劉季秋 （中國(guó)民航華東地區(qū)空中交通管理局氣象中心，上海 200335）

區(qū)別于一般雷暴過(guò)程是從地面抬升觸發(fā)，高架雷暴是指在大氣邊界層以上被觸發(fā)的雷暴過(guò)程。發(fā)生高架雷暴時(shí)，近地面附近通常為穩(wěn)定的冷空氣，有明顯的逆溫，來(lái)自于地面的氣塊很難穿過(guò)逆溫層而獲得浮力，而逆溫層之上的氣塊絕熱上升獲得浮力導(dǎo)致雷暴。

國(guó)外對(duì)于高架雷暴的研究開(kāi)始較早，早在1950年，Means就發(fā)現(xiàn)有一類雷暴區(qū)別于經(jīng)典雷暴天氣形勢(shì)，暖濕抬升層并非在近地面，而是在850 hPa以上［1］。但直到20世紀(jì)90年代，Colman等才開(kāi)始明確提出高架雷暴的概念，高架雷暴可以造成冰雹、雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水甚至是龍卷，4和9月是美國(guó)高架雷暴的高發(fā)期［2］。之后Moore等給出了高架雷暴中短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生特征，即有緩慢移動(dòng)的地面鋒面、上游低層濕度大、低層相當(dāng)位溫平流顯著、具備BCAPE、低層有濕度輻合區(qū)、高層有輻散等［3］。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)高架雷暴的研究也逐步開(kāi)展，張吉等對(duì)上海一次高架雷暴過(guò)程分析得出強(qiáng)盛的低空西南急流輸送了大量的暖濕空氣和不穩(wěn)定能量到達(dá)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，近地面的冷空氣滲透一方面迫使暖濕空氣沿鋒面抬升，加劇了低層逆溫層的厚度和強(qiáng)度，另一方面加劇了逆溫層上部高低空的熱力不穩(wěn)定性和斜壓不穩(wěn)定性，從而觸發(fā)了逆溫層上部的對(duì)流性天氣的出現(xiàn)［4］;盛杰等對(duì)2010～2012年春季我國(guó)冷鋒后部高架雷暴天氣特征進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出高架雷暴主要發(fā)生在我國(guó)南方地區(qū)，具有一定的日變化，常伴有冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水天氣，且此類高架雷暴的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)為850和700 hPa相對(duì)濕度為70%以上，700與500 hPa的溫差達(dá)16℃以上，有一定的熱力不穩(wěn)定，在700 hPa需要建立一支低空西南急流，配合500 hPa的西風(fēng)槽以及700、850 hPa的切變線，為雷暴的形成和發(fā)展提供動(dòng)力觸發(fā)條件［5］。筆者從天氣學(xué)角度出發(fā)對(duì)2014年3月一次高架雷暴進(jìn)行分析，探討在實(shí)際預(yù)報(bào)中對(duì)此類天氣應(yīng)當(dāng)關(guān)注的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，提高對(duì)此類天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 天氣實(shí)況和環(huán)流背景分析

2014年3月18日夜里至19日白天，江蘇省出現(xiàn)陣雨或雷雨天氣，雨量小到中等，中部地區(qū)雨量較大（圖1a）。從全省閃電定位顯示系統(tǒng)（圖1b）可見(jiàn)，淮河以南18日21:00～19日12:00發(fā)生雷電，這也是2014年的初雷，同時(shí)江蘇省南部地區(qū)最大風(fēng)力為5～7級(jí)。

大范圍的環(huán)流形勢(shì)對(duì)于天氣系統(tǒng)的演變以及天氣過(guò)程的發(fā)生發(fā)展具有很好的指示意義。18日20:00歐亞形勢(shì)圖上（圖2），500 hPa存在西北急流和西南急流的匯合，700 hPa為西南急流，一直延伸至江蘇省東部沿海，850hPa有切變線活動(dòng)，切變線從湖北西部經(jīng)安徽北部延伸至江蘇省中部，江蘇省上游地區(qū)伴有大濕區(qū)的配合。地面西南部為低壓倒槽，而東部沿海為高壓前部，高壓前部不斷有冷空氣南下擴(kuò)散滲透，逐步在近地面形成冷墊。

2 物理量場(chǎng)診斷分析

2．1 水汽條件分析 大雨的形成與豐富的水汽含量和源源不斷的水汽輸送關(guān)系密切。以南通地區(qū)的降水為例分析，南通站在19日凌晨開(kāi)始降水，降水集中時(shí)段為19日05:00～09:00，最大1 h 降水量為12．8 mm，過(guò)程雨量為 43．6 mm（圖3）。從圖4可見(jiàn)，降水開(kāi)始前夕中低層西南急流把孟加拉灣和南海的水汽輸送到南通上空。18日20:00，850 hPa有一條西南—東北向的水汽通量大值帶，將來(lái)自南海的暖濕水汽向長(zhǎng)江中下游輸送，且水汽在江蘇省上空開(kāi)始輻合匯聚，但此時(shí)大濕區(qū)偏南，江蘇省的相對(duì)濕度均小于70%;19日08:00，850 hPa水汽在江蘇省強(qiáng)烈輻合匯聚，水汽通量散度中心位于江蘇省東部沿海地區(qū)，此時(shí)，江蘇省淮河以南地區(qū)相對(duì)濕度均達(dá)80%以上，沿江蘇南部接近飽和;從這2個(gè)時(shí)刻水汽圖的演變可以看出，18日夜里至19日早晨這段時(shí)間，水汽由源地向江蘇省輸送，并在江蘇省上空輻合匯聚。從南通上空水汽通量散度的時(shí)間－高度剖面圖上也可以看出，18日夜里到19日早晨南通上空有水汽輻合大值區(qū)，這段時(shí)間也是南通降水集中的時(shí)段。整個(gè)過(guò)程比濕極值約為8 g/kg（圖5），絕對(duì)水汽含量不足以產(chǎn)生大暴雨、短時(shí)強(qiáng)降水等極端降水過(guò)程。

2．2 不穩(wěn)定層結(jié)分析 從南京站的探空?qǐng)D（圖6）來(lái)看，18日08:00由于晴空輻射，近地面存在逆溫層，氣溫為12℃左右，1 000 hPa以上溫度露點(diǎn)差較大，空氣較為干燥;18日20:00，由于地面冷空氣擴(kuò)散滲透，925 hPa以下變得干冷;近地面冷空氣滲透使得暖濕空氣被迫抬升，再加上低層水汽的輸送和輻合作用，800～700 hPa相對(duì)濕度增大，近乎飽和。與前一時(shí)次相比，800～700 hPa的露點(diǎn)溫度明顯增大，表明空氣中絕對(duì)水汽增多，該時(shí)刻處于降水發(fā)生的醞釀階段，抬升凝結(jié)高度為850 hPa。19日08:00對(duì)流已發(fā)生，從地面至對(duì)流層中層為深厚的濕層。由于地面冷空氣不斷滲透擴(kuò)散，暖濕層在干冷空氣上滑行且抬升，因此整個(gè)過(guò)程逆溫層一直存在，且高度不斷抬升。

18日20:00溫度平流沿32°N緯向垂直剖面圖（圖7）顯示，受低層冷空氣擴(kuò)散影響，925 hPa以下為冷平流，而850～700 hPa有西南—東北向的顯著暖平流，暖空氣在低層冷墊上滑升，形成逆溫;850 hPa以下層結(jié)穩(wěn)定，為高架雷暴發(fā)生創(chuàng)造條件。

2．3 不穩(wěn)定能量條件分析 對(duì)于地面雷暴來(lái)說(shuō)，由地面抬升計(jì)算的CAPE可以很好地表征能量條件，但這不適用于高架雷暴，高架雷暴是需要計(jì)算BCAPE（從地面到300 hPa的厚度里找最大相當(dāng)位溫層抬升計(jì)算的對(duì)流有效位能）來(lái)表征其能量。此次過(guò)程中，高架雷暴發(fā)生之前和發(fā)生之時(shí)的CAPE值均為0 J/kg（圖8a），而在18日20:00的BCAPE在江蘇省西南角為大于0 J/kg（圖8b1），在19日08:00BCAPE值進(jìn)一步增大，江蘇省沿蘇南地區(qū)均為正，蘇南最大值可達(dá)300 J/kg（圖8b2）。

700 hPa具備有高溫高濕的大氣環(huán)境，才能在垂直大氣層上構(gòu)成對(duì)流不穩(wěn)定，是高架雷暴對(duì)流發(fā)展的能量和水汽源泉。在高架雷暴中逆溫層頂往往可達(dá)700 hPa，最不穩(wěn)定的大氣是存在于700 hPa中的，而850 hPa則位于逆溫層上部，是冷鋒到暖濕氣層的過(guò)渡帶。在常規(guī)業(yè)務(wù)中，常用850和500 hPa的溫差表征不穩(wěn)定，而在高架雷暴中則不適用，而是用700和500 hPa的溫差代替它，盛杰等發(fā)現(xiàn)1/4分位點(diǎn)基本在16℃以上，具備較強(qiáng)的不穩(wěn)定，可以作為業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中高架雷暴不穩(wěn)定條件的指標(biāo)［5］。在此次高架雷暴過(guò)程中，19日02:00江蘇省沿蘇南地區(qū)700 hPa與500 hPa溫差達(dá)17～19℃（圖9），符合不穩(wěn)定條件的指標(biāo)。

對(duì)流穩(wěn)定性的另一個(gè)判據(jù)是假相當(dāng)位溫隨高度的變化，即假相當(dāng)位溫隨高度減小時(shí)，為對(duì)流不穩(wěn)定。從19日08:00沿32°N假相當(dāng)位溫經(jīng)度－高度剖面圖（圖10）來(lái)看，700～500 hPa 118°～122°E假相當(dāng)位溫隨高度減小，在中低層存在對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。

2．4 垂直運(yùn)動(dòng)條件 散度場(chǎng)上來(lái)看（圖11a），從18日夜里至19日白天南通上空維持著低層輻合、高層輻散，19日08:00南通低層輻合中心在850 hPa，高層輻散中心在250 hPa。從垂直速度時(shí)間－高度剖面圖（圖11b）可以看到，18日夜里至19日上午南通上空一直維持上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)中心位于400 hPa附近，在19日凌晨，850 hPa以下為下沉運(yùn)動(dòng)，而850 hPa以上才為上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)在逆溫層以上維持，符合高架雷暴發(fā)生的特征。

2．5 觸發(fā)機(jī)制 從圖12可看出，19日04:00南通上空500 hPa由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西－西北風(fēng)，為一個(gè)短波槽快速過(guò)境，同時(shí)由高空風(fēng)速增大使得高低空風(fēng)垂直切變?cè)龃螅?50與500 hPa風(fēng)向順轉(zhuǎn)90°以上，西風(fēng)槽過(guò)境與高低空大的垂直風(fēng)切變觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生雷暴。

3 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波分析

從3月18日夜里到19日白天的FY2紅外衛(wèi)星云圖（圖13）可以看出，18日22:00起，有對(duì)流云團(tuán)生成并開(kāi)始影響江蘇省沿江西部，19日04:00對(duì)流云團(tuán)已經(jīng)發(fā)展影響到江蘇省長(zhǎng)江以北大部分地區(qū)，19日08:00江蘇省西部又有一大塊對(duì)流云團(tuán)生成，08:00～14:00該對(duì)流云團(tuán)東移影響江蘇省江淮流域，14:00之后此次過(guò)程基本結(jié)束。

從雷達(dá)基本反射率圖（圖14a、b）來(lái)看，在19日凌晨南通上空開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)回波，到04:00左右，發(fā)展為2條帶狀強(qiáng)回波，回波中心最大值可達(dá)57 dBz;回波頂高可達(dá)14 km以上，最大累積液態(tài)水含量為23 kg/m2（圖14c）;在平均徑向速度圖上（圖14d），近地面最大風(fēng)速超過(guò)12 m/s，存在一條超低空東風(fēng)急流。

4 小結(jié)

（1）此次高架雷暴天氣為高低空急流、850 hPa切變、地面倒槽和冷空氣滲透共同影響所致。

（2）近地層為穩(wěn)定的逆溫層結(jié)、中低層暖濕、高層較為干冷，類似于一個(gè)“夾心”的層結(jié)。

（3）此次過(guò)程中CAPE值為0，而B(niǎo)CAPE值＞0，500與700 hPa溫差達(dá)17～19℃，500～700 hPa假相當(dāng)位溫隨高度減小，中低層存在對(duì)流不穩(wěn)定。

（4）有較強(qiáng)的暖濕輸送和持續(xù)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)生在850 hPa之上。

（5）西風(fēng)槽過(guò)境和強(qiáng)垂直風(fēng)切變觸發(fā)了此次雷暴天氣發(fā)生。

［1］MEANS L L．On thunderstorm forecasting in the central United States［J］．Mon Wea Rev，1952，80:165 －180．

［2］CLOMAN B R．Thunderstorms above frontal surface in environments without positiveCAPE．Part I:A climatology［J］．Mon Wea Rev，1990，118:1103－1121．

［3］MOORE J T，GLASS F H，ROCHETTE S M，et al．The environment of warm－season elevated thunderstorms associated with heavy rainfall over the central united states［J］．Weather Forecasting，2003，18:861 －878．

［4］張吉，陶嵐，漆梁波．一次“高架”雷暴天氣過(guò)程分析［J］．大氣科學(xué)研究與應(yīng)用，2012（1）:19 －25．

［5］盛杰，毛冬艷，藍(lán)渝．2010－2012年春季我國(guó)冷鋒后部高架雷暴天氣特征［J］．天氣預(yù)報(bào)，2013，5（6）:64－70．