基于天氣分型的鎮(zhèn)海地區(qū)雷暴特征及預報研究

胡曉++孫甦勝++蔣飛燕++許可++朱純陽

摘要 利用鎮(zhèn)海一般氣象站2009—2013年的雷暴觀測資料和閃電定位儀的監(jiān)測資料分析了鎮(zhèn)海地區(qū)雷暴天氣的時空分布特征，并在此基礎上結合雷暴日的天氣圖對鎮(zhèn)海地區(qū)的天氣形勢作了劃分。針對鎮(zhèn)海地區(qū)出現(xiàn)雷雨大風、冰雹、短時暴雨等強對流天氣的強雷暴天氣形勢特征進行著重分析研究，歸納出有利于鎮(zhèn)海強對流天氣出現(xiàn)的天氣形勢，總結出了不同強對流天氣類型的環(huán)流特征和預報指標，供預報員在分析和預報強雷暴天氣時參考。

關鍵詞 雷暴天氣特征；天氣分型；強雷暴；預報指標；浙江寧波；鎮(zhèn)海區(qū)

中圖分類號 P427 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）16-0195-03

雷暴天氣是中國夏半年經常出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象，隨著社會經濟建設的快速發(fā)展，由雷暴災害帶來的損失也越來越大。由于對流性天氣具有范圍小、發(fā)展快等特點，對于雷暴的落區(qū)、強度、時間有一定難度。由于產生雷暴的電場條件及氣象條件具有較大差異，不同天氣類型下的雷暴電荷結構也很不相同[1]；并且強對流的發(fā)生發(fā)展都是在一定的環(huán)流背景下各種尺度系統(tǒng)相互作用的結果[2]，因此在對雷暴天氣的預報研究過程中可根據(jù)不同的天氣類型來預報。熊亞軍等[1]通過天氣學分型的方式對北京和江蘇地區(qū)的雷暴天氣預報展開了研究。

該文首先利用人工觀測資料和閃電定位儀資料對鎮(zhèn)海地區(qū)的雷暴時空分布特征做了分析，并在此基礎上，將鎮(zhèn)海地區(qū)的雷暴日進行天氣學分型，按照環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)為主的原則對鎮(zhèn)海地區(qū)的雷暴日環(huán)流背景進行分型，歸納出有利于鎮(zhèn)海強對流天氣出現(xiàn)的天氣形勢，并通過分析確定預報指標，總結出容易出現(xiàn)強雷暴天氣的環(huán)流特征和預報指標，對于今后的雷暴預報工作有較大的參考和指示意義。

1 鎮(zhèn)海區(qū)雷暴特征分析

1.1 資料選取

選用鎮(zhèn)海國家一般氣象站2009—2013年的人工觀測資料作為分析依據(jù)，考慮到鎮(zhèn)海建站時間短，可選擇的強對流雷暴樣本數(shù)較少，因此在資料選擇上，選取與鎮(zhèn)海相鄰的北侖站觀測資料來增加統(tǒng)計樣本的個數(shù)。在雷暴特征分析中某一日記錄雷暴天氣現(xiàn)象，就記為一個雷暴日[3]。并且選取寧波地區(qū)閃電定位儀資料對鎮(zhèn)海區(qū)雷暴的空間分布特征進行分析。

1.2 雷暴基本特征分析

雷暴是鎮(zhèn)海區(qū)夏季最常見的天氣現(xiàn)象。近幾年鎮(zhèn)海區(qū)最早出現(xiàn)雷暴的日期為2月10日，最晚出現(xiàn)雷暴的日期為11月9日，2009—2013年共出現(xiàn)雷暴日為200 d。一年中7月、8月是雷暴發(fā)生的最多月份，合計占全年雷暴總數(shù)的51%。

從圖1可以看出，鎮(zhèn)海區(qū)白天產生雷暴占總數(shù)的66%，夜間占34%，其中產生于白天并延續(xù)到夜間的占3.5%，純粹產生于夜間的雷暴占30.5%。對于白天發(fā)生的雷暴，分析各次雷暴天氣過程的發(fā)生時間可以發(fā)現(xiàn)，13：00—14：00是白天雷暴開始發(fā)生最多的時次，占白天雷暴的 37.1%；而8：00—12：00，產生雷暴數(shù)僅占白天雷暴的26.5%；15：00-18：00時開始發(fā)生的雷暴占34.1%；而在19：00以后發(fā)生的雷暴僅占2.3%。

雷暴天氣一般伴有暴雨以及大風、冰雹等強對流性天氣。將伴隨有瞬時風速達17 m/s以上的大風或出現(xiàn)冰雹以及12 h降水量在30 mm以上的雷暴天氣稱為強雷暴天氣；將12 h降水量大于10 mm，但小于30 mm的雷暴天氣稱為中常雷暴天氣；將12 h降水量小于10 mm的雷暴天氣稱為一般雷暴天氣。分析鎮(zhèn)海地區(qū)發(fā)生雷暴時出現(xiàn)強雷暴的次數(shù)為30次，占雷暴總次數(shù)的15%，中常雷暴的發(fā)生概率為27%，而發(fā)生一般雷暴天氣的概率為58%；其中在強雷暴天氣中，出現(xiàn)暴雨的次數(shù)為26次，出現(xiàn)大風的次數(shù)為5次，出現(xiàn)冰雹的次數(shù)僅為1次，其中出現(xiàn)冰雹的這次強對流過程也同時出現(xiàn)了暴雨和大風。因此，可以看出鎮(zhèn)海區(qū)的強對流天氣過程中出現(xiàn)暴雨的概率是最大的[4]。

1.3 雷暴空間分布特征分析

根據(jù)寧波市閃電定位儀監(jiān)測資料進行分析，2009—2013年鎮(zhèn)海區(qū)陸域的平均地閃密度為10.8個/km2。從圖2

可以看出，鎮(zhèn)海區(qū)東南區(qū)域莊市街道區(qū)域的地閃密度要遠遠高于其他區(qū)域，年平均有18次以上，其次是中部駱駝街道和東北部的澥浦鎮(zhèn)，地閃密度最低的區(qū)域為西北部的九龍湖地區(qū)。

2 雷暴天氣分型

2.1 雷暴天氣分型

在分析了鎮(zhèn)海區(qū)雷暴活動的基本特征的基礎上，對產生雷暴天氣的雷暴日的環(huán)流形勢進行著重分析。雷暴是對流活動的結果，長期的預報經驗表明，絕大多數(shù)雷暴天氣發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件與對流層中高層的環(huán)流形勢密切相關。根據(jù)高低空以及地面形勢將其進行了分類，雖然引發(fā)雷暴天氣可能是多個系統(tǒng)配合共同作用的結果，根據(jù)主要的影響系統(tǒng)的原則，將影響鎮(zhèn)海地區(qū)的雷暴天氣分為高空槽型、低層切變型、副高邊緣型、臺風型、低壓倒槽型和復合型（高空槽和切變同時存在）。

不同天氣類型下雷暴發(fā)生的次數(shù)，以及各類天氣形勢下雷暴天氣的強度如圖3所示?？梢钥闯?，高空槽型、副高型是鎮(zhèn)海地區(qū)出現(xiàn)雷暴的主要天氣形勢，均出現(xiàn)了45次以上，低層切變型和復合型其次，分別有39次和31次。而臺風型和低壓倒槽型所引發(fā)的雷暴天氣次數(shù)相對比較少，分別都只有9次和14次。從雷暴的強度來看，高空槽型最容易引起強雷暴天氣的發(fā)生，這種天氣形勢的強雷暴日有10 d，占鎮(zhèn)海區(qū)強雷暴日的1/3；而低層切變型、副高邊緣型和復合型出現(xiàn)強雷暴天氣的日數(shù)均約有5 d。各形勢下中常雷暴發(fā)生的次數(shù)跟強雷暴天氣的變化規(guī)律較一致。而從一般雷暴來看，高空槽型和副高邊緣型是發(fā)生次數(shù)最多的天氣形勢。

2.2 強雷暴天氣形勢特征分析

在對雷暴天氣形勢進行初步分析的基礎上，發(fā)現(xiàn)各天氣形勢所引發(fā)的強雷暴共有30 d，將這30 d的天氣形勢特征進行了重點分析，并總結出了一些特征，各類天氣形勢引發(fā)強雷暴天氣的代表形勢如圖4所示。

2.2.1 高空槽型。在30 d的強雷暴天氣中，有10 d是出現(xiàn)在500 hPa有高空槽東移的天氣形勢下，占強雷暴出現(xiàn)天數(shù)的1/3，并且這10 d的強雷暴天氣，有6 d出現(xiàn)了30 mm以上的降水，有4 d出現(xiàn)了8級以上的大風。分析天氣形勢發(fā)現(xiàn)，夏季有強雷暴出現(xiàn)時，當日8：00的天氣圖上，500 hPa 高空槽一般東移至在30°～40°N，110°～120°E的范圍，槽底在30°N附近，槽的強度不一定很強，槽線位置一般在華東一帶，500 hPa常配合有副熱帶高壓活動；在中低層700 hPa鎮(zhèn)海一般為西南風控制，風速一般≥8 m/s，說明水汽條件較好，有利于對流天氣的產生；如果500 hPa高空槽的強度比較強，在它東移的過程中，除了引發(fā)雷暴天氣的產生，常伴隨有大風出現(xiàn)。

2.2.2 復合型。復合型天氣形勢下發(fā)生強雷暴天氣共有5 d，5 d均出現(xiàn)了30 mm以上的降水，其中有1 d還同時出現(xiàn)了大風和冰雹。復合型天氣形勢較高空槽型有類似的地方，比如500 hPa有槽東移，但同時不同的地方在于這種天氣形勢下中低層常配合有切變或低渦東移，地面有冷空氣活動等，這種高低空均有天氣系統(tǒng)配合的復合型天氣形勢下引發(fā)的雷暴天氣較單純的高空槽型所引發(fā)的對流天氣會表現(xiàn)得更為劇烈。具體分析復合型的雷暴天氣形勢發(fā)現(xiàn)，此類天氣形勢常出現(xiàn)于春季或秋季，冷空氣活動較活躍的季節(jié)，具體表現(xiàn)為500 hPa有南支槽東移，槽線位于110°E左右的位置，鎮(zhèn)海處于槽前西南氣流控制；中低層700 hPa有切變東移，切變位于蘇南到浙北一帶，鎮(zhèn)海位于切變的南側，常常伴有風速 ≥12 m/s的低空急流，切變在東移的過程中常發(fā)展為低渦東移，鎮(zhèn)海處于低渦的南側；地面在中高緯有冷空氣的堆積，伴隨著高空槽東移，引導冷空氣南下，因此激發(fā)出強烈的對流天氣。

2.2.3 低壓倒槽型。低壓倒槽型引發(fā)的強雷暴天氣天數(shù)較少，只有2 d，均出現(xiàn)了30 mm以上的降水，此類天氣形勢多出現(xiàn)于梅雨季節(jié)即6—7月。分析此類天氣形勢發(fā)現(xiàn)最典型的特征就是在地面圖上，在云南、四川一帶有一個北頂?shù)牡共?，槽線呈東北—西南走向；中低層鎮(zhèn)海受強盛的西南氣流控制，同樣也伴有風速≥12 m/s的低空急流，當?shù)共蹡|移北頂至浙西地區(qū)時，鎮(zhèn)海常出現(xiàn)雷雨天氣，并可能出現(xiàn)暴雨。此類天氣形勢也是通常引發(fā)梅汛期暴雨的天氣形勢。

2.2.4 副高邊緣型。由副高邊緣型引發(fā)的強雷暴天氣共有5 d，均出現(xiàn)在夏季的7—8月，這5 d均伴有30 mm以上的降水天氣出現(xiàn)。分析這幾天的天氣形勢可以看出，雷暴當日8：00，500 hPa西太平洋副熱帶高壓脊主體位于120°E以東洋面上，588外圍線西伸至江西一帶，副高脊線整體呈東—西走向，鎮(zhèn)海處于副高北緣，受其北側的西南偏西氣流控制。在副高北側的中低層常存在西南風與東北風的氣旋性切變，容易產生不穩(wěn)定降水或產生雷暴。特別是當副高正處于減弱東退過程中，500 hPa有高空槽配合東移，鎮(zhèn)海區(qū)處于槽前西南氣流控制，既有利于上升運動，也有利于水汽的增加，因此往往產生較為劇烈的雷暴天氣。

2.2.5 低層切變型。由低層切變型引發(fā)的強雷暴天氣形勢也有5 d，均出現(xiàn)了30 mm以上的降水天氣。分析這幾天的天氣形勢它們具有的共同特點是高空500 hPa無明顯低槽東移，副高較強盛，基本控制了我國的南方地區(qū)，西伸脊可達云貴川地區(qū)，鎮(zhèn)海被強大的副高控制，受副高北緣西南氣流影響，水汽條件充沛，低層700 hPa在華東地區(qū)有一個明顯的氣旋性低渦切變存在，受冷渦南部冷空氣南下影響，鎮(zhèn)海具有一定的輻合抬升動力條件，并具有較好的熱力不穩(wěn)定和水汽條件，不穩(wěn)定能量累積較好，容易產生短時強降水、雷暴大風等強對流天氣。

2.2.6 臺風型。由臺風型產生的強雷暴天氣共有3 d，通常登陸浙中南或是正面影響鎮(zhèn)海的臺風都會帶來暴雨天氣和大風，但是當臺風影響鎮(zhèn)海時，若有北方冷空氣南下與之相遇，就能在臺風的外圍螺旋云帶中激發(fā)中尺度的對流系統(tǒng)，產生強雷暴和增強降水。比如1323號“菲特”臺風影響時，高空500 hPa配合有西風槽東移，帶來弱冷空氣，加強了臺風西北側的位勢不穩(wěn)定，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，另外臺風外圍持續(xù)的偏東急流和水汽輸送，給鎮(zhèn)海帶來了充足的水汽；同時低層在浙北還存在風向切變，以及地面臺風倒槽都提供了持續(xù)強勁上升運動的條件，有利于強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

3 強雷暴天氣預報指標分析

在對出現(xiàn)強雷暴天氣的各類天氣形勢總結分型的基礎上，將著重分析各類型天氣的雷暴預報指標，指標按性質可分為熱力性、動力性和綜合指標，以便為今后的預報工作提供參考。

3.1 高空槽型

通過分析鎮(zhèn)海地區(qū)高空槽型強雷暴天氣發(fā)生的環(huán)流背景總結出下列預報參考指標：①在非夏季出現(xiàn)的高空槽引發(fā)的強雷暴天氣中，當日8：00天氣圖上500 hPa有華北槽和南支槽兩類；它們在發(fā)展加強的同時均有明顯的冷溫槽配合，南支槽位于25°～40° N，105°～115° E之間，一般表現(xiàn)為前傾的形勢；而對于夏季出現(xiàn)的高空槽引發(fā)的強雷暴天氣中，500 hPa高空槽一般東移至在30°～40°N，110°～120°E的范圍，槽底在30°N附近，槽的振幅常達10個緯距或以上，槽線在30°N緯線上的位置一般在115°E或以東；②中低層（700 hPa）相對濕度≥60%，850 hPa假相當位溫θse≥65 ℃，低空有西南急流，杭州站西南風≥12 m/s；③上游杭州站若14：00實況已出現(xiàn)雷暴，并且滿足上述條件，則鎮(zhèn)海地區(qū)出現(xiàn)強雷暴概率更大。

3.2 復合型

分析由復合型引發(fā)的強雷暴天氣，總結出以下指標可作為強雷暴天氣的預報指標：①如高空有華北槽（30°～40°N、110°～120°E）東移，引導弱冷空氣從東路南下，850、700 hPa切變線位于30°N附近，鎮(zhèn)海位于切變線南緣；如是南支槽東移，500 hPa切變線位于32°～34°N附近，700 hPa切變線位于30°～32°N，850 hPa切變線位于29°～30°N，且以氣旋式切變?yōu)橹?；?50 hPa或700 hPa有西南急流，中低層相對濕度 ≥70%，850 hPa假相當位溫θse≥60 ℃。

3.3 低壓倒槽型

分析低壓倒槽引發(fā)的強雷暴天氣形勢，與梅汛期暴雨的天氣形勢相類似，分析總結了以下幾個預報指標：①云貴川地區(qū)有低壓槽發(fā)展，并向江南擴展，倒槽北頂至30°～32°N附近；②低壓槽內有風切變形成，鎮(zhèn)海處于切變南側，受西南風（或偏南風）控制，同樣也伴有風速≥12 m/s的低空急流，暖濕氣流大量北上，水汽在江南及華南堆積，③地面在30°N附近有一條東西向的靜止鋒存在，鋒面抬升運動有利于對流產生，出現(xiàn)雷暴，并可能伴有暴雨。

3.4 副高型

分析由副高型引發(fā)的強雷暴天氣，發(fā)現(xiàn)以下指標可作為強雷暴天氣的預報指標：①500 hPa副高主體位于120°E以東的洋面，通常較完整，強大，副高脊線位于25°N附近；②鎮(zhèn)海位于副高北緣，來自南海的西南暖濕氣流強盛，水汽供應充沛，中低層（700 hPa）相對濕度≥70%，850 hPa假相當位溫θse≥70 ℃；③在副高北側的中低層江蘇、安徽一帶，也就是在在30°～35°N，115°～120°E之間常存在西南風與東北風構成的輻合型切變線，具備較好的上升運動條件；④鎮(zhèn)海自身受副高控制，8：00地面氣溫≥29 ℃，氣溫上升較快，午后熱對流條件較好，容易出現(xiàn)強雷暴天氣。

3.5 切變線型

分析由切變線型引發(fā)的強雷暴天氣，發(fā)現(xiàn)該型天氣系統(tǒng)一般出現(xiàn)在夏季，以下指標可作為強雷暴天氣的預報指標：①低層原為西南暖濕氣流控制，并有西南急流，未來12 h北部有高空淺槽東移，引導弱冷空氣從東路南下，帶來不穩(wěn)定能量；②不穩(wěn)定能量大于500、850 hPa假相當位溫θse≥70 ℃。

3.6 臺風型

分析由臺風型引發(fā)的強雷暴天氣，發(fā)現(xiàn)以下指標可作為強雷暴天氣的預報指標：①熱帶氣旋位于20°～35°N、120°～130°E的海面，35°～40°N、125°～140°E一帶有副熱帶高壓存在，并將在未來12 h里西伸，124°E、25°～35°N有東北風與東南風的切變線存在，并在未來12 h內東移至121°E；②鎮(zhèn)海位于切變線南緣，850、700 hPa都有低空急流影響，850 hPa假相當位溫θse≥75 ℃，700、850 hPa相對濕度≥70%。

4 結論

通過對鎮(zhèn)海地區(qū)雷暴天氣時空分布特征進行分析，結果表明：鎮(zhèn)海地區(qū)7—8月是雷暴多發(fā)的月份，從發(fā)生時間來看13：00—14：00最容易出現(xiàn)雷暴；從空間分布來看，莊市街道、駱駝街道和澥浦鎮(zhèn)的雷暴發(fā)生概率最高。同時鎮(zhèn)海地區(qū)容易引發(fā)雷暴的天氣形勢進分別有高空槽型、低層切變型、副高邊緣型、臺風型、低壓倒槽型和復合型，并在此基礎上總結分析了各類天氣形勢特征，提取強雷暴預報指標，為今后的預報工作提供了參考。

5 參考文獻

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