謝忠妙

（民航廣西空管分局，南寧 530048）

初雷指的是每年首次發(fā)生的雷暴，多發(fā)生在春季，其出現(xiàn)意味著雷雨季節(jié)的到來，在航空氣象中，意味著預(yù)報員的保障思路要從冬季低能見度保障轉(zhuǎn)變?yōu)槔子晏鞖獗Ｕ?，因此，能夠及時準(zhǔn)確預(yù)報出初雷是非常重要的[1]。相對廣西初春來說，夏季由于大氣環(huán)境非常容易滿足高溫高濕和位勢不穩(wěn)定層結(jié)條件，所以夏季強對流天氣較為多見，影響系統(tǒng)也較為清晰。而由于廣西初春的地面氣溫相對較低和水汽輸送較少，且影響系統(tǒng)一般強度較弱、厚度較為淺薄，較難判斷是否達(dá)到產(chǎn)生強對流天氣的水汽、熱力和動力條件，預(yù)報難度較大[2]。本文通過對南寧機場2014—2022年的初雷進(jìn)行統(tǒng)計分析，以期降低此類天氣的漏報率。

1 資料與方法

南寧機場從2013年10月1日開始實行實施24 h人工觀測，因此本文選取2014—2022年南寧機場地面觀測月總簿資料和ERA5再分析資料（0.25°×0.25°）對9個初雷個例從時空特征、天氣形勢分型和物理量場等方面進(jìn)行診斷分析。具體方法為通過對個例最接近初雷發(fā)生時間的整點（以下統(tǒng)計均采用北京時）的地面至500 hPa天氣圖進(jìn)行綜合分析，得出初雷天氣形勢分型，然后對同一種類型的個例進(jìn)行合成平均，進(jìn)一步分析天氣形勢和物理量特征。

2 初雷特征與分型

2.1 初雷時空特征

經(jīng)過統(tǒng)計可知，2014—2022年南寧機場初雷最多發(fā)生在每年的3月，占比為67%，其中最早發(fā)生在2020年1月24日，最晚出現(xiàn)在2015年4月7日。從發(fā)生時間來看，初雷最多發(fā)生在早晨和下午，占比均為33%。初雷的平均持續(xù)時間為71 min，最短為20 min（2020年），最長為192 min（2018年），其中持續(xù)時間小于30 min的占比最高，為44%。此外，統(tǒng)計初雷發(fā)生前1 h的地面氣溫發(fā)現(xiàn)，除2019年外，其余年份均為15~23℃。

南寧機場初雷發(fā)生的方位有6個，分別為Z、SW、W、NW、N、S，常見方位為SW、W、NW，說明上游系統(tǒng)的影響是導(dǎo)致雷暴產(chǎn)生的重要原因。

2.2 初雷類型劃分

對2014—2022年初雷發(fā)生當(dāng)日最接近初雷發(fā)生時間的整點的地面至500 hPa天氣圖進(jìn)行綜合分析，根據(jù)主要影響系統(tǒng)進(jìn)行分型，得出初雷主要分為4類，分別為冷鋒型、暖區(qū)型、高壓后部型和高架型，其中，占比最高的是冷鋒型雷暴，達(dá)到44%，其次為暖區(qū)型雷暴和高壓后部型雷暴，均為22%，最低的是高架型雷暴。下面對4種初雷類型的天氣形勢進(jìn)行特征分析。

2.2.1 冷鋒型雷暴

冷鋒型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區(qū)為“一槽一脊”形勢，中低緯地區(qū)，陜西到四川一帶存在明顯的高空槽，南支槽位于95°E附近，槽線緯向距離長達(dá)18個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa南寧機場處于桂北切變線南側(cè)的偏南氣流中。925 hPa南寧機場位于切變線附近。地面圖上，冷高壓中心位于北京附近，中心強度大于等于1 030 hPa，鋒面位于梧州、玉林、南寧一帶。

2.2.2 暖區(qū)型雷暴

暖區(qū)型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區(qū)為“一槽一脊”形勢，中低緯地區(qū)，副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）位于菲律賓東部，四川和濟南地區(qū)分別存在高空小槽，南支槽位于102°E附近，槽線緯向距離為8個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于欽州到桂林一帶，整個廣西地區(qū)受急流影響，南寧機場位于急流軸左側(cè)。925 hPa湛江、南寧、柳州一帶存在超低空偏南急流。地面圖上，長江中下游地區(qū)以南為低壓槽形勢，西南低壓中心位于貴州附近，中心強度小于等于1 005 hPa，南寧機場處于西南低壓外圍。

2.2.3 高壓后部型雷暴

高壓后部型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區(qū)為“一槽一脊”形勢，中低緯地區(qū)，副高位于菲律賓東部，蘭州到四川一帶存在高空小槽，南支槽位于95°E附近，槽線緯向距離長達(dá)15個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于崇左到河池一帶，南寧機場位于急流軸附近。925 hPa切變線位于桂北，南寧機場位于東南急流前方風(fēng)速輻合區(qū)中。地面圖上，冷高壓中心已經(jīng)東移到黃海，中心強度大于等于1 025 hPa，南寧機場處于高壓后部。

2.2.4 高架型雷暴

高架型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區(qū)為“一槽一脊”形勢，中低緯地區(qū)，副高位于菲律賓東部，陜西到四川存在高空槽，槽線緯向距離長達(dá)12個緯距，南支槽位于105°E附近，槽線緯向距離長達(dá)16個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于兩廣交界附近，南寧機場處于急流軸左側(cè)較強的西南暖濕氣流中，且位于暖脊附近。925 hPa切變線位于桂北，湛江、玉林一帶存在超低空偏南急流，南寧機場處于急流左側(cè)。地面圖上，前期冷空氣已經(jīng)南下過境南寧機場，冷高壓中心位于蒙古東南部，中心強度大于等于1 027.5 hPa，南寧機場受冷高脊控制。

綜上分析可知，冷鋒型雷暴主要受高空槽、桂北切變線和冷鋒共同影響；暖區(qū)型雷暴受南支槽、低空西南急流、超低空偏南急流共同影響，地面形勢處于西南低壓中；高壓后部型雷暴主要受南支槽、低空偏南急流、超低空東南急流共同影響，地面處于入海高壓后部；高架型雷暴的主要影響系統(tǒng)為南支槽、低空西南急流、超低空偏南急流和地面冷高脊。

3 物理量場分析

雷暴發(fā)生的3個必要物理條件是豐富的水汽、層結(jié)不穩(wěn)定和氣塊抬升到凝結(jié)高度的觸發(fā)機制[3]，下面將從這3個方面進(jìn)行分析和對比。

3.1 水汽條件分析

由水汽通量垂直剖面圖（圖略）可以看出，冷鋒型雷暴整層水汽通量值偏低，在2.5~7 g/（s·hPa·cm），這與其低層較弱的偏南氣流有關(guān)；其他類型的水汽通量整體呈現(xiàn)出“近地面和高層低，中低層明顯高”的特征，900~700 hPa均達(dá)到10 g/（s·hPa·cm）以上，暖區(qū)型雷暴的水汽通量高值區(qū)的厚度更為深厚，高架型雷暴相對較薄，結(jié)合風(fēng)場分析可知，這3種類型都有較強西南到東南低空急流作為主要的水汽輸送通道。分析水汽通量散度垂直剖面圖（圖略）可知，冷鋒型雷暴整體水汽通量散度絕對值較小，僅在925 hPa以下水汽通量散度為負(fù)值；其他類型的水汽通量散度在975~850 hPa均為負(fù)值，為-4×10-7g/（s·hPa·cm2）左右。以上分析表明初雷發(fā)生時南寧上空有充足的水汽輸送并出現(xiàn)輻合抬升，但整體水汽輻合偏弱，因此初雷發(fā)生時伴隨的降水強度較弱。

3.2 層結(jié)穩(wěn)定度分析

大氣層結(jié)不穩(wěn)定是強對流天氣發(fā)生的必要條件之一，表征和衡量大氣層結(jié)穩(wěn)定度的指標(biāo)有很多[4]。前人研究指出，CAPE數(shù)值越大，發(fā)生強對流天氣的可能性越大，但由于春季近地層相對穩(wěn)定，所以初雷發(fā)生時表征意義不大；K指數(shù)能夠反映環(huán)境大氣溫濕層結(jié)，數(shù)值越大，越有利于雷暴的發(fā)生發(fā)展。冷鋒型雷暴、暖區(qū)型雷暴、高壓后部型雷暴、高架型雷暴的K指數(shù)分別為34℃、37℃、34℃、28℃，且暖區(qū)型雷暴K指數(shù)高值范圍更廣，因此對應(yīng)的對流覆蓋面積更大。

假相當(dāng)位溫θse能比較好地顯示能量的積累與釋放，是溫度、水汽含量、氣壓的函數(shù)，在相同氣壓條件下其數(shù)值越大表明空氣越暖濕，反之則空氣越干冷；且θse在500 hPa與850 hPa之間的差值能夠指示大氣層結(jié)的穩(wěn)定性，值越大表明大氣層結(jié)越趨于不穩(wěn)定[1，5]。分析圖1可知，對于冷鋒型雷暴和高壓后部型雷暴，南寧機場處于等θse線密集帶中，南寧機場及其以南低層為θse高值區(qū)，隨著高度增加往北傾斜，中層為θse低值區(qū)；對于暖區(qū)型雷暴，整體南寧機場及其以北低層為θse高值區(qū)，隨著高度增加往南傾斜，中層為θse低值區(qū)；而對于高架型雷暴，南寧機場近地層為θse低值區(qū)，925~750 hPa為θse高值區(qū)，隨著高度增加往北傾斜，再往上為θse低值區(qū)。以上分析表明，4種類型初雷的低層均為暖濕區(qū)，中層為干冷區(qū)，從而形成對流不穩(wěn)定層結(jié)，有利于強對流天氣的發(fā)生和維持。值得注意的是高架型雷暴近地層受冷空氣控制，暖濕空氣是從925 hPa附近開始抬升，而其他類型均是從地面開始抬升；冷鋒型雷暴和高壓后部型雷暴均處于邊界層能量鋒前方的高能區(qū)附近。

圖1 沿108°E的假相當(dāng)位溫垂直剖面圖

3.3 動力條件分析

當(dāng)高層輻散，低層輻合時，大氣存在擾動導(dǎo)致上下運動耦合作用，抬升力更強，極易產(chǎn)生降水和強對流天氣。從圖2可以看出，對于冷鋒型雷暴，南寧機場在925 hPa以下散度處于負(fù)值中心附近，中心極值達(dá)-7×10-5s-1，垂直梯度較大，700 hPa和400 hPa附近為較弱的負(fù)散度，其余層次為正值，中心極值達(dá)5×10-5s-1；對于暖區(qū)型雷暴，南寧機場在850 hPa以下處于散度負(fù)值中心附近，中心極值達(dá)-7×10-5s-1，垂直梯度較大，850 hPa以上整體為正值，中心極值為3×10-5s-1；對于高壓后部型雷暴，南寧機場在825 hPa以下處于散度負(fù)值中心附近，中心極值達(dá)-5×10-5s-1，825~400 hPa散度整體為正值，中心極值為3×10-5s-1；對于高架型雷暴，南寧機場在975 hPa以下處于散度正值中心附近，中心極值達(dá)5×10-5s-1，975~700 hPa散度為負(fù)值，中心極值為-5×10-5s-1，700 hPa以上整體為正值，中心極值為5×10-5s-1。綜合以上分析可知，4種類型初雷的低層散度為負(fù)值，中高層為正值，低層暖濕輻合上升與中層輻散氣流的抽吸作用相配合，有利于上升運動的維持和發(fā)展。

圖2 沿108°E的散度垂直剖面圖

5 結(jié)束語

1）南寧機場初雷主要發(fā)生在3月，早晨和下午是易發(fā)時段，持續(xù)時間多數(shù)小于30 min，常見方位為SW、W、NW。

2）按天氣形勢可分為冷鋒型、暖區(qū)型、高壓后部型和高架型4種初雷類型，出現(xiàn)最多的是冷鋒型雷暴，最少的是高架型雷暴。

3）充足的水汽、位勢不穩(wěn)定層結(jié)以及低層輻合、中層輻散的垂直結(jié)構(gòu)為雷暴的發(fā)生發(fā)展提供了有利的條件。

4）初雷發(fā)生時，低層為暖濕區(qū)，中層為干冷區(qū)；除高架型雷暴外，K指數(shù)均在30℃以上，且暖區(qū)型雷暴K指數(shù)高值范圍更廣，因此對應(yīng)的對流覆蓋面積更大。