巴彥浩特一次強雷暴天氣成因分析

寶樂爾 殷寧潞 邱麗華 陳昱之

阿拉善盟氣象局

內蒙古阿拉善盟為內陸高原， 地處亞洲大陸腹地，遠離海洋；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，風沙偏多；常見的災害性天氣為大風、沙塵暴，而因賀蘭山地形原因，其周邊地區的雷暴、 短時強降水造成的自然災害不能小覷。本文利用常規氣象資料、區域自動站資料、衛星云圖結合雷達回波結構的診斷分析對巴彥浩特及賀蘭山周邊地區一次強雷暴天氣進行了研究，力求能認識雷暴天氣的特點、成因及演變規律，更好地保證預報服務工作。

一、天氣實況

巴彥浩特位于東經105°29′30″～105°59′3″， 北緯38°59′30″---38°40′1″，東臨賀蘭山（迎風坡），西靠騰格里沙漠邊緣，受地形和局地熱力環流的作用，夏季午后至傍晚常有對流云（濃積云、積雨云）發展和雷暴天氣出現。

2015 年7 月巴彥浩特及周邊地區共出現10 次雷電天氣。 其中7 月21 日全盟大部地區出現分布不均的陣雨， 巴彥浩特及賀蘭山山區出現強雷暴天氣，并伴有強陣雨和大風。 巴彥浩特12：48 開始出現雷暴， 主要分為兩個時間段：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 左右受強對流云團的影響， 巴彥浩特上空電閃雷鳴， 出現強陣雨，40 分鐘降水量達9 毫米左右，賀蘭山山區南寺、北寺、樊家營子均出現短時強降水，巴彥浩特市區大面積積水，因正處于下班高峰期，交通嚴重堵塞，對人們的出行造成了極大的不便。

二、環流形勢分析

7 月20 日08 時500hPa 歐亞范圍內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，阿盟處于槽底部西北、偏西氣流控制之下，588gpm 線位于我國東部沿海地區。20 日20 時高壓脊強烈向東北方向發展，中心值增強至588gpm。極地冷空氣沿脊前偏北氣流南下至阿拉善盟以北地區 （100E～110E，42N～48N）形成低渦，配合冷中心強度為-12℃。21 日08 時低渦維持少動，中心強度有所減弱，冷中心強度變為-10℃（圖略）。 21 日20 時低渦強度進一步減弱（冷中心強度為-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（圖略）。

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

海平面氣壓場上，21 日08 時冷鋒位于蒙古國中部至阿拉善盟、 蒙古國交界處 （101E～110E，42N～45N），冷高壓中心值為1015hPa。阿右旗、阿左旗大部地區受地面倒槽控制（圖略）。 17 時冷高壓中心減弱至1010hPa，冷空氣擴散南下，已分析不出明顯鋒面，但地面圖上可以找到強偏北風的前沿線。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出現中尺度低壓，強雷暴及強降水正是出現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暖區配合500 hPa 冷區形成“高冷低暖”的高低層配置，有利于不穩定層結與對流天氣的發生發展；而擴散南下冷空氣的入侵為強雷暴天氣的產生提供了有利的觸發機制[4]。

三、地面氣象要素變化特征

從地面氣象要素演變來看 （圖略），21 日08～12時氣溫逐時上升，當日最高值出現在12 時（28.2℃），并08～12 時巴彥浩特上空云量為0 成，結合云圖分析（圖略），周邊地區也無明顯云系，可看出此時段是晴熱天氣，有利于下墊面加熱。 第一階段雷暴發生過程中（12：40～14：55），相對濕度、海平面氣壓、風速等氣象要素均有略升，但升幅非常小，基本是維持狀態。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。

第二階段雷暴發生過程中（17：40～18：20），風速、氣壓、相對濕度均出現了一個快速上升的過程，海平面氣壓17：00 至18：00 升幅達到6hPa， 相對濕度從38%上升至67%。 風力猛增，17 時阿左旗機場出現了6 級大風。 氣溫則急劇下降， 迅速從25.0℃下降至18.6℃，說明有較強冷空氣入侵，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

本次過程中高空并沒有建立明顯的偏南風水汽通道，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出現了強對流引起的強降水，且強降水時間段非常短。

五、大氣層結穩定度分析

不穩定層結是形成對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、K 指數、強天氣危險指數（SWEAT）相結合，以判斷大氣層結的穩定度，SI＞0， 表示穩定；SI＜0， 表示不穩定，SI 負值越大，表示層結越不穩定。 K 指數越大，越不穩定，據統計分析，當K≥30℃，易出現雷陣雨天氣。 且雷暴出現前SWEAT 指數多在150 以上。

表2 是銀川站（因巴彥浩特無探空觀測站，故選取離巴彥浩特最近的銀川站）20～21 日各時次物理量參數統計表。可看出，從20 日08 時～21 日08 時大氣一直處于不穩定層結狀態，且為增強的趨勢，尤其是21 日08，K 指數32℃，SI 指數-2.03℃，SWEAT 指數甚至達到了200。21 日20 時當雷暴天氣結束以后，各指數變化來看，大氣層結趨于穩定[3]。

表1 2015 年7 月20～21 日各時次物理量參數統計表

21 日08 時T-Lnp 圖可以看出(圖略)，對流層低層大氣層結非常穩定，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散，使低層變得更暖，高層相對干冷，不穩定能量得以大量積累[2]。

用21 日11 時溫度、 露點實況數據對T-Lnp 圖進行訂正后，銀川市CAPE 值從525J/千克增至908J/千克（圖略）。 同時，21 日巴彥浩特地面為偏東風、偏南風控制，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，增強了不穩定能量的聚集；21 日下午，隨著干冷空氣的入侵，觸發不穩定能量，產生雷暴和強陣雨。

六、雷達回波特征

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流回波生成發展，屬積云性降水回波，巴彥浩特上空回波強度在40～45dBZ（圖4a）。在偏西氣流引導作用下，回波向東移動，受到賀蘭山地形作用強度加強，并與賀蘭山山區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 阿左旗機場到巴彥浩特之間形成強回波單體， 中心強度55～60 dBZ（圖4b）。當天也是造成了巴音浩特上空短時冰雹天氣。 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程中得到增強，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近2 個小時的原因。

15：33 分巴彥浩特西邊60～90KM 范圍有一近南北向回波區， 有若干個強回波中心， 中心強度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位置有一條輻合區，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）。 隨著回波區向東向南移動，強度不斷增強，16：50 巴彥浩特西邊20～40KM 處形成強度在55～60 dBZ 的鉤狀回波， 速度圖上也可以找到旋轉速度在10 米/秒左右的渦旋， 因沒有體掃數據，該處無法確認是否為中氣旋（圖略）。 2°、4°仰角平掃圖上，強回波后側均有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，中層懸垂回波，回波頂位于低層弱回波區之上。 速度圖上，體現出低層輻合，高層輻散（圖4d）。 綜上看，此處可能出現冰雹等災害性天氣。 隨后60 dBZ 的強回波維持少動，17：22 演變為近東西向的帶狀回波 （圖4e）。 17：46 分帶狀回波東移南壓至巴彥浩特上空，強度減弱至50～55dBZ（圖4f）。 巴彥浩特及周邊地區開始出現伴有強陣雨，陣風的強雷暴天氣[1]。 對比兩個階段雷暴天氣，可看出，第一階段屬于積云性降水回波， 其特點為分散的塊狀， 結構密實， 強度一般在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，其特點為組織性強，強度一般在50dBZ 以上，存在"V"型缺口，弱回波區及懸垂回波，造成的天氣為伴有強陣雨、大風的強雷暴。

圖4 雷達回波圖

六、結論

1. 本次雷暴分為兩個階段，第一階段雷暴是由熱力作用與地形作用造成，降水量很小，主要表現為干雷暴，持續時間較長。第二階段雷暴是由擴散南下冷空氣觸發， 伴有強陣雨、 陣風， 局部地區有短時強降水。其強度要比第一階段雷暴強，但持續時間較短。

2. 500 hPa 冷槽與地面倒槽、850 hPa、700 hPa 暖區形成"高冷低暖"的高低層配置，增加了大氣層結不穩定度， 而擴散南下冷空氣的觸發作用，導致不穩定能量得以釋放，產生了強雷暴天氣。

3. 第一階段雷暴發生過程中，相對濕度、海平面氣壓、風速等氣象要素變化幅度較小， 基本是維持狀態。而第二階段雷暴發生前后，氣象要素和大氣層結指數發生了明顯的變化， 很好地反應了冷暖空氣及地面形勢場的變化特征。

4.雷達回波可以更直觀地顯示影響系統發生、發展變化的特征。當出現有利于雷陣雨天氣發生的環流形勢時， 值班預報員應結合衛星云圖，密切注意雷達回波演變特征，準確判斷和把握影響系統的移向移速、強對流天氣的發生發展動態等，有助于提高氣象預報服務保障水平。

[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.烏魯木齊國際機場一次強雷暴天氣分析[J].氣象,2006,32(7)：58-63.

[3]紀曉玲,劉慶軍,劉建軍,沈陽.一次蒙古冷渦影響下寧夏強對流天氣分析[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.銀川河東機場一次冷鋒雷暴天氣探測分析[J].寧夏大學學報（自然科學版）,2009,30(2)：170-173.