楊晶軼

摘? 要：文章利用NCEP 1°×1°再分析資料、常規(guī)高空資料和成都雙流機(jī)場(chǎng)氣象觀(guān)測(cè)資料對(duì)2010～2019年發(fā)生在成都雙流機(jī)場(chǎng)的初雷天氣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：初雷多出現(xiàn)在4月，大都出現(xiàn)在下午到夜間，以夜間最多（20時(shí)～03時(shí)）。70%的初雷持續(xù)時(shí)間在2個(gè)小時(shí)以?xún)?nèi)，強(qiáng)度總體較弱，伴隨的降水較少。影響初雷的天氣系統(tǒng)主要為高空槽和中低層切變線(xiàn)。層結(jié)上總體呈現(xiàn)出“近地面干、中低層濕、高層干”的層結(jié)特征，850hPA、700hPA多在四川東部、南部出現(xiàn)水汽輻合區(qū)。K指數(shù)、假相當(dāng)位溫θse與初雷持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：初雷;統(tǒng)計(jì)分析;物理量;特征;雙流機(jī)場(chǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：V321? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0074-03

Abstract： Based on NCEP 1°×1° reanalysis data， routine upper-air meteorological data， and the observations data of Chengdu Shuangliu International Airport during the years 2010-2019， characteristics of first thunder storms were analyzed statistically.The results show that most of first thunderstorms occur in April， they mostly occur from afternoon to after midnight， especially during the night（20：00～03：00）. 70% of first thunderstorms last less than 2 hours， there are smaller rainfall and the intensities are weak. Upper trough， middle and low levels shear lines are the main synoptic system of generating first thunderstorms. The states of atmospheric stratification always showthe characteristics of "being dry near surface layer， wet in middle-low layer， and dry in upper layer". Water vapor convergence zones of 850hPA and 700hPA always appear in the east and west of Sichuan province. The correspondence relation between duration of first thunderstorm and K index， potential pseudo-equivalent temperature （θse） has been found.

Keywords： first thunderstorm; statistical analysis; physical quantities; characteristics; Chengdu Shuangliu International Airport

雷暴是一種突發(fā)性強(qiáng)，嚴(yán)重影響航空飛行安全的災(zāi)害性天氣。雷暴和其它災(zāi)害性天氣相比，具有時(shí)間的瞬時(shí)性、季節(jié)性和頻繁性，空間的廣泛性、分散性和局地性等特點(diǎn)。初雷是指一年中第一次發(fā)生的雷暴，在航空氣象保障中，初雷出現(xiàn)意味著進(jìn)入雷雨季節(jié)，保障模式從冬季保障向雷雨季節(jié)保障轉(zhuǎn)化，因此初雷的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)具有重要意義。由于初雷多出現(xiàn)在春季，大氣環(huán)流逐漸從緯向環(huán)流向經(jīng)向環(huán)流調(diào)整，影響系統(tǒng)復(fù)雜，另外春季大氣層結(jié)條件逐漸從穩(wěn)定層結(jié)向不穩(wěn)定層結(jié)過(guò)渡，其是否達(dá)到強(qiáng)對(duì)流的條件難以把握，因此初雷預(yù)報(bào)的成功率不高。本文對(duì)成都雙流機(jī)場(chǎng)近十年初雷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了初雷的時(shí)間分布、持續(xù)時(shí)間、物理量特征及觸發(fā)機(jī)制，為做好初雷預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 雙流機(jī)場(chǎng)春季雷暴天氣特點(diǎn)

春季， 西南季風(fēng)逐漸北抬，雙流機(jī)場(chǎng)受其影響，水汽輸送加強(qiáng)，中低層暖濕，層結(jié)不穩(wěn)定度逐漸加強(qiáng)，促進(jìn)對(duì)流發(fā)展，當(dāng)不穩(wěn)定能量累積到一定程度，并有冷鋒、高空槽等系統(tǒng)配合時(shí)，極易觸發(fā)雷暴。春季多為系統(tǒng)性雷暴，影響系統(tǒng)有冷鋒、高空槽、西南渦、中低層切變線(xiàn)等。

2 初雷時(shí)間分布

成都雙流機(jī)場(chǎng)2010～2019年初雷最早出現(xiàn)在2月21日，最晚出現(xiàn)在5月1日，其中2月、3月、5月各出現(xiàn)1次，4月出現(xiàn)7次。4月中上旬是初雷出現(xiàn)的高發(fā)期，60%的初雷發(fā)生在4月中上旬。春季，南支西風(fēng)急流較冬季逐漸減弱，夜間高原多短波槽活動(dòng)，同時(shí)中低層切變線(xiàn)多在夜間南下影響四川盆地，夜間易產(chǎn)生對(duì)流天氣，從統(tǒng)計(jì)上看，雙流機(jī)場(chǎng)初雷多出現(xiàn)在夜間20時(shí)～03時(shí)，僅有2次出現(xiàn)在下午。

3 初雷持續(xù)時(shí)間與強(qiáng)度

持續(xù)時(shí)間1小時(shí)以?xún)?nèi)的初雷次數(shù)占60%，持續(xù)3小時(shí)以上的初雷次數(shù)占30%，持續(xù)時(shí)間1-2小時(shí)的初雷次數(shù)占10%。出現(xiàn)在下午的初雷持續(xù)時(shí)間均在1小時(shí)以?xún)?nèi)，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的出現(xiàn)在2011年。若以雷暴出現(xiàn)時(shí)的雨強(qiáng)判斷強(qiáng)度，80%初雷為弱雷雨，20%為中等強(qiáng)度雷雨，這與冬春交替，暖濕空氣較弱有關(guān)?？傮w而言，初雷發(fā)生時(shí)大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定，伴隨的降水較少，80%的初雷過(guò)程降水量在1mm以?xún)?nèi)。

4 物理量特征及觸發(fā)機(jī)制分析

雷暴的發(fā)生需要豐富的水汽，不穩(wěn)定層結(jié)和抬升氣塊到凝結(jié)高度的啟動(dòng)機(jī)制。下面從雷暴產(chǎn)生的三個(gè)條件出發(fā)，對(duì)初雷特征進(jìn)行分析。

4.1 水汽條件特征

中低層濕空氣的存在是雷暴產(chǎn)生的一個(gè)有利條件。垂直方向上看，850hPA～700hPA之間存在濕層，總體上呈現(xiàn)出“近地面干、中低層濕、高層干”的層結(jié)特征，700hPA相對(duì)濕度基本上維持在80%以上。分析比濕條件，850hPA比濕在5.0g/kg～11.6g/kg之間，700hPA比濕在3.6g/kg～9.7g/kg之間。水平方向上，700hPA、850hPA四川東部多為相對(duì)濕度大值區(qū)，850hPA在成都附近多出現(xiàn)比濕密集區(qū)。

從水汽通量散度上看，850hPA、700hPA多在四川東部、南部出現(xiàn)水汽輻合區(qū)，為雷暴的產(chǎn)生提供水汽供應(yīng)，輻合區(qū)內(nèi)水汽通量散度整體梯度較小，水汽輻合中心強(qiáng)度偏小。從中低層風(fēng)場(chǎng)看，整體風(fēng)速不大，成都以南風(fēng)向多為西南偏西，由孟加拉灣至西南地區(qū)的低空急流尚未建立，水汽供應(yīng)上偏弱，因此初雷發(fā)生時(shí)的降水總體偏弱。

初雷發(fā)生時(shí)，大氣可降水量在18.8mm～36.2mm之間，總體上看，大氣可降水量在30mm以下時(shí)，持續(xù)時(shí)間基本在1小時(shí)以?xún)?nèi)，大氣可降水量在30mm以上時(shí)，持續(xù)時(shí)間基本都在1小時(shí)以上。

4.2 不穩(wěn)定層結(jié)特征

大部分初雷天氣伴有逆溫層存在，多出現(xiàn)在近地面至5500m之間，出現(xiàn)在近地面的有2例，3000m～5000m出現(xiàn)有5例，其中2例還出現(xiàn)了雙層逆溫的情況。由于暖蓋的存在限制、抑制對(duì)流的發(fā)展，有利于不穩(wěn)定能量的聚集，當(dāng)有足夠的動(dòng)力抬升強(qiáng)迫氣塊，將促使逆溫層破壞，不穩(wěn)定能量得到釋放，從而觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

K指數(shù)是反應(yīng)大氣溫濕層結(jié)的常用物理量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)K<20時(shí)，無(wú)雷暴發(fā)生，K指數(shù)越大，雷暴發(fā)生的概率和強(qiáng)度就越大。初雷發(fā)生時(shí)K指數(shù)在21.2～40.5之間，多在27以上，有2例在21附近，K指數(shù)較小的2例初雷持續(xù)時(shí)間都在1小時(shí)以?xún)?nèi)。K指數(shù)與初雷持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，總體看，K指數(shù)越小，初雷持續(xù)時(shí)間相對(duì)越短，K指數(shù)越大，初雷時(shí)間相對(duì)越長(zhǎng)。

由于大部分初雷出現(xiàn)時(shí)伴有逆溫結(jié)構(gòu)，Si指數(shù)的指示意義不是很明顯。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，Si指數(shù)越小，層結(jié)越不穩(wěn)定，0

Cape指數(shù)數(shù)值越大，發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的可能越大，春季近地面層相對(duì)較為穩(wěn)定，因此在初雷發(fā)生時(shí)指示意義不是很明顯，大部分初雷天氣Cape指數(shù)為0。

假相當(dāng)位溫θse在強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中，能較好的反應(yīng)出能量的累積和釋放。初雷發(fā)生前，△θse（表1中△θse為500hPA假相當(dāng)位溫與850 hPA假相當(dāng)位溫差值）在13℃到24℃之間，主要分布在16℃到22℃之間，雷暴發(fā)生后△θse下降，層結(jié)逐漸趨于穩(wěn)定。在中低層，成都附近沒(méi)有出現(xiàn)明顯的等θse線(xiàn)密集帶，只有3例（持續(xù)時(shí)間均超過(guò)2小時(shí)）在四川東北部地區(qū)出現(xiàn)等θse線(xiàn)密集帶，具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性。等θse線(xiàn)密集帶與初雷持續(xù)時(shí)間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4.3 抬升氣塊到凝結(jié)高度的啟動(dòng)機(jī)制

具有使氣塊達(dá)到自由對(duì)流高度的上升運(yùn)動(dòng)是雷暴發(fā)生的關(guān)鍵條件。雷暴的發(fā)生常常是在水汽和不穩(wěn)定條件已滿(mǎn)足的條件下等待抬升強(qiáng)迫，克服對(duì)流抑制能量，直至自由對(duì)流高度以上，因此抬升條件通常是觸發(fā)條件。從10次初雷過(guò)程看，雙流機(jī)場(chǎng)影響初雷的天氣系統(tǒng)主要有高空槽、中低層切變線(xiàn)、地面冷鋒。中低層切變線(xiàn)是影響初雷的主要天氣系統(tǒng)，初雷天氣發(fā)生時(shí)一般都有中低層切變線(xiàn)的存在，其中，高空槽伴中低層切變線(xiàn)的天氣形勢(shì)有8次，地面冷鋒伴中低層切變線(xiàn)有3次。高空槽位置有3次出現(xiàn)在85°E～95°E，有5次出現(xiàn)在95°E～100°E，中低層切變線(xiàn)位置一般出現(xiàn)在30°N～35°N。春季，西南地區(qū)高層以偏西風(fēng)氣流為主，常伴有短波槽活動(dòng)，中低層西南暖濕氣流逐漸加強(qiáng)，為雷暴產(chǎn)生帶來(lái)豐富的水汽和不穩(wěn)定能量，當(dāng)北方有冷空氣南下時(shí)，冷暖空氣在川渝地區(qū)交匯形成切變，切變線(xiàn)附近往往伴隨著強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，從而觸發(fā)雷暴天氣。

切變線(xiàn)南部的西南氣流為雷暴發(fā)生帶來(lái)水汽供應(yīng)，在中低層正渦度的作用下形成低空輻合，造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，使暖濕不穩(wěn)定的空氣釋放不穩(wěn)定能量，促進(jìn)對(duì)流發(fā)展。初雷發(fā)生時(shí)，700hPa以下正渦度中心逐漸從成都北部逐漸南進(jìn)，雙流機(jī)場(chǎng)輻合逐漸加強(qiáng)，中低層垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng);高層以輻散為主，高空輻散，低層輻合的配置，抽吸作用加強(qiáng)，有利于水汽積聚及其垂直向上輸送。當(dāng)高層、中層同時(shí)出現(xiàn)低值系統(tǒng)時(shí)（即500hPA高原東部高空槽、700hPA四川北部切變線(xiàn)、850hPA四川盆地內(nèi)輻合），500hPA以下正渦度加強(qiáng)，高空槽（中低層切變線(xiàn)）前部西南氣流加強(qiáng)，觸發(fā)的雷暴也越強(qiáng)。2011年、2018年初雷天氣在上述天氣形勢(shì)下發(fā)生，其雷暴的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間均明顯強(qiáng)于普通初雷過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

初雷多出現(xiàn)在春季，發(fā)生時(shí)水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件、動(dòng)力條件較夏季明顯偏弱，因此初雷持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度弱、伴隨的降水偏少。從物理量分布上看，相對(duì)濕度、水汽通量散度、K指數(shù)、假相當(dāng)位溫θse對(duì)初雷的預(yù)報(bào)有較好的指示意義。高空槽、中低層切變線(xiàn)是影響初雷的主要天氣系統(tǒng)，高層、中層、低層多系統(tǒng)疊加共同觸發(fā)的初雷天氣明顯強(qiáng)于普通初雷天氣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王秀明，余小鼎，周小剛.雷暴潛勢(shì)預(yù)報(bào)中幾個(gè)基本問(wèn)題的討論[J].氣象，2014，40（4）：389-399.

[2]敖淑珍.近十年來(lái)廣州白云機(jī)場(chǎng)初雷的特征分析[J].中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，13（2）：29-32.