廊坊市雷暴日特征分析

孟憲群

摘要 本文首先通過分析廊坊市轄區內9個氣象觀測站的雷暴歷史資料，得出雷暴日統計特征；其次通過分析廊坊市雷暴日環流形勢及配置特征，對廊坊市雷暴日高度場、溫度場和海平面氣壓場進行環流分型；再次是通過對廊坊市周邊3個站的探空資料進行分析，得出雷暴發生日8：00 TlogP圖各個物理量的差異。從而揭示廊坊市雷暴日環流特征和各個物理量的指向性，總結雷暴發生前氣象規律，為廊坊市雷暴災害的預報和服務提供參考。

關鍵詞 雷暴；特征分析；河北廊坊

中圖分類號 P446 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）04-0192-08

Abstract Through analysis on thunderstorm history data from 9 weather observation stations in Langfang City，the statistical characteristics of thunderstorm days were concluded. The thunderstorm day′s circumfluence types of height field，temperature field，sea level pressure field were conducted by analyzing the circumfluence situation and configuration characteristics of thunderstorm days in Langfang City. The radiosonde data of 3 nearby stations were analyzed to educe differences of physics quantities of TlogP chart on 8：00 of thunderstorm days. The circumfluence characteristic and the directionality of physics quantities in thunderstorm days were revealed，weather law before thunderstorm was summarized，so as to provide references for forecast service of thunderstorm disaster in Langfang City.

Key words thunderstorm；characteristic analysis；Langfang Hebei

1 雷暴日的統計特征

1.1 雷暴的定義

雷暴是發展旺盛的強對流現象，是伴有強風驟雨、雷鳴閃電的積雨云系統的統稱[1]。雷暴這種強對流天氣過程是一種嚴重災害性天氣，與其他災害天氣相比，它具有時間的瞬時性、季節性和頻繁性，空間分布的廣泛性、分散性和局地性等特點[2]。

1.2 資料與方法

分析所用資料為廊坊轄區三河市、大廠縣、香河縣、廊坊市區、固安縣、永清縣、霸州市、文安縣、大城縣9個氣象觀測站的觀測資料，考慮各站建站時間不一致，加之2014年起氣象部門取消雷暴觀測，故采用1964—2013年50年各站共有觀測資料進行對比分析，其中永清縣1996—1997年觀測數據缺測。

通過對9個站50年雷暴觀測數據梳理匯總，統計各站月、季、年雷暴出現天數和出現時間，揭示雷暴變化情況，總結雷暴發生規律。

1.3 時空分布特征

1.3.1 廊坊市各站雷暴初終日。數據統計結果表明，廊坊市雷暴最早初日出現時間為3月12日，出現年份為2013年，同時出現在文安站和大城站，最晚終日出現時間各站均為11月9日，出現年份為1982年、2004年以及2009年。具體見表1。

1.3.2 雷暴日的月、季、年統計特征。資料統計結果顯示：廊坊市年平均雷暴日30.5 d，雷暴日最多年份是1967年（43.8 d），其次是1990年（42.6 d）、1986年（40.4 d）；雷暴日最少年份是1981年（18.7 d），其次是2010年（19.0 d）、1997年（20.0 d）。具體見圖1。

雷暴在一年四季中均可出現，以第三季度（7—9月）出現次數為最多，平均為18.5 d，占全年雷暴日數的60%；其次是第二季度（4—6月）平均為11.2 d，占全年雷暴日數的37%；第四季度（10—12月）出現0.7 d，占全年雷暴日數的2%；第一季度（1—3月）最少，出現0.1 d，見圖2。

廊坊市雷暴日以7月出現為最多，平均為9 d，占全年雷暴日數的30%；其次是6月，7.1 d，占全年雷暴日數的23%；8月6.5 d，占全年雷暴日數的21.3%；1月、2月、12月無雷暴出現，具體月分布見圖3。

1.3.3 地理分布特征。廊坊市各縣市行政區劃是一個南北向的狹長區域，通常分為南部（包括大城、文安、霸州）、中部（包括永清、固安、廊坊）、北部（包括香河、大廠、三河）3個區域。

近50年廊坊市各氣象站年平均雷暴日數基本在26 d以上（表2），除香河、文安、大城低于30 d外，其余站點年平均雷暴日數均在30 d以上，其中北部、中部年平均雷暴日數均在31 d以上，南部僅為28.4 d，這表明廊坊市雷暴天氣具有區域性的變化特征，這一統計特征說明廊坊市中北部的雷暴日數明顯多于南部的文安和大城[3]。50年中各站年最少次數為12 d（1998年），出現在大城站，年最多次數為54 d（1967年），出現在固安站。

1.3.4 年代際變化特征。廊坊市雷暴日數隨年代變化呈小幅波動下降的趨勢，這符合陳思蓉等[4]報道的雷暴年際變化特征。且北、中、南3個區域內歷年雷暴天數的峰谷規律和變化趨勢基本一致（剔除永清1996年和1997年缺測因素）（圖4、5、6）。

2 雷暴天氣的環流形勢及配置特征

2.1 資料與方法

利用1999—2013年MICAPS氣象資料和廊坊市氣象臺發明的25點相關系數法（利用ECMWF粗網格資料，廊坊市周邊110°～120°E，32.5°～42.5°N范圍內25個格點，將高空環流分為7種，地面環流分為8種，檢索歷史資料找到相似環流形勢）對逐日500、700、850 hPa高度、溫度場和海平面氣壓場進行環流分型，得到槽前西南氣流、低渦、高壓脊內、橫槽、脊前西北氣流、平直西風環流、陡強脊前偏北氣流等7種高空環流形勢場；得到冷槽、冷槽后部、冷槽前部、冷中心、南高北低、暖脊、暖脊前部、暖中心8種溫度場配置；得到鞍形場、變性高壓、倒槽、低壓、高壓底部、高壓后部、高壓前部、回流8種地面環流形勢場。

2.2 雷暴的大氣環流形勢特征

通過統計分析，得到廊坊市雷暴發生日當天8：00地面環流形勢場資料共有715次，各地面環流類型下雷暴發生的比例如圖7所示。可見，當廊坊市地面為高壓底部、高壓后部、低壓和回流形勢控制時，發生的雷暴日占雷暴總日數的比例較高，均≥12%，在鞍形場控制下發生雷暴的比例最小，僅占3%。

在上述8類地面環流形勢控制下，對應500 hPa環流場分型（圖8）為平直西風環流型、脊前西北氣流型、槽前西南氣流型3類時，當天發生雷暴的可能性較大，3個類型總的統計概率均在88.8%～100.0%，與卓 鴻等[5]不同類型大尺度環流背景下首都國際機場的雷暴特征分析500 hPa形勢分型相一致；若同時700 hPa環流場為平直西風環流、槽前西南氣流型、脊前西北氣流型時，當天發生雷暴的統計概率為68.6%～94.4%。此外，在8類地面環流形勢控制下，當500 hPa溫度場分型（圖9）為南高北低型、冷槽前部型、暖脊型3類時，當天發生雷暴的可能性較大，3個類型總的統計概率為89.7%～100.0%。

2.3 雷暴的高、低空環流形勢配置特征

雷暴天氣發生時，其海平面氣壓場和500、700、850 hPa各層高度場、溫度場的高、低空配置比較復雜，配置類型可達200余種，為了便于業務應用和參考，以海平面氣壓場和500 hPa高空環流形勢配置為代表進行分析和歸納。結合雷暴發生時地面的8類環流形勢場，分別統計出了雷暴日8：00地面環流形勢場與高空500、700、850 hPa高度場、溫度場的高、低空配置，為雷暴預報提供參考依據和思路。

表3列出了地面為高壓底部控制下，廊坊市上空500、700、850 hPa高度場和溫度場的配置類型，可以看出，雷暴發生時以地面為高壓底部和500 hPa平直西風環流的配置最常見，出現此類配置總次數為30次，占17.6%；以地面為高壓底部和500 hPa槽前西南氣流高度場下的配置次之，出現此類配置總次數為17次，占10%；以地面為高壓底部和500 hPa脊前西北氣流高度場下的配置列第3位，出現此類配置總次數為12次，占7.1%。

此外，地面高壓底部與500、700、850 hPa均為槽前西南氣流場結合500、700、850 hPa均為冷槽前部溫度場的高低空配置較多見，出現6次；地面高壓底部與500 hPa平直西風環流高度場、700 hPa和850 hPa為槽前西南氣流高度場結合500、700、850 hPa均為南高北低溫度場的高低空配置次之，出現5次；地面高壓底部與500hPa和700 hPa為平直西風環流高度場、850 hPa為槽前西南氣流結合500 hPa南高北低溫度場、700hPa和850 hPa為暖脊溫度場的高低空配置列第3位，出現4次。

表4列出了地面為高壓后部的形勢與廊坊上空500、700、850 hPa高度場和溫度場的配置類型，其中以地面為高壓后部和500 hPa槽前西南氣流的高、低空配置最常見，出現此類配置總次數為25次，占17.2%；以地面為高壓后部和500 hPa平直西風環流的配置次之，出現此類配置總次數為21次，占14.5%；以地面為高壓后部和500 hPa脊前西北氣流的配置列第3位，出現此類配置總次數為2次，占1.4%。

此外，地面高壓后部與500 hPa平直西風環流、700 hPa和850 hPa均為槽前西南氣流結合500、700、850 hPa均為暖脊溫度場的高低空配置為最多，共出現5次。

表5列出了地面為低壓的形勢與廊坊上空500、700、850 hPa的高度場和溫度場的主要配置類型，以地面為低壓和500 hPa為槽前西南氣流的配置最常見，出現此類配置總次數為16次，占14.5%；以地面為低壓和500 hPa平直西風環流的配置次之，出現此類配置總次數為11次，占10%；以地面為低壓和500 hPa脊前西北氣流高度場下的配置列第3位，出現此類配置總次數為2次，占1.8%。

從表5可以看出，地面為低壓控制與500、700 hPa為平直西風環流、850 hPa為槽前西南氣流結合500 hPa和700 hPa為南高北低溫度場、850 hPa為暖脊的高低空配置最多，共出現4次。

表6列出了廊坊市地面為回流形勢控制時與上空500、700、850 hPa的高度場和溫度場的主要配置類型，以地面為回流形勢和500 hPa平直西風環流的配置最常見，出現此類配置總次數為7次，占8.1%。從表6可以看出，地面回流與500 hPa和700 hPa為平直西風環流、850 hPa為槽前西南氣流結合500、700、850 hPa均為南高北低溫度場的高低空配置最多，共出現3次。

表7列出了廊坊市地面為高壓前部控制時與上空500、700、850 hPa的高度場和溫度場的主要配置類型，其中以地面為高壓前部和500 hPa槽前西南氣流的配置最常見，出現此類配置總次數為10次，占13.2%；以地面為高壓前部和500 hPa平直西風環流高度場下的配置次之，出現此類配置總次數為7次，占9.2%；以地面為高壓前部和500 hPa脊前西北氣流高度場下的配置列第3位，出現此類配置總次數為3次，占3.9%。

從表7可以看出，地面高壓前部與500、700、850 hPa均為槽前西南氣流結合500、700、850 hPa均為冷槽前部的高低空配置最多，共出現3次；同時地面高壓前部與500、700、850 hPa均為槽前西南氣流結合500、850 hPa為冷槽前部溫度場、700 hPa南高北低溫度場也出現3次，地面高壓前部與500 hPa為平直西風環流、700 hPa和850 hPa均為脊前西北氣流高度場結合500 hPa和700 hPa為南高北低溫度場、850 hPa為冷槽前部溫度場的高低空配置也出現3次，地面高壓前部與500、700、850 hPa均為脊前西北氣流高度場結合500 hPa和700 hPa為南高北低溫度場、850 hPa為暖脊溫度場的高低空配置也是出現3次。

表8列出了廊坊市地面為變性高壓控制時與上空500、700、850 hPa高度場和溫度場的主要配置類型，其中以地面為變性形高壓控制和500 hPa平直西風環流的配置最常見，出現此類配置總次數為6次，占10%。從表8可以看出，地面變性高壓控制與500、700、850 hPa均為槽前西南氣流高度場結合500、700、850 hPa均為冷槽前部溫度場的高低空配置最多，共出現3次。

表9列出了廊坊市地面為倒槽形勢控制下與廊坊市上空500、700、850 hPa高度場和溫度場的主要配置類型，其中以地面為倒槽和500 hPa槽前西南氣流的配置常見，出現此類配置總次數為8次，占16%。從表9中可以看出，地面倒槽與500 hPa平直西風環流、700 hPa和850 hPa均為槽前西南氣流結合500 hPa和850 hPa為南高北低溫度場、700 hPa為暖脊控制的高低空配置最多，共出現3次。

表10列出了廊坊市地面為鞍型場形勢控制下與廊坊上空500、700、850 hPa高度場和溫度場的主要配置類型，可以看出，地面鞍型場與500、700、850 hPa均為槽前西南氣流結合500 hPa和700 hPa為南高北低溫度場形勢以及850 hPa為冷槽前部的高低空配置較常見，共出現2次，同時地面鞍型場與500 hPa平直西風環流、700 hPa和850 hPa均為槽前西南氣流結合500 hPa和700 hPa為南高北低、850 hPa為暖脊的高低空配置也出現了2次。

3 雷暴日TlogP指標分析

3.1 資料與方法

指標分析所用資料為張家口站（54401）、北京站（54511）、邢臺站（53798）3個站的探空資料。通過分析3個站2004—2013年共10年中雷暴發生日8：00 TlogP圖的A指數、K指數、SI指數、CAPE、W_cape、LFC_p、LI共7個描述不穩定條件的因子[6]預報意義，得出廊坊市雷暴發生日8：00各物理量的預報指示意義。

3.2 指標分析

3.2.1 A指數。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，A指數各478個數據，統計匯總情況見表11。A指數為850 hPa與500 hPa溫度差減去850、700、500 hPa 3層的溫度露點差之和。3個站A指數最大值均超過20，最小值為-70左右。統計得出：A指數在-20～20之間時，A指數占比張家口站>邢臺站>北京站，分別為89.5%、84.7%、78.2%；A指數在-10～20之間時，A指數占比也是張家口站>邢臺站>北京站，分別為80.8%、72.2%、68.0%。

3.2.2 K指數。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，張家口站、邢臺站K指數各478個數據，北京站477個數據，統計匯總情況見表12。

K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700，第1項為850 hPa與500 hPa溫度差，代表溫度遞減率，第2項為850 hPa露點，表示低層水汽條件，第3項為700 hPa溫度露點差，反映中層飽和程度和濕層厚度。K指數是反映中低層穩定度和濕度條件的綜合指標。3個站K指數最大值均超過40，最小值在-41～-25之間。統計得出：3個站K≥0的占比均超過94%，K≥20占比張家口站>邢臺站>北京站，分別為81.0%、79.7%、79.7%。

3.2.3 SI指數。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，SI指數各478個數據，統計匯總情況見表13。SI=T500-T′，SI是指小空氣塊由850 hPa干絕熱地上升到抬升凝結高度，然后再按濕絕熱線上升到500 hPa，在500 hPa上的大氣實際溫度（T500）與上升氣塊到達500 hPa溫度（T′）的差值。如果氣塊溫度T′小于環境溫度T500，則SI>0表示氣層較穩定；反之，SI<0表示氣層不穩定。可見SI是反映氣層穩定度的指標。

3個站SI指數最大值在15～23之間，最小值為-7左右。統計得出：3個站SI≥0的占比均超過60%，SI<0占比均在30%左右，統計數據的指向性與SI定義相左，需進一步分析是否有鋒面或逆溫存在。SI指數在-3～12之間時，SI指數占比張家口站>邢臺站>北京站，分別為92.3%、89.1%、87.4%。

3.2.4 CAPE。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，張家口站CAPE 266個數據，北京站CAPE 374個數據，邢臺站CAPE 375個數據，統計匯總情況見表14。

CAPE在TlogP圖中表示由層結曲線和狀態曲線相交的正面積區，體現了不穩定能量的大小。值越大，越不穩定。

3個站中張家口站CAPE最大值超過1 900，而北京站、邢臺站最大值均在3 400以上。3個站CAPE最小值均在1以下。統計得出：3個站CAPE≥50占比邢臺站>北京站>張家口站，分別為74.9%、66.8%、55.6%；CAPE≥900占比也是邢臺站>北京站>張家口站，分別為20.3%、16.6%、4.1%。

3.2.5 W_cape。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，張家口站W_cape 266個數據，北京站W_cape 374個數據，邢臺站W_cape375個數據，統計匯總情況見表15。

W_cape在TlogP圖中表示氣塊的最大上升速度。

3個站中，張家口站W_cape最大值在60以上，而北京站、邢臺站最大值均在80以上。3個站W_cape最小值均在1以下。統計得出：3個站W_cape>5占比邢臺站>北京站>張家口站，分別為87.5%、79.4%、71.4%，而3個站W_cape>10占比也是邢臺站>北京站>張家口站，分別為74.9%、66.8%、55.6%。

3.2.6 LFC_p指數。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，張家口站LFC_p指數267個數據，北京站LFC_p指數374個數據，邢臺站LFC_p指數375個數據，統計匯總情況見表16。

LFC_P指數在TlogP圖中表示自由對流高度。即氣塊由穩定狀態轉入不穩定狀態的高度，就是說在此高度以上，大氣不穩定。

3個站LFC_p指數最大值均為1 000左右，最小值均在400左右。統計得出：3個站LFC_p>500占比邢臺站=北京站>張家口站，分別為98.7%、98.7%、97.0%，而3個站LFC_p>850占比是北京站>邢臺站>張家口站，分別為46.8%、38.4%、37.1%。

3.2.7 LI指數。3個站2004—2013年共10年TlogP圖中，LFC_p指數各478個數據，統計匯總情況見表17。

LI抬升指數即氣塊沿濕絕熱線上升到500 hPa處所具有的溫度減去該處實際大氣溫度得到的差值，是一種表示自由對流高度以上不穩定能量大小的指數。

3個站LI指數最大值在20～25之間，最小值在-10～-5之間。統計得出：3個站LI指數在-3～12之間時，3個站占比張家口站>北京站>邢臺站，分別為92.3%、81.0%、80.5%。

3.3 3個站TlogP圖指數綜合分析

統計匯總表11～17，得出廊坊市雷暴發生日8：00，張家口、北京、邢臺3個站TlogP圖的A指數、K指數、SI指數、CAPE、W_cape、LFC_p、LI共7個指數的指向性規律，用于指導雷暴的預報工作：A指數在-20～20之間時，張家口站優于邢臺站、北京站；K指數≥20時，張家口、邢臺、北京3個站K指數性能接近，張家口略優；SI指數統計數據指向性與其定義相左，需要進一步研究；CAPE在≥900時，邢臺站優于北京站、張家口站；W_cape>5時，邢臺站優于北京站、張家口站；LFC_p指數>500時，邢臺、北京、張家口3個站性能接近，邢臺略優，而當LFC_p>850時，北京站優于邢臺站、張家口站；LI指數在-3～12之間時，張家口站優于北京站、邢臺站。

4 結論

（1）廊坊市雷暴在一年四季中均可出現，第三季度出現次數最多，第四季度最少，地理分布上中北部明顯多于南部。

（2）利用廊坊市氣象臺發明的25點相關系數法得出的500 hPa環流場分型為平直西風環流型、脊前西北氣流型、槽前西南氣流型3類時，當天發生雷暴的可能性較大；500 hPa溫度場分型為南高北低型、暖脊型、冷槽前部型3類時，當天發生雷暴的可能性較大。但雷暴日高、低空環流配置十分復雜，需要做深層次研究。

（3）廊坊市周邊3個探空站TlogP圖A指數、K指數、SI

指數、CAPE、W_cape、LFC_p、LI等7個指數對廊坊市雷暴天氣預報意義各有優劣，需在實際工作中進一步總結其規律性。

在天氣概念模型判別基礎上，再進行雷暴物理量診斷判別，能起到進一步消空作用，降低空報率，提高預報準備率，本文未涉及，可以參照秦春明[7]環渤海地區雷暴中短期預報方法研究做進一步分析。

5 參考文獻

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