2018-07-26寧波機場強雷暴天氣過程分析

虞本穎

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2018-07-26寧波機場強雷暴天氣過程分析

虞本穎

（中國民用航空寧波空中交通管理站，浙江 寧波 351514）

利用NECP的1°×1°再分析資料、寧波機場氣象觀測資料、多普勒天氣雷達產(chǎn)品和MICAPS常規(guī)觀測資料對2018-07-26寧波機場出現(xiàn)的強雷暴天氣進行了分析。結(jié)果表明，此次雷暴過程是在高層?xùn)|風波的環(huán)流背景下，局地熱力抬升結(jié)合地面中尺度輻合線觸發(fā)了雷暴的發(fā)生發(fā)展；其天氣環(huán)流形勢呈現(xiàn)高層低壓、中低層副高系統(tǒng)的配置；熱力不穩(wěn)定條件極好，具有“高層干冷、低層暖濕”不穩(wěn)定層結(jié)；低層弱的水汽輻合使局地的水汽得到一定的積累，并且海陸風的水汽輸送為強對流的發(fā)生創(chuàng)造了水汽條件；高空輻散區(qū)疊加在地面輻合區(qū)之上，強大的抽吸效應(yīng)為地面輻合上升運動加強提供了良好的動力條件；高層?xùn)|風波偏東氣流的動量下傳推動和引導(dǎo)了地面輻合區(qū)，在一定程度上維持了雷暴的發(fā)展，并且使下沉氣流加強，造成了大風和陣風鋒。

雷暴；高層?xùn)|風波；中尺度輻合線；動量下傳

雷暴是指積雨云中發(fā)生的雷電交錯的激烈放電現(xiàn)象[1]，具有突發(fā)性強、空間尺度小等特點，對航空飛行安全危害極大。雷暴天氣的分析和預(yù)報一直以來是日常預(yù)報工作中的重點和難點。

近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者利用多種探測手段和資料對強雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展和預(yù)報業(yè)務(wù)進行了大量研究。俞小鼎等[2]綜述了目前的臨近預(yù)報業(yè)務(wù)所使用的主要技術(shù)手段，著重討論了雷暴和強對流天氣臨近預(yù)報問題；陳雷等[3]對長三角地區(qū)近10年雷暴天氣個例進行統(tǒng)計分析，從天氣學(xué)角度將這些雷暴個例大體分為槽前型、副高邊緣型、冷渦（槽后）型、副高熱對流型、東風波型；張樹民等[4]對副熱帶高壓脊線附近的江蘇兩次雷暴天氣進行了對比分析，表明在副高控制下，若有足夠的抬升機制，在500 hPa脊線附近也會觸發(fā)強對流天氣；費海燕等[5]對2004—2013年中國強雷暴天氣下的大風進行了氣候特征統(tǒng)計，其主要發(fā)生在中國中東部地區(qū)，發(fā)生時云型最多為團狀；陳勇明等[6]利用GFS0.5°×0.5°分析資料和自動氣象站、雷達等資料分析了2015-07-29浙江1次強對流過程的環(huán)流背景和觸發(fā)機制，指出當高層有東風波時配合有利的環(huán)境物理量場，再結(jié)合地面中尺度輻合線，非常容易產(chǎn)生強對流天氣。

2018-07-26午后，寧波地區(qū)自西向東出現(xiàn)了1次全市性的雷雨大風天氣，范圍廣、影響大，其中鄞州、海曙、鎮(zhèn)海等部分地區(qū)觀測到了冰雹。當日，寧波機場雷暴持續(xù)時間長達3 h 19 min，對寧波機場正常運行造成了很大的影響，較多架次的航班延誤和備降。

本文利用NECP的1°×1°再分析資料、寧波機場氣象自動觀測系統(tǒng)（AWOS）和自動氣象站觀測資料、多普勒天氣雷達產(chǎn)品和MICAPS常規(guī)觀測資料對本次過程的天氣特征及觸發(fā)機制等進行分析，以期為今后類似的天氣形勢下強對流天氣的預(yù)報和預(yù)警提供參考。

1 天氣概況

2018-07-26上午，寧波機場為較弱的偏南風，晴空無云，升溫明顯。08：00（北京時間，下同），氣溫為31.1 ℃。 12：14，達到當天最高溫度38.7 ℃，露點溫度一直穩(wěn)定在25 ℃以上。12：30前后，寧波機場被大范圍對流云團覆蓋。12：43，本場出現(xiàn)大雷雨，降雨量較大且集中。大陣雨持續(xù)時間1 h 15 min，過程雨量為43.2 mm，最大小時雨強達到24.2 mm/h。期間能見度下降至1 000 m，溫度迅速下降了5 ℃。12：45，31號跑道瞬時風速突然增大至26.3 m/s，12：48風速略減小到21.3 m/s，12：55迅速減小到8 m/s。這段時間內(nèi)13號跑道最大瞬時風速為12.5 m/s。說明此次的雷暴大風是具有局地性的下?lián)舯┝?，受雷暴高壓影響，本場風速較大，并且風向變化頻繁。

2 環(huán)流形勢和主要影響系統(tǒng)分析

如圖1（a）所示，2018-07-26T08：00，高空200 hPa形勢呈鞍型場，我國東南沿海有一類似于臺風倒槽的低壓系統(tǒng)，其屬于高層?xùn)|風波[7]，槽線位于124°E左右，寧波機場正好位于高層?xùn)|風波的槽前。鞍型場中的東風波前后都容易形成強輻散，大范圍的強對流都發(fā)生在鞍型場中。

如圖1（b）所示，高空500 hPa中高緯度呈兩槽一脊形勢，中西伯利亞有一深厚的高空槽，槽底位于40°N附近。我國東北地區(qū)有一冷渦，冷槽向西南延伸至黃河下游地區(qū)。西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）非常強盛，呈東北—西南走向，西脊點西伸至110°E，120°E脊線位置在30°N附近。588線控制華東、華中及華南地區(qū)大部分地區(qū)， 590線高壓環(huán)流中心位于朝鮮半島及其以東洋面。從風場看，浙江全省有弱的風的輻散，寧波機場位于中心附近。700 hPa和850 hPa（圖略）配置和500 hPa較一致，本場處于低層副高環(huán)流中心附近，高空引導(dǎo)氣流弱，無明顯的水汽輸送。地面圖（圖略）上，我國東北地區(qū)被冷性高壓控制，浙江省東部沿海存在明顯的氣旋性曲率。從地面到高空500 hPa氣壓場均較弱。

3 水汽和穩(wěn)定度特征分析

本文選取2018-07-26T08：00寧波機場上游地區(qū)杭州站和衢州站探空圖資料，由表1兩站的對流穩(wěn)定度參數(shù)可見，2018-07-26T08：00杭州站和衢州站的對流有效位能（Cape值）已經(jīng)有了一定的積聚，分別為2 708 J/kg和2 282.2 J/kg，指數(shù)、沙氏指數(shù)均非常理想，抬升凝結(jié)高度LCL較低。

圖1 2018-07-26T08：00的200 hPa和500 hPa的高度場和風場

表1 2018-07-26T08：00的杭州站和衢州站探空物理量參數(shù)

站點K/℃SI/℃Cape/（J/kg）CIN/（J/kg）LCL/hPaLFC/hPa 杭州站40－3.362 708160.1959.3797.3 衢州站40－4.822 282.2118.7983.5795.5

注：，，，，，分別表示為指數(shù)、沙氏指數(shù)、對流有效位能、對流抑制有效位能、抬升凝結(jié)高度、自由對流高度。

圖2 2018-07-26T08：00的杭州站探空圖及訂正結(jié)果

圖2給出了2018-07-26T08：00的杭州站探空圖，從圖2中可見，杭州上空水汽垂直結(jié)構(gòu)呈上干下濕的狀態(tài)分布，近地面層和700～850 hPa之間有相對濕度≥80%的濕層，為局地強降水發(fā)生提供了一定的水汽條件。另外，近地面有淺薄的逆溫層存在。低層以西南氣流為主，垂直風切變非常弱且風隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流；500 hPa以上風隨高度逆轉(zhuǎn)，說明高層還是有弱冷空氣的滲透?！案邔痈衫?、低層暖濕”這樣不穩(wěn)定的大氣層結(jié)易發(fā)生雷暴大風天氣。弱的垂直風切變通常表示弱的環(huán)境氣流，并且使這次的雷暴天氣移動非常緩慢，基本穩(wěn)定在原地少動。400 hPa以上為偏東到東北風，200 hPa風速達18 m/s，這正是高層?xùn)|風波槽前的偏東氣流。利用2018-07-26T12：00的寧波機場的氣壓、溫度和露點對其進行了訂正，Cape值極高，達到了10 258 J/kg，近地面稍有擾動，極易觸發(fā)對流。

充足的水汽是雷暴天氣發(fā)生的重要條件之一，水汽的垂直分布也可以體現(xiàn)大氣的層結(jié)穩(wěn)定度。圖3是沿121.5°E的相對濕度經(jīng)向垂直剖面圖，可以看出2018-07-26T08：00寧波機場上空850 hPa附近和近地面層有一定濕區(qū)，925 hPa附近有一個相對干區(qū)，這可能與逆溫層的存在有關(guān)，呈現(xiàn)出上干下濕的特征。2018-07-26T14：00雷暴發(fā)生的后期，干區(qū)已經(jīng)消失，本場700 hPa以下都是較大的濕區(qū)，近地面層相對濕度明顯大于2018-07-26T08：00的濕度。高空各層水汽通量（圖略）并沒有出現(xiàn)大值區(qū)，環(huán)境風場非常弱，沒有明顯的水汽輸送，但1 000 hPa的水汽通量散度（圖略）顯示是有弱的水汽輻合。2018-07-26雷暴發(fā)生前的露點溫度一直維持在25 ℃以上，說明前期地面弱的輻合使局地的水汽已經(jīng)有了一定的積累，并且上午出現(xiàn)的海陸風為寧波機場輸送了充足的水汽。

圖3 2018-07-26T08：00（a）和2018-07-26T14：00（b）沿121.5°E的相對濕度經(jīng)向垂直剖面圖（單位：%）

4 觸發(fā)條件分析

通過天氣形勢分析發(fā)現(xiàn)，2018-07-26這一天的大尺度環(huán)流背景與常見的雷暴天氣背景不太一致，但熱力不穩(wěn)定條件非常有利于對流天氣的發(fā)生。除了不穩(wěn)定層結(jié)和一定的水汽條件，雷暴的發(fā)生還需要有抬升觸發(fā)條件。

當日寧波機場地面強烈升溫，最高溫度達到38.7 ℃，具有較好的局地熱力抬升條件。2018-07-26T10：00左右，浙江省自動站風場資料（圖略）顯示寧波東北部沿海開始有偏東風向內(nèi)陸推進。除了系統(tǒng)性環(huán)境風的原因，由于寧波地理位置及地形的原因，夏季海陸熱力差異，白天在寧波沿海會有海風由杭州灣或象山港入侵內(nèi)陸，在市區(qū)產(chǎn)生1條或2條中尺度輻合線，在弱的大尺度環(huán)流場中尤為明顯，對對流天氣的發(fā)生有觸發(fā)作用，并為內(nèi)陸地區(qū)輸送大量的水汽。

2018-07-26T12：35，寧波洪塘-三江口-下應(yīng)形成明顯偏西風和偏東風的風場輻合線，其走向大致與鎮(zhèn)海北侖的海岸線平行，并且一直維持穩(wěn)定少動；2018-07-26T13：20，地面輻合線逐漸消失。輻合的風場受雷暴高壓影響，變成明顯的輻散場，雷暴高壓前部有大風區(qū)。

圖4（a）繪制的是 2018-07-26T08：00沿121.5°E的渦度垂直剖面圖，可以看出2018-07-26T08：00在寧波機場上空200 hPa是較強的正渦度中心，這與高層?xùn)|風波相對應(yīng)；500～850 hPa為負渦度，輻散下沉；近地面層有正渦度中心，輻合上升。高空輻散區(qū)疊加在地面輻合區(qū)之上，強大的抽吸效應(yīng)使地面輻合上升運動加強，加劇了雷暴過程。

圖4 2018-07-26T08：00沿121.5°E的渦度垂直剖面圖（a）（單位：1/s×10-5）和2018-07-26T14：00沿121.5°E的U分量經(jīng)向剖面圖（b）（單位：m/s）

圖4（b）繪制了2018-07-26T14：00沿121.5°E的U分量經(jīng)向剖面圖，負值表示東風，正值表示西風?？梢钥闯?，在高層?xùn)|風波在西移過程中，東風氣流發(fā)生了動量下傳，2018-07-26T14：00寧波機場上空變?yōu)檩^一致的偏東風。由于NECP再分析資料時間精度為6 h，不能完全判斷寧波地面中尺度輻合線的形成是否也與高層?xùn)|風波的偏東氣流動量下傳有關(guān)，因此，需要其他資料進行進一步分析。但是高空的動量下傳一方面在一定程度上維持了雷暴的發(fā)生發(fā)展，配合地面輻合線使雷暴不斷加強，范圍向東北方向擴大；另一方面，下沉氣流加強，在地面形成氣壓梯度，造成了大風和陣風鋒。隨著高層?xùn)|風波向西移動，推動和引導(dǎo)了地面輻合區(qū)，在2018-07-26T14：30杭州蕭山機場也發(fā)生了伴有大風的雷暴天氣，并持續(xù)到2018-07-26T19：00前后。

5 多普勒雷達回波特征分析

寧波機場一直沿用市氣象局的多普勒雷達，其位于慈溪達蓬山頂。該雷達顯示從2018-07-26T09：30開始，機場西南面25 km周公宅附近已經(jīng)有單獨的對流回波生成。2018-07-26T11：30前后，本場西面、西南面航路開始有大范圍分散對流回波生成，回波強度45 dBz以上，原地生消，穩(wěn)定少動。2018-07-26T12：30，本場上空云系突然增多，據(jù)值班觀測員報告，本場上空基本上都為濃積云或積雨云。如5（a）所示，2018-07-26T12：38本場西南5 km左右突然有孤立強的對流回波生成，中心強度有50～60 dBz，回波范圍逐漸向東北方向擴大。

圖5 2018-07-26T12：38（a）和2018-07-26T13：45（b）的1.5°仰角基本反射率圖

之后本場西南面的回波與西面、北面連成一片，由于環(huán)境風場很弱，地面輻合抬升強，回波的強度持續(xù)加強，范圍不斷擴大，幾乎覆蓋了整個寧波市區(qū)，慈溪、余姚等部分地區(qū)。如5（b）所示，2018-07-26T13：45雷暴主體的前沿有一段10～20 dBz的回波窄帶，與浙江省自動站瞬時風場資料（圖略）地面雷暴高壓前沿的雷暴大風較為匹配。本場一直被對流云團覆蓋，雨勢非常明顯，大陣雨從2018-07-26T13：43持續(xù)到2018-07-26T13：57，維持了1 h 14 min，本場上空的對流云團從2018-07-26T14：07才開始逐漸消散，并緩慢移出本場，雷暴主體移動至本場東面，雨勢減小。

6 結(jié)束語

2018-07-26寧波機場發(fā)生的雷暴過程帶來了短時大風和強降水等危險天氣，通過以上分析，得到以下結(jié)論：①此次雷暴過程范圍廣、影響大，天氣環(huán)流形勢呈現(xiàn)高層低壓、中低層副高系統(tǒng)的配置，高層?xùn)|風波是此次雷暴過程的主要影響系統(tǒng)。②熱力不穩(wěn)定條件極好，有大量不穩(wěn)定能量的積聚，高層有弱冷空氣滲透，形成了“高層干冷、低層暖濕”有利于對流發(fā)生的層結(jié)條件，弱的垂直風切變使雷暴移動緩慢；低層弱的水汽輻合使局地的水汽得到一定的積累，并且海陸風的水汽輸送為強對流的發(fā)生創(chuàng)造了水汽條件。③當日地面強烈升溫，最高溫度達到38.7 ℃，有較好的局地熱力抬升條件；結(jié)合地面中尺度輻合線觸發(fā)了此次雷暴的發(fā)生，同時，高空輻散區(qū)疊加在地面輻合區(qū)之上，強大的抽吸效應(yīng)使地面輻合上升運動加強，為本次雷暴提供了良好的動力條件。④高層?xùn)|風波偏東氣流的動量下傳推動和引導(dǎo)了地面輻合區(qū)，一方面在一定程度上維持了雷暴的發(fā)展；另一方面，使下沉氣流加強，造成了大風和陣風鋒。⑤雷達資料顯示發(fā)生雷暴的對流云團穩(wěn)定少動，強度持續(xù)加強，中心強度有50～60 dBz，范圍不斷向東北擴大，其長時間維持在寧波機場上空，造成了此次雷暴天氣過程。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.034

虞本穎（1988—），女，工程師，主要從事氣象預(yù)報工作。

〔編輯：張思楠〕