巴彥浩特一次強(qiáng)雷暴天氣成因分析

寶樂(lè)爾 殷寧潞 邱麗華 陳昱之

阿拉善盟氣象局

內(nèi)蒙古阿拉善盟為內(nèi)陸高原， 地處亞洲大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋；巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠橫貫全盟，常年干旱少雨，風(fēng)沙偏多；常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣為大風(fēng)、沙塵暴，而因賀蘭山地形原因，其周邊地區(qū)的雷暴、 短時(shí)強(qiáng)降水造成的自然災(zāi)害不能小覷。本文利用常規(guī)氣象資料、區(qū)域自動(dòng)站資料、衛(wèi)星云圖結(jié)合雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)的診斷分析對(duì)巴彥浩特及賀蘭山周邊地區(qū)一次強(qiáng)雷暴天氣進(jìn)行了研究，力求能認(rèn)識(shí)雷暴天氣的特點(diǎn)、成因及演變規(guī)律，更好地保證預(yù)報(bào)服務(wù)工作。

一、天氣實(shí)況

巴彥浩特位于東經(jīng)105°29′30″～105°59′3″， 北緯38°59′30″---38°40′1″，東臨賀蘭山（迎風(fēng)坡），西靠騰格里沙漠邊緣，受地形和局地?zé)崃Νh(huán)流的作用，夏季午后至傍晚常有對(duì)流云（濃積云、積雨云）發(fā)展和雷暴天氣出現(xiàn)。

2015 年7 月巴彥浩特及周邊地區(qū)共出現(xiàn)10 次雷電天氣。 其中7 月21 日全盟大部地區(qū)出現(xiàn)分布不均的陣雨， 巴彥浩特及賀蘭山山區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣，并伴有強(qiáng)陣雨和大風(fēng)。 巴彥浩特12：48 開(kāi)始出現(xiàn)雷暴， 主要分為兩個(gè)時(shí)間段：12：48～14：55 和17：40～18：30。 第一階段巴彥浩特降水量為4.2 毫米，主要表現(xiàn)為干雷暴。 15：00～17：00 降水停止，降水量只有0.1 毫米。

17：40 左右受強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的影響， 巴彥浩特上空電閃雷鳴， 出現(xiàn)強(qiáng)陣雨，40 分鐘降水量達(dá)9 毫米左右，賀蘭山山區(qū)南寺、北寺、樊家營(yíng)子均出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，巴彥浩特市區(qū)大面積積水，因正處于下班高峰期，交通嚴(yán)重堵塞，對(duì)人們的出行造成了極大的不便。

二、環(huán)流形勢(shì)分析

7 月20 日08 時(shí)500hPa 歐亞范圍內(nèi)中高緯度為兩脊一槽，貝加爾湖至新疆為東北-西南向高壓脊，中心值為586gpm，其前部為寬廣的冷性低壓槽區(qū)，阿盟處于槽底部西北、偏西氣流控制之下，588gpm 線位于我國(guó)東部沿海地區(qū)。20 日20 時(shí)高壓脊強(qiáng)烈向東北方向發(fā)展，中心值增強(qiáng)至588gpm。極地冷空氣沿脊前偏北氣流南下至阿拉善盟以北地區(qū) （100E～110E，42N～48N）形成低渦，配合冷中心強(qiáng)度為-12℃。21 日08 時(shí)低渦維持少動(dòng)，中心強(qiáng)度有所減弱，冷中心強(qiáng)度變?yōu)?10℃（圖略）。 21 日20 時(shí)低渦強(qiáng)度進(jìn)一步減弱（冷中心強(qiáng)度為-8℃）南壓至阿拉善盟北部，其分裂南壓冷空氣影響阿拉善盟大部地區(qū)（圖略）。

700hPa 環(huán)流形勢(shì)與500hPa 基本一致，21 日08～20 時(shí)低渦旋轉(zhuǎn)東移南下影響阿拉善盟地區(qū)，20 時(shí)冷渦底部低槽位于阿左旗地區(qū)（圖略）。 值得關(guān)注的是20 日20 時(shí)～21 日08 時(shí)700 hPa、850 hPa 阿左旗、阿右旗大部地區(qū)受暖脊控制， 而500hPa 是處于冷槽控制之下。

海平面氣壓場(chǎng)上，21 日08 時(shí)冷鋒位于蒙古國(guó)中部至阿拉善盟、 蒙古國(guó)交界處 （101E～110E，42N～45N），冷高壓中心值為1015hPa。阿右旗、阿左旗大部地區(qū)受地面倒槽控制（圖略）。 17 時(shí)冷高壓中心減弱至1010hPa，冷空氣擴(kuò)散南下，已分析不出明顯鋒面，但地面圖上可以找到強(qiáng)偏北風(fēng)的前沿線。隨著冷空氣的南壓，倒槽主體南退，阿左旗南部至鄂爾多斯地區(qū)出現(xiàn)中尺度低壓，強(qiáng)雷暴及強(qiáng)降水正是出現(xiàn)在冷暖空氣的交匯處（圖略）。

上述分析表明， 地面倒槽、850 hPa 及700 hPa暖區(qū)配合500 hPa 冷區(qū)形成“高冷低暖”的高低層配置，有利于不穩(wěn)定層結(jié)與對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展；而擴(kuò)散南下冷空氣的入侵為強(qiáng)雷暴天氣的產(chǎn)生提供了有利的觸發(fā)機(jī)制[4]。

三、地面氣象要素變化特征

從地面氣象要素演變來(lái)看 （圖略），21 日08～12時(shí)氣溫逐時(shí)上升，當(dāng)日最高值出現(xiàn)在12 時(shí)（28.2℃），并08～12 時(shí)巴彥浩特上空云量為0 成，結(jié)合云圖分析（圖略），周邊地區(qū)也無(wú)明顯云系，可看出此時(shí)段是晴熱天氣，有利于下墊面加熱。 第一階段雷暴發(fā)生過(guò)程中（12：40～14：55），相對(duì)濕度、海平面氣壓、風(fēng)速等氣象要素均有略升，但升幅非常小，基本是維持狀態(tài)。綜上可判斷第一階段雷暴為受地形和熱力作用影響的熱雷暴。

第二階段雷暴發(fā)生過(guò)程中（17：40～18：20），風(fēng)速、氣壓、相對(duì)濕度均出現(xiàn)了一個(gè)快速上升的過(guò)程，海平面氣壓17：00 至18：00 升幅達(dá)到6hPa， 相對(duì)濕度從38%上升至67%。 風(fēng)力猛增，17 時(shí)阿左旗機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了6 級(jí)大風(fēng)。 氣溫則急劇下降， 迅速?gòu)?5.0℃下降至18.6℃，說(shuō)明有較強(qiáng)冷空氣入侵，劇烈的冷暖空氣交匯造成第二階段雷暴[4]。

四、水汽條件分析

本次過(guò)程中高空并沒(méi)有建立明顯的偏南風(fēng)水汽通道，但賀蘭山及巴彥浩特一帶近地面層由于倒槽的存在，有暖濕氣流的輸送。 從比濕剖面圖看，6g/kg 以上比濕盡集中在700hpa 以下，沒(méi)有形成較厚的濕層。所以阿拉善盟大部以微量降水為主，只有賀蘭山及巴彥浩特地區(qū)出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流引起的強(qiáng)降水，且強(qiáng)降水時(shí)間段非常短。

五、大氣層結(jié)穩(wěn)定度分析

不穩(wěn)定層結(jié)是形成對(duì)流性天氣的基本條件之一。通常情況下，利用T-Lnp 圖與SI 指數(shù)、K 指數(shù)、強(qiáng)天氣危險(xiǎn)指數(shù)（SWEAT）相結(jié)合，以判斷大氣層結(jié)的穩(wěn)定度，SI＞0， 表示穩(wěn)定；SI＜0， 表示不穩(wěn)定，SI 負(fù)值越大，表示層結(jié)越不穩(wěn)定。 K 指數(shù)越大，越不穩(wěn)定，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)K≥30℃，易出現(xiàn)雷陣雨天氣。 且雷暴出現(xiàn)前SWEAT 指數(shù)多在150 以上。

表2 是銀川站（因巴彥浩特?zé)o探空觀測(cè)站，故選取離巴彥浩特最近的銀川站）20～21 日各時(shí)次物理量參數(shù)統(tǒng)計(jì)表?？煽闯觯瑥?0 日08 時(shí)～21 日08 時(shí)大氣一直處于不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，且為增強(qiáng)的趨勢(shì)，尤其是21 日08，K 指數(shù)32℃，SI 指數(shù)-2.03℃，SWEAT 指數(shù)甚至達(dá)到了200。21 日20 時(shí)當(dāng)雷暴天氣結(jié)束以后，各指數(shù)變化來(lái)看，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定[3]。

表1 2015 年7 月20～21 日各時(shí)次物理量參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

21 日08 時(shí)T-Lnp 圖可以看出(圖略)，對(duì)流層低層大氣層結(jié)非常穩(wěn)定，地面至850hPa 存在逆溫層。由于中午前后地表增溫較快，加之逆溫層的存在抑制了熱量和水汽在垂直方向上的輸送和擴(kuò)散，使低層變得更暖，高層相對(duì)干冷，不穩(wěn)定能量得以大量積累[2]。

用21 日11 時(shí)溫度、 露點(diǎn)實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)T-Lnp 圖進(jìn)行訂正后，銀川市CAPE 值從525J/千克增至908J/千克（圖略）。 同時(shí)，21 日巴彥浩特地面為偏東風(fēng)、偏南風(fēng)控制，處于熱倒槽控制中，氣溫高，氣壓低，使近地面增溫增濕，由于地表輻射加熱，使低層大氣變暖變濕，增強(qiáng)了不穩(wěn)定能量的聚集；21 日下午，隨著干冷空氣的入侵，觸發(fā)不穩(wěn)定能量，產(chǎn)生雷暴和強(qiáng)陣雨。

六、雷達(dá)回波特征

從圖4 可以看出，7 月21 日12：48 巴彥浩特及賀蘭山一帶有塊狀對(duì)流回波生成發(fā)展，屬積云性降水回波，巴彥浩特上空回波強(qiáng)度在40～45dBZ（圖4a）。在偏西氣流引導(dǎo)作用下，回波向東移動(dòng)，受到賀蘭山地形作用強(qiáng)度加強(qiáng)，并與賀蘭山山區(qū)回波相連形成帶狀回波， 其上不斷有新生單體生成合并，13：35 阿左旗機(jī)場(chǎng)到巴彥浩特之間形成強(qiáng)回波單體， 中心強(qiáng)度55～60 dBZ（圖4b）。當(dāng)天也是造成了巴音浩特上空短時(shí)冰雹天氣。 從12：48～14：55 回波演變情況分析，巴彥浩特周邊不斷有新生單體生成并在東移過(guò)程中得到增強(qiáng)，相互合并形成帶狀回波向東向南移去，這也是第一階段雷暴持續(xù)近2 個(gè)小時(shí)的原因。

15：33 分巴彥浩特西邊60～90KM 范圍有一近南北向回波區(qū)， 有若干個(gè)強(qiáng)回波中心， 中心強(qiáng)度45～50dBZ，屬層狀云、積狀云混合型降水回波，從速度圖分析在相應(yīng)位置有一條輻合區(qū)，可以判斷該混合型降水回波有很好的組織性，不像第一階段回波，是分散的塊狀回波（圖4c）。 隨著回波區(qū)向東向南移動(dòng)，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，16：50 巴彥浩特西邊20～40KM 處形成強(qiáng)度在55～60 dBZ 的鉤狀回波， 速度圖上也可以找到旋轉(zhuǎn)速度在10 米/秒左右的渦旋， 因沒(méi)有體掃數(shù)據(jù)，該處無(wú)法確認(rèn)是否為中氣旋（圖略）。 2°、4°仰角平掃圖上，強(qiáng)回波后側(cè)均有V 形缺口（圖略）。 垂直剖面圖上可看出55～60 dBZ 伸展至6KM，存在低層弱回波區(qū)，中層懸垂回波，回波頂位于低層弱回波區(qū)之上。 速度圖上，體現(xiàn)出低層輻合，高層輻散（圖4d）。 綜上看，此處可能出現(xiàn)冰雹等災(zāi)害性天氣。 隨后60 dBZ 的強(qiáng)回波維持少動(dòng)，17：22 演變?yōu)榻鼥|西向的帶狀回波 （圖4e）。 17：46 分帶狀回波東移南壓至巴彥浩特上空，強(qiáng)度減弱至50～55dBZ（圖4f）。 巴彥浩特及周邊地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)伴有強(qiáng)陣雨，陣風(fēng)的強(qiáng)雷暴天氣[1]。 對(duì)比兩個(gè)階段雷暴天氣，可看出，第一階段屬于積云性降水回波， 其特點(diǎn)為分散的塊狀， 結(jié)構(gòu)密實(shí)， 強(qiáng)度一般在45dBZ 以上，造成的天氣往往是干雷暴，降水量小。第二階段雷暴屬于層狀云、積云混合型降水回波，其特點(diǎn)為組織性強(qiáng)，強(qiáng)度一般在50dBZ 以上，存在"V"型缺口，弱回波區(qū)及懸垂回波，造成的天氣為伴有強(qiáng)陣雨、大風(fēng)的強(qiáng)雷暴。

圖4 雷達(dá)回波圖

六、結(jié)論

1. 本次雷暴分為兩個(gè)階段，第一階段雷暴是由熱力作用與地形作用造成，降水量很小，主要表現(xiàn)為干雷暴，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。第二階段雷暴是由擴(kuò)散南下冷空氣觸發(fā)， 伴有強(qiáng)陣雨、 陣風(fēng)， 局部地區(qū)有短時(shí)強(qiáng)降水。其強(qiáng)度要比第一階段雷暴強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間較短。

2. 500 hPa 冷槽與地面倒槽、850 hPa、700 hPa 暖區(qū)形成"高冷低暖"的高低層配置，增加了大氣層結(jié)不穩(wěn)定度， 而擴(kuò)散南下冷空氣的觸發(fā)作用，導(dǎo)致不穩(wěn)定能量得以釋放，產(chǎn)生了強(qiáng)雷暴天氣。

3. 第一階段雷暴發(fā)生過(guò)程中，相對(duì)濕度、海平面氣壓、風(fēng)速等氣象要素變化幅度較小， 基本是維持狀態(tài)。而第二階段雷暴發(fā)生前后，氣象要素和大氣層結(jié)指數(shù)發(fā)生了明顯的變化， 很好地反應(yīng)了冷暖空氣及地面形勢(shì)場(chǎng)的變化特征。

4.雷達(dá)回波可以更直觀地顯示影響系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展變化的特征。當(dāng)出現(xiàn)有利于雷陣雨天氣發(fā)生的環(huán)流形勢(shì)時(shí)， 值班預(yù)報(bào)員應(yīng)結(jié)合衛(wèi)星云圖，密切注意雷達(dá)回波演變特征，準(zhǔn)確判斷和把握影響系統(tǒng)的移向移速、強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展動(dòng)態(tài)等，有助于提高氣象預(yù)報(bào)服務(wù)保障水平。

[1]王在文,鄭永光,劉還珠,等.蒙古冷渦影響下的北京降雹天氣特征分析[J].高原氣象,2010,29(3)：763-777.

[2]黃海波,米永勝,鄭永光.烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)一次強(qiáng)雷暴天氣分析[J].氣象,2006,32(7)：58-63.

[3]紀(jì)曉玲,劉慶軍,劉建軍,沈陽(yáng).一次蒙古冷渦影響下寧夏強(qiáng)對(duì)流天氣分析[J].干旱氣象,2005,23(1)：26-31.[4]仝淑梅,曉玲,穆建華,胡斌,聶晶鑫,陳曉娟.銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)一次冷鋒雷暴天氣探測(cè)分析[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2009,30(2)：170-173.