錦州市雷暴時空分布及環(huán)流特征

紀源 白雪 史虹婷 胡明 婁芳蕾 趙碩

摘要：利用micaps常規(guī)天氣資料對2006-2013年錦州地區(qū)雷暴天氣過程從時空分布和環(huán)流分型兩方面進行詳細分析。結果表明，錦州雷暴日數(shù)的年際變化無明顯增多或減少趨勢，月分布呈單峰型，6月為峰值，平均每月出現(xiàn)10.9個雷暴日；雷暴日變化十分明顯， 多出現(xiàn)在11：00（中午）至23：00（夜間）；受冷渦系統(tǒng)影響，連續(xù)2 d以上出現(xiàn)雷暴占總雷暴日的63.7%；區(qū)域性雷暴過程占總雷暴日的55.0%，略多于局地性雷暴過程；雷暴最早出現(xiàn)在2月下旬，最晚出現(xiàn)在11月中旬；雷暴地域差異不明顯。錦州市雷暴的大尺度環(huán)流背景場主要分為冷渦型和西風槽型。二者的主要區(qū)別在于前者以經(jīng)向型環(huán)流為主，受河套低渦或東北冷渦影響，后者則以緯向型環(huán)流為主；冷渦型又分為冷（低）渦直接影響型、底部短波槽型和后部橫槽型。其主要區(qū)別在于冷（低）渦直接影響型，其渦位置偏南，雷暴出現(xiàn)在渦后偏北氣流內；而后兩種類型其低渦位置偏北，渦底短波槽或渦后橫槽下擺觸發(fā)雷暴天氣，槽前西南氣流和槽后西北氣流內均可出現(xiàn)雷暴天氣。

關鍵詞：雷暴；時空分布；環(huán)流形勢；東北冷渦；河套低渦

中圖分類號：P42 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）08-0043-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.08.011

Temporal and Spatial Distribution and Circulation Characteristics

of Thunderstorms in Jinzhou

JI Yuan1，BAI Xue2，SHI Hong-ting2，HU Ming2，LOU Fang-lei2，ZHAO Shuo2

（1.Heishan County Meteorological Bureau， Heishan 121400，Liaoning，China；2.Jinzhou Meteorological Bureau，Jinzhou 121000，Liaoning，China）

Abstract： Based on the conventional meteorological data，the thunderstorm weather process in Jinzhou during the 2006-2013 years was analyzed in detail from two aspects of the temporal and spatial distribution and the circulation pattern. The results showed that the annual variation of thunderstorm days in Jinzhou had no obvious increasing or decreasing trend； The monthly distribution was unimodal，with the peak value in June，and there were 10.9 thunderstorm days on average per month； The diurnal variation of thunderstorm was very obvious，mostly from 11：00（noon） to 23：00（eve）； Affected by the cold vortex system，more than 2 consecutive days of thunderstorm accounted for 63.7% of the total； Area thunderstorm accounted for 55.0%，slightly more than the local thunderstorm； Thunderstorm first appeared in late February，the latest in mid November； Thunderstorms regional difference was not obvious. Large scale circulation background of thunderstorm in Jinzhou city was divided into cold vortex type and westerly trough type. The main difference between the two lies in the former was dominated by meridional circulation，affected by the northeast cold vortex or Hetao vortex，but the latter was dominated by zonal circulation. Cold vortex type was divided into cold（low） vortex directly influence type，bottom trough type and rear cross trough type. The direct influence type of the cold（low） vortex was characterized by the south of the vortex position and the thunderstorm occurring in the west airflow behind the vortex； But in the latter two types，the vortex position was northerly，and the short wave trough at the bottom or the cross trough back of the vortex swinging downward trigger thunderstorm weather，thunderstorm weather could occur in the southwest airflow in front of the trough or the northwest airflow behind the trough.

Key words： thunderstorm； temporal and spatial distribution； circulation situation； northeast cold vortex； Hetao vortex

雷暴是伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣。它產(chǎn)生在強烈的積雨云中，因此常伴有強烈的陣雨或暴雨，有時伴有冰雹和龍卷風，屬強對流天氣系統(tǒng)，常給國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成嚴重損失，但由于強對流天氣空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強等特點，強對流天氣的預報和研究一直是氣象工作者關注的重點之一，也是天氣預報業(yè)務中的難點。而目前關于雷暴天氣的研究相對較少，雷暴作為典型的中小尺度強對流天氣現(xiàn)象，分析其相關的天氣氣候特征及變化，對于加深氣象災害規(guī)律的理解及預防有重要意義。

雷暴的發(fā)生需要層結不穩(wěn)定、水汽條件和抬升條件。近年來，隨著探測手段的發(fā)展，雷達、衛(wèi)星、閃電定位等先進儀器的應用使對雷暴天氣的觀測和短時臨近預報研究更加深入[1-3]。但雷暴天氣的氣候和天氣特征、環(huán)流形勢分型、雷暴潛勢分析和物理量診斷等對于雷暴天氣預報仍有重大作用。楊曉玲等[4]對河西走廊東部雷暴災害的時空分布特征及短時臨近預報進行研究；章翠紅[5]、紀曉玲等[6]分別對京津冀地區(qū)和寧夏地區(qū)雷暴天氣過程的環(huán)流分型和環(huán)境場特征進行分析；李桑等[7]的研究指出雷暴頻次的高低與西太平洋副熱帶高壓的強弱密切相關；郭鳳霞等[8，9]研究了雷暴相關的環(huán)境初始場的溫濕層結，認為對流有效位能和濕度共同影響對流的發(fā)展；王秀明等[10]對雷暴觸發(fā)機制與抬升作用及其與天氣系統(tǒng)的關系和雷暴發(fā)生三要素“足夠”的問題進行了較深入的探討；尤偉等[11]、張翠華等[12]對青藏高原雷暴天氣特征進行分析，指出青藏高原雷暴天氣具有與平原雷暴天氣不同的特征，大氣層結一般為弱不穩(wěn)定。

錦州地處遼寧省西南部，地勢特征是西北高，東南低，東北部義縣和北鎮(zhèn)市交界處有醫(yī)巫閭山脈，西北部有松嶺山脈，地形復雜，除冬季外，春、夏、秋三季節(jié)均易受雷暴等對流天氣侵襲，但對于錦州地區(qū)強對流天氣的研究較少，基于2006-2013年錦州地區(qū)雷暴過程的統(tǒng)計分析，總結錦州地區(qū)雷暴天氣的時空分布、環(huán)流形勢特征，為今后雷暴天氣的潛勢預報提供一定參考。

1 資料與樣本

根據(jù)2006-2013年錦州地區(qū)5個常規(guī)觀測站（錦州市區(qū)、凌海市、義縣、北鎮(zhèn)、黑山）的地面觀測資料，確定雷暴天氣樣本。若某日中至少有1個站出現(xiàn)雷暴，則將該日定為1個雷暴日。在一個雷暴日內至少有3個站出現(xiàn)雷暴，則定義為一次區(qū)域性雷暴過程，至少有2個站出現(xiàn)雷暴，則定義為一次局地性雷暴過程。雷暴環(huán)流形勢分析選取micaps常規(guī)高空和地面天氣圖進行分析研究。

2 錦州雷暴時間、空間的分布特征

2.1 雷暴日數(shù)的年際變化

錦州市雷暴日數(shù)的年際變化見圖1。從圖1可以看出，雷暴日數(shù)的年際變化并沒有呈現(xiàn)出明顯的增加或者減少的趨勢，年雷暴日數(shù)一般在30～50 d，平均每年43 d。2008年雷暴日數(shù)最多，為54 d；2013年雷暴日數(shù)最少，為33 d。

2.2 雷暴日數(shù)月分布

錦州市雷暴日數(shù)的月分布見圖2。從圖2可以看出，雷暴月分布呈單峰型，全年2-11月均有雷暴天氣出現(xiàn)，1-4月曲線緩慢上升，從5月開始，雷暴天氣明顯增多，6月達到峰值，每月平均出現(xiàn)10.9 d，7月為次多月，每月平均出現(xiàn)9.4 d，之后雷暴日數(shù)明顯下降，12月和1月無雷暴天氣。經(jīng)統(tǒng)計，6月和7月的雷暴日數(shù)之和占全年的47%，5-8月的雷暴日數(shù)之和占全年的75%。

2.3 雷暴日變化

由圖3可以看出，將一日24 h分8個時間段，每3 h為一個時間段，統(tǒng)計錦州站2006-2011年雷暴天氣出現(xiàn)時間（2012年開始夜間不再記錄雷暴發(fā)生時間）。結果表明，雷暴存在明顯日變化，一日任一時間段均有雷暴發(fā)生，但主要集中在11：00（中午）到23：00（夜間），出現(xiàn)雷暴頻率最多的時間段為17：00-20：00（傍晚），其次為11：00-14：00（中午），半夜到上午雷暴出現(xiàn)頻率較低，但5：00-8：00出現(xiàn)頻率稍高。

2.4 雷暴的持續(xù)性特征

由于雷暴多受冷渦系統(tǒng)影響，東北冷渦持續(xù)時間較長，一般在3～4 d或以上，而雷暴天氣在冷渦系統(tǒng)前后均有可能出現(xiàn)，所以雷暴持續(xù)性特征明顯，經(jīng)常連續(xù)2 d以上出現(xiàn)雷暴天氣，最長連續(xù)8 d出現(xiàn)雷暴。統(tǒng)計錦州市5個常規(guī)觀測站2006-2013年共8年的地面觀測資料，錦州共出現(xiàn)344個雷暴日，其中連續(xù)2 d以上出現(xiàn)雷暴達到219 d，占總雷暴日的63.7%，5-7月雷暴的連續(xù)日數(shù)最多，分別占月總雷暴日數(shù)的66.7%、87.4%和73.3%。6月出現(xiàn)過2次連續(xù)8 d出現(xiàn)雷暴天氣，一次出現(xiàn)在2012年6月8日至15日，另一次為2013年6月26日至7月3日。

2.5 錦州市區(qū)域性與局地性雷暴日數(shù)分布特征

由圖4可知，2006-2013年錦州地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性雷暴過程191次，局地性雷暴過程153次。從區(qū)域性和局地性雷暴的月分布特征分析，2、3月雷暴出現(xiàn)幾率小且均為局地性雷暴，5、6月區(qū)域性雷暴明顯多于局地性雷暴，4、7、8、10、11月區(qū)域性雷暴略多于局地性雷暴，9月則相反。

2.6 雷暴初、終日

錦州市逐年雷暴初、終日對比見表1。由表1可知，雷暴初日出現(xiàn)在2月下旬至5月上旬，2010年出現(xiàn)最早，在2月24日，2006年出現(xiàn)最晚，在5月4日；雷暴終日一般出現(xiàn)在10月中旬至11月中旬，2013年出現(xiàn)最早，在10月10日，2010年出現(xiàn)最晚，在11月11日。

2.7 錦州雷暴空間分布特征

利用錦州市5個常規(guī)站2006-2013年雷暴資料統(tǒng)計（圖5）分析可知，錦州市各站雷暴日數(shù)存在地域差異，但差異較小，出現(xiàn)雷暴次數(shù)最多站為凌海，年平均出現(xiàn)27.0次；次多站為錦州，年平均出現(xiàn)25.6次；黑山最少，年平均出現(xiàn)20.0次?？傮w呈現(xiàn)出南部多、東部少的特征。

3 錦州市雷暴環(huán)流形勢

3.1 雷暴天氣分型

對錦州市2006-2013年344例雷電過程的大尺度環(huán)流背景場進行分析，根據(jù)500 hPa環(huán)流形勢主要分為高空冷渦（低渦）型和西風槽型。高空冷渦（低渦）型又可分為冷（低）渦直接影響型、冷（低）渦底部短波槽型、冷（低）渦后部橫槽型。

3.2 雷暴天氣環(huán)流形勢特點

3.2.1 高空冷渦（低渦）型

1）冷（低）渦直接影響型。此類型多為貝湖冷渦東移南下或河套低渦東移到120°E-140°E、30°N-50°N，其后部影響錦州區(qū)。河套低渦型500 hPa前期環(huán)流形勢：烏拉爾山附近為一冷槽，東北為冷性低渦（槽）控制，貝湖以西到新疆地區(qū)受高壓脊控制。當高壓脊向東北方向發(fā)展時，冷渦槽底冷空氣斷裂，冷渦主體東移，被切斷的冷空氣在河套地區(qū)形成低渦向東移動，移動到海上后低渦發(fā)展，錦州區(qū)受其后部偏北氣流影響。貝湖冷渦東移南下型500 hPa前期環(huán)流形勢：貝湖以西的廣大地區(qū)受一強大的高壓脊控制，而貝湖以東受低值系統(tǒng)控制，在貝湖地區(qū)有冷性低渦，東部的阻塞高壓未建立。當西部高壓脊發(fā)展，脊前西北氣流引導貝湖冷渦東移南下，由于東部地區(qū)無阻塞高壓阻擋，冷渦東移南下經(jīng)蒙古-遼寧最終到達海上，錦州區(qū)受其后部影響。850 hPa多受暖脊控制，地面一般受低壓后部、底部或弱低壓影響，500 hPa冷空氣疊加在850 hPa暖脊之上觸發(fā)雷暴天氣（圖6）。

2）冷（低）渦底部短波槽型。該類型環(huán)流形勢500 hPa中高緯度為兩脊一槽型，巴湖以北到新疆地區(qū)和東部鄂霍次克海為兩個高壓脊，冷（低）渦位置偏北，中心位于45°N-60°N，東西向跨度較大，若冷渦東西向橫軸大于南北向，則渦底氣流較為平直，以偏西氣流為主，由于高壓阻擋，冷渦維持少動，多為渦后高壓脊前西北氣流引導一股弱冷空氣東移南下形成短波槽影響錦州區(qū)。此類型地面形勢場較弱，一般為鞍型場或均壓場控制。若冷（低）渦由南北向深槽發(fā)展形成，則位置偏南，渦底部有明顯高空槽，在槽前西南氣流內和槽后西北氣流內均可有雷暴天氣發(fā)生。對應地面多為低壓前部、蒙古氣旋冷鋒前部影響（圖7）。

3）冷（低）渦后部橫槽型。該類型環(huán)流500 hPa中高緯度以經(jīng)向環(huán)流為主，70°E-110°E地區(qū)為南北向高壓脊，中國東北地區(qū)為冷渦控制，高壓脊引導冷空氣南下使東北冷渦發(fā)展加深，若高壓脊向東北方向發(fā)展東移南壓，東北冷渦則南壓，脊前冷空氣南下在渦后堆積，形成東西向橫槽，錦州區(qū)受橫槽前偏西氣流控制，可出現(xiàn)雷暴天氣，若橫槽轉豎冷空氣南下，錦州區(qū)轉為槽后西北氣流控制，可再次發(fā)生雷暴天氣。地面多受蒙古氣旋、東北低壓或低壓倒槽影響（圖8）。

3.2.2 西風槽型 西風槽型環(huán)流500 hPa中高緯度地區(qū)以緯向型環(huán)流為主，亞洲以北廣大地區(qū)受寬廣的低值系統(tǒng)控制，內有多個冷性低壓存在，但強度較弱。巴湖到新疆一帶均受渦底西北氣流控制，引導冷空氣擴散東移南下，常在100°E-120°E形成短波槽東移，影響遼寧省。地面上一般受蒙古氣旋前部、蒙古氣旋冷鋒尾部或弱高壓影響（圖9）。

4 小結

1）雷暴日數(shù)的年際變化無明顯增加或減少的趨勢，年平均雷暴日數(shù)為43 d；雷暴月分布呈單峰型，峰值出現(xiàn)在6月，每月平均出現(xiàn)10.9個雷暴日，6月和7月的雷暴日數(shù)之和占全年的47%；雷暴存在明顯日變化，主要出現(xiàn)在11：00-23：00，17：00-20：00（傍晚）出現(xiàn)頻率最高。

2）雷暴多受冷渦系統(tǒng)影響，持續(xù)性特征明顯，連續(xù)2 d以上出現(xiàn)雷暴日數(shù)占總雷暴日的63.7%；區(qū)域性雷暴過程占總雷暴日的55.0%，略多于局地性雷暴過程，5、6月區(qū)域性雷暴明顯多于局地性雷暴。雷暴最早出現(xiàn)在2月下旬，最晚出現(xiàn)在11月中旬。錦州市雷暴頻數(shù)空間分布總體呈現(xiàn)南部多、東部少的特征。

3）冷（低）渦直接影響型其渦位置偏南，多為貝湖冷渦東移南下或河套低渦東移到120°E-140°E、30°N-50°N，雷暴天氣發(fā)生在渦后西北氣流內，中層干冷空氣南下觸發(fā)雷暴天氣。而冷（低）渦底部短波槽型和渦后橫槽型與冷渦直接影響型的主要區(qū)別在于其低渦位置偏北，中心位于45°N-60°N，渦底短波槽或渦后橫槽下擺觸發(fā)雷暴天氣，槽前西南氣流和槽后西北氣流內均可出現(xiàn)雷暴天氣。

4）西風槽型與冷（低）渦型主要區(qū)別為500 hPa中高緯度地區(qū)以緯向型環(huán)流為主，西北氣流引導冷空氣擴散東移南下，常在100°E-120°E形成短波槽東移，觸發(fā)雷暴天氣。

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