摘 要：【目的】對(duì)2010—2019年黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)各個(gè)季節(jié)雷雨特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?！痉椒ā坎捎肊RA interim再分析資料對(duì)春夏季各個(gè)時(shí)次的環(huán)境物理?xiàng)l件進(jìn)行逐月統(tǒng)計(jì)分析?！窘Y(jié)果】春夏季雷雨數(shù)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(jié)論】從各個(gè)物理統(tǒng)計(jì)參數(shù)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(dòng)力因素。

關(guān)鍵詞：雷雨；環(huán)境物理參數(shù)；ERA interim再分析資料

中圖分類號(hào)：P421.1" " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：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(jī)場(chǎng)地處湘東盆地，地勢(shì)西高東低，降水充沛，雷雨等強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)。雷雨常伴隨雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、低空風(fēng)切變等天氣現(xiàn)象，嚴(yán)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(jì)1951—2005年全國(guó)雷暴等觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)雷雨等強(qiáng)對(duì)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(guó)部分探空站探空資料，研究了中國(guó)短時(shí)強(qiáng)降水、強(qiáng)冰雹、雷暴大風(fēng)以及混合型強(qiáng)對(duì)流天氣的環(huán)境參數(shù)特征。Zheng等 ［4］采用多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)中東部中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCSs）進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流雷暴環(huán)境中，干對(duì)流與濕對(duì)流在能量條件、風(fēng)切變條件等方面具有明顯差異。許愛華等［5］提出了中國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣的5種基本形勢(shì)配置：冷平流強(qiáng)迫類、暖平流強(qiáng)迫類、斜壓鋒生類、準(zhǔn)正壓類，以及高架雷暴類。俞小鼎等［6］給出了各類強(qiáng)對(duì)流天氣的有利環(huán)境，為強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)。Brooks［7］利用模式再分析資料分析了美國(guó)和歐洲強(qiáng)雷雨的環(huán)境條件，發(fā)現(xiàn)兩地對(duì)流有效位能和風(fēng)切變上都具有一定的差異。綜上，分析本地的雷雨發(fā)生時(shí)的環(huán)境條件尤為重要。黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)氣候復(fù)雜，冷暖空氣交匯頻繁，對(duì)其雷雨天氣特征的研究較少，本研究利用2010—2019年黃花機(jī)場(chǎng)氣象地面觀測(cè)月總簿資料，分析了四季雷雨的氣候統(tǒng)計(jì)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(shí)環(huán)境物理參數(shù)變化規(guī)律。

1 資料和方法

本研究使用的觀測(cè)資料為2010—2019年黃花機(jī)場(chǎng)氣象地面觀測(cè)月總簿資料，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析在這十年內(nèi)共出現(xiàn)400次雷雨。為了方便數(shù)值的計(jì)算，雷雨開始時(shí)間只統(tǒng)計(jì)雷雨事件發(fā)生的小時(shí)值，省去分鐘值。高空大氣溫度、風(fēng)速和比濕等環(huán)境物理參數(shù)選取的是2010—2019年歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）提供的ERA-Interim再分析資料，空間分辨率為0.125°×0.125°，時(shí)次分別為00、06、12、18UTC。依據(jù)時(shí)空臨近原則（2012），統(tǒng)計(jì)分析黃花機(jī)場(chǎng)雷雨發(fā)生時(shí)大氣環(huán)境場(chǎng)的物理參數(shù)（整層可降水量（PWV）、K指數(shù)、特征層高度、850 hPa與500 hPa溫度差、0～6 km垂直風(fēng)切變），以診斷與雷雨相關(guān)的水汽、熱力不穩(wěn)定等環(huán)境場(chǎng)的特征。

2 雷雨特征統(tǒng)計(jì)分析

2010—2019年黃花機(jī)場(chǎng)在不同季節(jié)的雷雨天數(shù)見表1。夏季雷雨發(fā)生的天數(shù)最多，其次是春季，最少是冬季。這個(gè)規(guī)律基本符合黃花機(jī)場(chǎng)的氣候特征：夏季不穩(wěn)定能量高，水汽充沛，午后易產(chǎn)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(jī)場(chǎng)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(shí)間對(duì)應(yīng)的雷暴發(fā)生次數(shù)日變化，如圖1所示。一天中的任何時(shí)間都有發(fā)生雷雨的可能。夏季雷雨發(fā)生的時(shí)段集中在14時(shí)和18時(shí)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，可能原因是午后地表受熱而容易產(chǎn)生對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)，配合高溫高濕的環(huán)境而產(chǎn)生的熱力雷雨。春季雷雨發(fā)生時(shí)間段主要在晚上，從圖中可見峰值只出現(xiàn)在23時(shí)，但周圍時(shí)刻雷雨次數(shù)與23時(shí)相比差值較大，原因可能是統(tǒng)計(jì)開始時(shí)間算法對(duì)分鐘值省去造成了一些原本更接近24時(shí)的時(shí)次（如：23：55）被強(qiáng)制分配到23時(shí)。春季夜間多發(fā)雷雨可能是在春季白天的對(duì)流有效位能能量不夠觸發(fā)強(qiáng)對(duì)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(jié)，導(dǎo)致對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)在夜間加劇從而導(dǎo)致雷雨的產(chǎn)生。秋季雷雨峰值位于18時(shí)，冬季雷雨集中在10時(shí)至次日05時(shí)。

2010—2019年四個(gè)季節(jié)雷雨的持續(xù)時(shí)間如圖2所示?？梢钥闯觯蟛糠掷子瓿掷m(xù)時(shí)間小于1 h，并隨著雷雨持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，雷雨次數(shù)也顯著減少。在這十年中，秋冬季節(jié)沒有出現(xiàn)過持續(xù)3 h以上的雷雨，而春夏季雷暴呈現(xiàn)出多種多樣的持續(xù)時(shí)間。值得注意的是，對(duì)于8小時(shí)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(shí)候，黃花機(jī)場(chǎng)的天氣形勢(shì)比較復(fù)雜。由圖1和圖2中可知，黃花機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)的水汽、熱力和動(dòng)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(gè)必要條件，豐富的水汽不僅使降水強(qiáng)度增強(qiáng)，也有利于上升運(yùn)動(dòng)中潛熱釋放，進(jìn)一步加速上升運(yùn)動(dòng)。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?，春季水汽少，夏季水汽多，這與黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)夏季暖濕的氣候特征是一致的。夏季平均PWV達(dá)到50 mm以上，同時(shí)PWV隨著月份呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，到了8月份水汽含量開始略微減少?？傮w而言，春季的PWV離散度明顯高于夏季。圖3（b）至（e）為各個(gè)時(shí)次PWV相比于日平均的差值，可以看出，14時(shí)和20時(shí)PWV基本上為正偏差，說明這兩個(gè)時(shí)段黃花機(jī)場(chǎng)水汽是一天中最充分的；08時(shí)和02時(shí)基本以負(fù)偏差為主。對(duì)于春季，20時(shí)的PWV略微高于14時(shí)，對(duì)于夏季，14時(shí)的PWV高于其他時(shí)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(duì)于雷雨發(fā)生的有利程度，大氣不穩(wěn)定層結(jié)對(duì)促進(jìn)對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)造成起到關(guān)鍵作用。本文中選取K指數(shù)表征大氣層結(jié)穩(wěn)定度，K指數(shù)側(cè)重反映對(duì)流層中低層的溫濕分布對(duì)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(jié)越不穩(wěn)定。

從圖4（a）可以看出，K指數(shù)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(guān)系。春季K指數(shù)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(shí)的K指數(shù)明顯高于其他幾個(gè)時(shí)次，25%分位數(shù)對(duì)應(yīng)的值都大于0，同時(shí)20點(diǎn)的K指數(shù)也要高于6至8月份。14時(shí)，夏季的K指數(shù)呈現(xiàn)正偏差，且明顯高于春季。

從圖5（a）可見，DT85月統(tǒng)計(jì)特征呈現(xiàn)先增加后減少的一個(gè)波動(dòng)的變化趨勢(shì)。對(duì)于黃花機(jī)場(chǎng)而言，DT85的平均值大約在23 ℃左右，這與黃花機(jī)場(chǎng)大多為暖區(qū)降水有關(guān)，對(duì)流活動(dòng)大多發(fā)生在暖區(qū)一側(cè)，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(shí)和02時(shí)的DT85呈現(xiàn)正偏差，而夏季14時(shí)和20時(shí)的DT85呈現(xiàn)正偏差。因此，春季的垂直溫差較大值主要集中在夜晚時(shí)段，夏季的環(huán)境垂直溫差主要集中在下午到傍晚時(shí)段。

4 結(jié)論

本研究基于黃花機(jī)場(chǎng)近十年的雷雨個(gè)例，統(tǒng)計(jì)分析了雷雨的特征及雷雨發(fā)生的環(huán)境條件，主要結(jié)論如下。

①黃花機(jī)場(chǎng)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(shí)間大部在1小時(shí)之內(nèi)。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(shù)，春季的環(huán)境物理參數(shù)的離散度要明顯大于夏季，春季大值基本都集中在20時(shí)，而夏季大值集中在14時(shí)。因此，春季晚上的大氣物理環(huán)境更利于雷雨的產(chǎn)生，夏季同理。

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

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