，以期提高雷電天氣預(yù)報水平.

1 資料選取

本文所用的基本資料分為兩部分，①美國NCEP全球分析資料(Final Operational Global Analysis,簡稱“FNL資料”),空間水平分辨率1°×1°,垂直分為26層,時間間隔為6小時的GRIB1碼全球資料.②安徽省黃山氣象站(118°09′E，30°08′N；海拔高度1840.4m)地面觀測氣象資料.

圖1 2013年8月16日2時-18日20時本站氣象要素時間演變圖

2 雷暴天氣過程實況

圖1是2013年8月16日2時-18日20時本站氣象要素時間演變.17日11時氣溫24.4℃為極大值，到17時下降到19.3℃為極小值，在20時氣溫略有上升，主要是中低層冷平流及降水影響產(chǎn)生的降溫.17日14時絕對濕度20.5hPa為極大值，表明大氣中水汽含量大，到20時降至18.5hPa，是因為水汽凝結(jié)成云致雨，絕對濕度出現(xiàn)極小值.從氣壓時間分布曲線上可見，17日平均氣壓較前后兩天為一明顯低谷，是高空低槽東移過境產(chǎn)生的波動.17日降水出現(xiàn)時間為15時25分-16時40分、18時20分-44分，總降雨量20.7mm；雷暴出現(xiàn)時間15時20分-17時32分.蓮花峰頂雷電事故出現(xiàn)時間16時40分左右.

4 大氣環(huán)流特征

圖2 2013年8月17日14時500hPa氣溫(虛線)和位勢高度(實線)場(單位：℃；dagpm)

圖2是2013年8月17日14時500hPa溫度和位勢高度場.我國東北到勒拿河為一冷渦，504dagpm冷渦中心位置在大興安嶺，從冷渦中心經(jīng)黃海南伸到長江下游為低槽，測站處在低槽底部，并受冷平流影響；在高原以南到孟加拉灣為低槽.20時東北冷渦減弱東移，其低槽也隨之東移入海；孟加拉灣低槽加深東移至中南半島.

圖3是2013年8月17日14時700hPa氣溫和位勢高度場.與500 hPa位勢高度場對應(yīng)，我國東北到勒拿河為一冷渦，260dagpm冷渦中心位置在大興安嶺以南，從冷渦中心經(jīng)黃海南伸到沿海為低槽，測站處在低槽后部，并受冷平流影響.20時東北冷渦減弱東移，其低槽也隨之東移入海，西太平洋副熱帶高壓增強，洋面上出現(xiàn)316dagpm的閉合高壓環(huán)流.

圖4是2013年8月17日14時850hPa氣溫和位勢高度場.與高層對應(yīng)，我國東北到鄂霍次克海以西為低壓環(huán)流，冷溫度槽位置偏西未能與高度槽重疊，從低壓環(huán)流中心經(jīng)黃海南伸到東海為低槽，測站處在高原東伸的高壓環(huán)流前部，受冷平流影響.20時東北冷渦及其南伸低槽減弱東移，中低緯度環(huán)流經(jīng)向度減小，趨于平直西風(fēng)環(huán)流.

圖3 2013年8月17日14時700hPa氣溫(虛線)和位勢高度(實線)場(單位：℃；dagpm)

圖4 2013年8月17日14時850hPa氣溫(虛線)和位勢高度(實線)場(單位：℃；dagpm)

5 物理量的垂直剖面圖分布特征

圖5是2013年8月17日14時氣溫(點劃線)、相對濕度(短虛線)、垂直速度ω(實線,<0為虛線)垂直剖面；左圖為500 hPa高度場.垂直剖面圖近緯向，過測站附近.從低層到高層氣溫呈東高西低型，主要是西部有溫度槽存在. 在低層為一東伸的濕舌，在850hPa高度上90%的相對濕度線伸至測站，低層的濕空氣平流，其上層覆蓋一干氣層，造成對流性不穩(wěn)定層結(jié)[9].從測站低層到400hPa高度垂直速度ω>0，850hPa高度附近為0.2Pa/s的閉合等值線，表明存在明顯的下沉氣流.圖6是2013年8月17日14時118°09′E，30°08′N假相當(dāng)位溫高度分布圖.低空1000-750hPa為假相當(dāng)位溫隨高度減小層(θse/Z<0)，表明存在潛在的對流性不穩(wěn)定條件；受日射作用，測站11時氣溫達(dá)24.4℃，中午前后低層空氣被下墊面加熱(?T/?t>0)，高層(?T/?t=0)，使氣層變得不穩(wěn)定，均有利于對流天氣的出現(xiàn).

由以上討論可知，低層?xùn)|伸的濕舌為測站提供了豐富的水汽；?θse/?Z<0存在潛在的對流性不穩(wěn)定條件和黃山地形等抬升條件，觸發(fā)或加強對流天氣產(chǎn)生.

圖7是2013年8月17日14時118°09′E，30°08′N溫度對數(shù)壓力(T-lnp)圖.抬升凝結(jié)高度(LCL)為1000hPa，即測站超過1000hPa就有水汽凝結(jié)，表明凝結(jié)層厚度大、云底低.自由對流高度(LCF)約在975hPa高度上，平衡高度(EL)伸至440hPa，在T-lnp圖上，對流有效位能(CAPE)正比于氣塊上升曲線和環(huán)境溫度曲線從自由對流高度(LFC)至平衡高度(EL)所圍成的區(qū)域的面積，為397J/kg,這部分能量能轉(zhuǎn)化成氣塊的動能，對大氣對流具有重要作用[10]，到20時CAPE減小到104J/kg.另外，計算了K指數(shù)，它同時反映了大氣層結(jié)穩(wěn)定度和中低層的水汽條件，K指數(shù)值為25℃，一般有孤立雷雨出現(xiàn)[9].

6 物理量的時間演變特征

圖8是2013年8月14日02時-21日02時118°09′E，30°08′N相對濕度演變.從16日2時到18日2時，500hPa相對濕度<10%，700 hPa相對濕度<20%，在低層850hPa相對濕度>80%，氣層上干下濕明顯，高層干平流疊加在低層濕平流之上，這種濕度分布造成對流性不穩(wěn)定[11].在圖中除這一時段外，無明顯上干下濕的濕度垂直分布.

圖9是2013年8月14日02時-21日02時118°09′E，30°08′N垂直速度ω演變.17日各時次ω>0，為下沉氣流、14時850hPa、700hPa、500hPa垂直速度分別為0.295Pa/s 、0.155Pa/s 、0.122Pa/s，沒有明顯系統(tǒng)性的垂直上升氣流.

圖8 2013年8月14日02時-21日02時118°09′E，30°08′N相對濕度演變(850hpa實線、700hpa短虛線、500hpa點劃線；單位：%)

圖9 2013年8月14日02時-21日02時118°09′E，30°08′N垂直速度ω演變(850hpa實線、700hpa短虛線、500hpa點劃線；單位：Pa/s)

7 結(jié)束語

本文對2013年8月17日黃山蓮花峰雷電災(zāi)害天氣過程，分析了大氣環(huán)流形勢,物理量時空演變特征，得到以下初步結(jié)論：我國東北伸到長江下游為冷槽，冷平流明顯，測站受其影響；低層?xùn)|伸的濕舌為測站提供了豐富的水汽，測站位于舌尖端，上層覆蓋一干氣層；使對流性不穩(wěn)定增強.T-lnp圖上對流有效位能為397J/kg, 這部分能量能轉(zhuǎn)化成氣塊的動能，對大氣對流具有重要作用.低空為假相當(dāng)位溫隨高度減小層，表明存在潛在的對流性不穩(wěn)定條件.夏季黃山裸露巖石山體在中午前后受日射作用升溫顯著，使低層空氣加熱，氣層變得不穩(wěn)定，均有利于對流天氣的出現(xiàn)；黃山地形相對海拔高度高，對氣流有顯著抬升作用，觸發(fā)或加強對流天氣產(chǎn)生.

此外，美國NCEP全球分析FNL資料中，氣溫值略偏小，在分析應(yīng)用中應(yīng)注意到這一點.

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AnalysisonLightningDisasterofHuangshanLotusPeakonAugust17,2013

WU You-xun1， CHEN Xiao-hong2， QIAN Ye-qing3， ZHANG Cong-gui1， WU Yong-ze1

(1.Huangshan Meteorological office, Anhui Province, Huangshan 242709, China; 2.Anhui Meteorological office, Hefei 230061, China; 3.Anhui Weierli Lightning Protection Technology Co., Ltd, Hefei 230031, China)

Based on the meteorological data in Huangshan of Anhui province, and NCEP FNL global analysis data，we did meteorological analysis on lightning disaster of Huangshan lotus peak on August 17, 2013. Our results showed that it was the cold trough stretching to the lower reaches of the Yangtze River in Northeast China, and affected Huangshan. Wet tongue extended eastward in low layer, and provided abundant water vapor to Huangshan. Convective available potential energy was 397J/kg in T-lnp diagram, and it played an important role in atmospheric convection. Low altitude potential pseudo-equivalent temperature decreaseed with height, which indicated the presence of potentially unstable convection conditions. Lower layer air of Mount Huangshan around noon was heated by underlying surface under solar radiation, and it made the atmosphere unstable. Both of them were favorable to the appearance of convection weather. The produce of convective weather was triggered or enhanced by Mount Huangshan terrain uplifting.

Huangshan; lightning disaster; CAPE; potential pseudo-equivalent temperature

2014-02-12

國家自然科學(xué)基金(40875078)；2009年度公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY200906001).

吳有訓(xùn)(1953-)，男，安徽歙縣人，高級工程師，主要從事天氣氣候分析和預(yù)報研究.

吳有訓(xùn)，陳曉紅，錢葉青，等.2013年8月17日黃山蓮花峰重大雷電災(zāi)害的氣象分析[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，37(4)：378-382.

P446

A

1001-2443(2014)04-0378-05