摘 要：【目的】對2010—2019年黃花國際機場各個季節(jié)雷雨特征進行統(tǒng)計分析?！痉椒ā坎捎肊RA interim再分析資料對春夏季各個時次的環(huán)境物理條件進行逐月統(tǒng)計分析?！窘Y果】春夏季雷雨數明顯多于秋冬季，春季雷雨多在晚上發(fā)生，夏季則多集中在下午?！窘Y論】從各個物理統(tǒng)計參數值分析可得：造成夏季雷雨的主要因素是熱力因素，造成春季雷雨的主要因素是動力因素。

關鍵詞：雷雨；環(huán)境物理參數；ERA interim再分析資料

中圖分類號：P421.1" " " " " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " " " " " " " " 文章編號：1003-5168（2023）12-0110-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.12.022

Statistics of Thunderstorm Characteristics in Huanghua Airport

from 2010 to 2019

WU Pei

（Meteorological Office of Hunan ATM Sub-Bureau，Changsha 410000，China）

Abstract： [Purposes] This work counts and analyzes characteristicsof thunderstorms at Huanghua International Airport in each season from 2010 to 2019. [Methods] This paper uses ERA interim reanalysis data to conduct monthly statistical analysis of the environmental physical conditions in spring and summer. [Findings] The results show that the number of thunderstorms in spring and summer is significantly more than that in autumn and winter， and thunderstorms mostly occur in the evening in spring and in the afternoon in summer. [Conclusions] From the analysis of each physical statistical parameter value， it can be concluded that the main factor causing thunderstorm in summer is thermal factor， and the main factor causing thunderstorm in spring is dynamic factor.

Keywords： thunderstorm; environmental parameter;" ERA interimreanalysis data

0 引言

黃花機場地處湘東盆地，地勢西高東低，降水充沛，雷雨等強對流天氣頻發(fā)。雷雨常伴隨雷電、短時強降水、低空風切變等天氣現象，嚴重威脅航空安全。

雷雨的發(fā)生發(fā)展具有一定地域性［1］。陳思蓉等［2］通過統(tǒng)計1951—2005年全國雷暴等觀測資料，發(fā)現雷雨等強對流天氣發(fā)生的概率分布具有明顯的地理和日變化差異。樊李苗等［3］利用中國部分探空站探空資料，研究了中國短時強降水、強冰雹、雷暴大風以及混合型強對流天氣的環(huán)境參數特征。Zheng等 ［4］采用多普勒雷達數據對中國中東部中尺度對流系統(tǒng)（MCSs）進行分類，發(fā)現在強對流雷暴環(huán)境中，干對流與濕對流在能量條件、風切變條件等方面具有明顯差異。許愛華等［5］提出了中國強對流天氣的5種基本形勢配置：冷平流強迫類、暖平流強迫類、斜壓鋒生類、準正壓類，以及高架雷暴類。俞小鼎等［6］給出了各類強對流天氣的有利環(huán)境，為強對流潛勢預報提供重要依據。Brooks［7］利用模式再分析資料分析了美國和歐洲強雷雨的環(huán)境條件，發(fā)現兩地對流有效位能和風切變上都具有一定的差異。綜上，分析本地的雷雨發(fā)生時的環(huán)境條件尤為重要。黃花國際機場氣候復雜，冷暖空氣交匯頻繁，對其雷雨天氣特征的研究較少，本研究利用2010—2019年黃花機場氣象地面觀測月總簿資料，分析了四季雷雨的氣候統(tǒng)計特征。由于春夏季雷雨發(fā)生較多，因此著重研究春夏季雷暴發(fā)生時環(huán)境物理參數變化規(guī)律。

1 資料和方法

本研究使用的觀測資料為2010—2019年黃花機場氣象地面觀測月總簿資料，經過統(tǒng)計分析在這十年內共出現400次雷雨。為了方便數值的計算，雷雨開始時間只統(tǒng)計雷雨事件發(fā)生的小時值，省去分鐘值。高空大氣溫度、風速和比濕等環(huán)境物理參數選取的是2010—2019年歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）提供的ERA-Interim再分析資料，空間分辨率為0.125°×0.125°，時次分別為00、06、12、18UTC。依據時空臨近原則（2012），統(tǒng)計分析黃花機場雷雨發(fā)生時大氣環(huán)境場的物理參數（整層可降水量（PWV）、K指數、特征層高度、850 hPa與500 hPa溫度差、0～6 km垂直風切變），以診斷與雷雨相關的水汽、熱力不穩(wěn)定等環(huán)境場的特征。

2 雷雨特征統(tǒng)計分析

2010—2019年黃花機場在不同季節(jié)的雷雨天數見表1。夏季雷雨發(fā)生的天數最多，其次是春季，最少是冬季。這個規(guī)律基本符合黃花機場的氣候特征：夏季不穩(wěn)定能量高，水汽充沛，午后易產生熱力雷雨；春季冷空氣活躍，冷暖空氣交匯，易觸發(fā)雷雨；而秋冬季節(jié)，黃花機場被冷高壓控制，水汽減少，不穩(wěn)定能量降低，發(fā)生雷雨的概率偏低。

2010—2019年不同開始時間對應的雷暴發(fā)生次數日變化，如圖1所示。一天中的任何時間都有發(fā)生雷雨的可能。夏季雷雨發(fā)生的時段集中在14時和18時這兩個時間點，可能原因是午后地表受熱而容易產生對流上升運動，配合高溫高濕的環(huán)境而產生的熱力雷雨。春季雷雨發(fā)生時間段主要在晚上，從圖中可見峰值只出現在23時，但周圍時刻雷雨次數與23時相比差值較大，原因可能是統(tǒng)計開始時間算法對分鐘值省去造成了一些原本更接近24時的時次（如：23：55）被強制分配到23時。春季夜間多發(fā)雷雨可能是在春季白天的對流有效位能能量不夠觸發(fā)強對流的發(fā)生，到夜晚云頂輻射降溫明顯，云中溫差大，形成上冷下暖的不穩(wěn)定層結，導致對流上升運動在夜間加劇從而導致雷雨的產生。秋季雷雨峰值位于18時，冬季雷雨集中在10時至次日05時。

2010—2019年四個季節(jié)雷雨的持續(xù)時間如圖2所示?？梢钥闯觯蟛糠掷子瓿掷m(xù)時間小于1 h，并隨著雷雨持續(xù)時間延長，雷雨次數也顯著減少。在這十年中，秋冬季節(jié)沒有出現過持續(xù)3 h以上的雷雨，而春夏季雷暴呈現出多種多樣的持續(xù)時間。值得注意的是，對于8小時以上的雷雨，如果發(fā)生在春季，則表明在春季冷暖空氣交匯頻繁的時候，黃花機場的天氣形勢比較復雜。由圖1和圖2中可知，黃花機場雷雨集中在春夏季節(jié)，秋冬季節(jié)占比很少，以下主要分析春季和夏季黃花機場的水汽、熱力和動力條件。

3 春夏季雷暴發(fā)生的環(huán)境條件分析

3.1 水汽條件

水汽條件是發(fā)生雷雨的一個必要條件，豐富的水汽不僅使降水強度增強，也有利于上升運動中潛熱釋放，進一步加速上升運動。整層可降水量（PWV）相比于比濕可以更好地反映雷雨過程中大氣的水汽條件，因此本研究用PWV來表征水汽條件。

2010—2019年各月箱線圖如圖3所示?？梢钥闯觯杭舅?，夏季水汽多，這與黃花國際機場夏季暖濕的氣候特征是一致的。夏季平均PWV達到50 mm以上，同時PWV隨著月份呈現先增加后減少的趨勢，到了8月份水汽含量開始略微減少。總體而言，春季的PWV離散度明顯高于夏季。圖3（b）至（e）為各個時次PWV相比于日平均的差值，可以看出，14時和20時PWV基本上為正偏差，說明這兩個時段黃花機場水汽是一天中最充分的；08時和02時基本以負偏差為主。對于春季，20時的PWV略微高于14時，對于夏季，14時的PWV高于其他時刻。

3.2 熱力不穩(wěn)定條件

熱力不穩(wěn)定條件在一定程度上表示環(huán)境條件對于雷雨發(fā)生的有利程度，大氣不穩(wěn)定層結對促進對流上升運動造成起到關鍵作用。本文中選取K指數表征大氣層結穩(wěn)定度，K指數側重反映對流層中低層的溫濕分布對穩(wěn)定度的影響，K值越大越不穩(wěn)定［8］。

為更全面表征大氣穩(wěn)定度，本研究還使用850 hPa與500 hPa溫度差（DT85），反映大氣在垂直方向上的溫度變化情況，DT85越大，表示垂直方向上溫度變化越明顯，大氣層結越不穩(wěn)定。

從圖4（a）可以看出，K指數隨著月份的增加而增加，8月份略有減少，這和氣溫升高有明顯的關系。春季K指數的離散度明顯高于夏季。從圖4（b）至圖4（e）中可以看出，在春季，20時的K指數明顯高于其他幾個時次，25%分位數對應的值都大于0，同時20點的K指數也要高于6至8月份。14時，夏季的K指數呈現正偏差，且明顯高于春季。

從圖5（a）可見，DT85月統(tǒng)計特征呈現先增加后減少的一個波動的變化趨勢。對于黃花機場而言，DT85的平均值大約在23 ℃左右，這與黃花機場大多為暖區(qū)降水有關，對流活動大多發(fā)生在暖區(qū)一側，使得中低層的溫差不大。春季的DT85值要小于夏季的DT85值，差值在5 ℃之間。從圖5（b）至圖5（e）中可見，春季08時和02時的DT85呈現正偏差，而夏季14時和20時的DT85呈現正偏差。因此，春季的垂直溫差較大值主要集中在夜晚時段，夏季的環(huán)境垂直溫差主要集中在下午到傍晚時段。

4 結論

本研究基于黃花機場近十年的雷雨個例，統(tǒng)計分析了雷雨的特征及雷雨發(fā)生的環(huán)境條件，主要結論如下。

①黃花機場的雷雨主要集中在春季和夏季，秋冬季占比很少。雷雨的持續(xù)時間大部在1小時之內。春季的雷雨主要發(fā)生在晚上，夏季雷雨主要在下午。

②本研究分析了雷雨發(fā)生的物理參數，春季的環(huán)境物理參數的離散度要明顯大于夏季，春季大值基本都集中在20時，而夏季大值集中在14時。因此，春季晚上的大氣物理環(huán)境更利于雷雨的產生，夏季同理。

③對于黃花機場，H-20的（-20 ℃是大水滴自然成冰的溫度，是降水粒子相態(tài)轉化非常重要的指標）高度基本都在7 000 m以上（圖略），表明在黃花國際機場氣候條件不利于固態(tài)粒子的生產，這也是近十年來機場雷雨從未發(fā)生冰雹的原因。

參考文獻：

［1］ 王婷波，周康輝，鄭永光.我國中東部雷暴活動特征分析［J］.氣象，2020，46（2）：189-199.

［2］陳思蓉，朱偉軍，周兵.中國雷暴氣候分布特征及變化趨勢［J］.大氣科學學報，2009，32（5）：703-710.

［3］樊李苗，俞小鼎.中國短時強對流天氣的若干環(huán)境參數特征分析［J］.高原氣象，2013，32（1）：156-165.

［4］ ZHENG L L，SUN J H，ZHANG X L， et al. Organizational modes of mesoscale convective systems over central East China［J］. Wea Forecasting; 2013，28（5）：1081-1098.

［5］ 許愛華，孫繼松，許東蓓，等.中國中東部強對流天氣的天氣形勢分類和基本要素配置特征［J］.氣象，2014，40（4）：400-411.

［6］ 俞小鼎，王秀明，李萬莉，等. 雷暴與強對流臨近預報［M］.北京：氣象出版社，2020：416.

［7］ BROOKS H E. Proximity soundings for server convection for Europe and the United States from reanalysis data［J］；AtmosRes， 2009， 93（1-3）：546-553.

［8］孫繼松，戴建華，何立富，等．強對流天氣預報的基本原理與技術方法 ： 中國強對流天氣預報手冊［M］. 北京：氣象出版社， 2014.