南京雷暴天氣異常的環(huán)流背景分析

慶濤 夏斌 汪笑

摘要 ? ?使用南京站地面和高空觀測資料及NCEP/NCAR再分析資料，對南京地區(qū)2000—2012年的雷暴天氣特征進行了分析。南京全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)準5年和2～3年周期變化，年平均雷暴日數(shù)為30.6 d，其中夏季雷暴日數(shù)最多，平均為22.4 d，占全年總雷暴日數(shù)的73.1%，春季雷暴次之，平均為5.2 d，秋季和冬季最少，僅為2.2 d和0.8 d;南京雷暴天氣的周期變化與環(huán)流異常密切相關，500 hPa高度上，北方低槽加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，700 hPa和850 hPa環(huán)流調整導致中低層濕度增加;天氣尺度垂直上升運動的強度是造成雷暴強度偏強、短時強降水和瞬時大風等災害天氣更加劇烈的重要原因。

關鍵詞 ? ?雷暴天氣;變化特征;環(huán)流背景;異常分析;江蘇南京

中圖分類號 ? ?P458 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）23-0173-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?By using surface and upper air data from Nanjing observation station and NCAR/NCEP reanalysis data，characteristics of thunderstorms in Nanjing during 2000-2012 were analyzed. The annual and summer thunderstorm days in Nanjing showed quasi-5 years and quasi-2～3 years cycle variations，respectively. Average number of annual thunderstorm days was 30.6 days，and about 73.1% of thunderstorm occured in summer and the average number of thunderstorm days was 22.4 days. The average numbers in spring，autumn and winter when thunderstorm occurs less were 5.2、2.2、0.8 days，respectively.Cycle variations of Nanjing thunderstorm were closely related to circulation anomalies，north trough deepening and subtropical high developing during summer in 500hPa and humidity increasing in lower 700hPa and 850hPa levels. The intensity of vertical upward motion of synoptic-scale may caused severe thunderstorms with larger daily precipitation and extreme strong wind.

Key words ? ?thunderstorm;variation characteristic;circulation background;anomalies analysis;Nanjing Jiangsu

雷暴天氣是一類重要的對流性天氣，雷暴泛指深厚的濕對流[1]，狹義上是指伴有雷電的深厚濕對流[2]。雷暴天氣因具有局地性強、生命周期短、造成災害可能性大等特點，廣受國內外學者關注。做好對流天氣預報對提升防災減災能力、保障國民經濟建設具有重要意義[3-7]。陳思蓉等[8]研究表明，長江流域、華南、華北、東北、云南、新疆西部等區(qū)域存在雷暴空間異常。甘慶輝等[9]通過觀測資料分析，指出貝加爾湖高脊、北方槽、副熱帶高壓等環(huán)流形勢場是造成雷暴日數(shù)異常的重要原因。

本文將在前人研究的基礎上，結合實際業(yè)務對南京地區(qū)雷暴天氣異常環(huán)流背景進行分析，并總結其造成雷暴天氣異常的原因。

1 ? ?資料和方法

本研究所使用的資料包括2000—2012年南京站（58238）地面、高空觀測數(shù)據和NCEP/NCAR再分析資料。地面、高空觀測為單站數(shù)據，其中地面觀測數(shù)據的時間間隔為1 h，高空觀測數(shù)據間隔為12 h，每天2次，分別為8：00和20：00。NCEP/NCAR再分析資料為月平均格點數(shù)據，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直為17層。

由于地面觀測業(yè)務調整，自2012年4月1日起調整夜間（20：00至次日8：00）天氣現(xiàn)象連續(xù)觀測為4次正點（20：00、23：00、2：00、5：00）觀測，即夜間不守班;并且于2014年1月1日起簡化了天氣現(xiàn)象的觀測與記錄，取消雷暴、龍卷等13種天氣現(xiàn)象的觀測與記錄。為了保證觀測資料的一致性，特別是天氣現(xiàn)象的連續(xù)性，選定2000—2012年為研究時段。

2 ? ?雷暴特征分析

圖1為2000—2012年南京雷暴日數(shù)逐年變化曲線。由圖1（a）可以發(fā)現(xiàn)，2000—2012年年平均雷暴日數(shù)為30.6 d。2001年、2008年雷暴日數(shù)最少，分別僅為22 d和24 d;2003年、2007年、2010年的雷暴日數(shù)最多，分別達到了38、34、38 d。根據擬合分析，2000—2012年，年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)出準5年周期變化特征，分別在2004年和2011年前后達到峰值。

分析各季節(jié)雷暴日數(shù)的分布發(fā)現(xiàn)，雷暴主要發(fā)生在夏季，夏季雷暴占全年總雷暴日數(shù)73.1%，平均雷暴日數(shù)22.4 d。春季雷暴發(fā)生日數(shù)次于夏季，年均雷暴日數(shù)5.2 d，占全年的17.1%。秋季和冬季雷暴相對較少，分別僅占全年的7.3%和2.5%，見圖1（b）（c）（d）。

由各季節(jié)雷暴日數(shù)的分布可以發(fā)現(xiàn)，2005年前，春季雷暴呈逐年增加趨勢，2005年后，春季雷暴逐年減少，其中春季雷暴日數(shù)在2004年前后達到峰值相應地造成了年雷暴日數(shù)增多。夏季和秋季雷暴日數(shù)存在明顯的年際變化特征，夏季雷暴日數(shù)呈現(xiàn)2～3年的變化周期特征，在2006年前后，夏季雷暴日數(shù)達到峰值;秋季雷暴2002—2008年呈下降趨勢，在2008年后雷暴表現(xiàn)為上升趨勢。

圖2為2000—2012年全年和各季節(jié)雷暴日數(shù)的距平分布，全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)準5年和2～3年周期變化特征。春季和秋季雷暴日數(shù)分別在2004年和2008年前后達到峰值。此結論與前文分析一致。

3 ? ?環(huán)流背景分析

環(huán)流背景是造成天氣氣候異常的直接原因[9]。中高層環(huán)流形勢、天氣尺度垂直運動以及低層水汽輸送等環(huán)流背景是造成雷暴天氣存在異常的重要原因，通過采用合成分析方法對上述形勢場進行詳細分析可以揭示其對雷暴天氣的影響。

圖3為500 hPa平均位勢高度和雷暴日數(shù)正負距平年份位勢高度差值的分布。從圖3（a）可以看出，年平均500 hPa位勢高度場較平直，在雷暴日數(shù)正距平年份，我國東北及朝鮮半島北部附近的低槽加深，有利于北方冷空氣南下。春季500 hPa高度上，歐亞大陸呈一槽一脊分布，低槽位于我國東北及朝鮮半島北部，低槽強度較年平均強度加強，高空脊位于新疆北部，在雷暴日數(shù)正距平年份，東北及朝鮮半島北部附近的低槽強度加強，新疆北部的高空脊強度減弱，低緯度地區(qū)高壓位置較負距平年份偏南，見圖3（a）（b）。夏季500 hPa高度上，我國東北及朝鮮半島北部附近的低槽西退，整體退至貝加爾湖北部，位于低緯度地區(qū)的副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，副熱帶高壓的西伸北抬有利于熱帶地區(qū)的暖濕氣流向北輸送，暖濕空氣與南下冷空氣交匯為雷暴發(fā)展提供了有利條件，在雷暴日數(shù)正距平年份，貝加爾湖北部的低槽加深，更加有利于北方冷空氣南下影響，見圖3（c）。由圖3（d）可知，秋季500 hPa高度環(huán)流再次調整，低槽東移至我國東部沿海，新疆北部受高空脊控制，低緯度地區(qū)的副熱帶高壓系統(tǒng)東退南落，在雷暴日數(shù)正距平年份，我國東部沿海的低槽西退加深，新疆北部的高空脊強度加強，這樣的形勢更加利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流匯合，為雷暴天氣的發(fā)生提供有利條件。

綜上所述，在雷暴日數(shù)正距平年份，500 hPa位勢高度場的環(huán)流形勢表現(xiàn)為北方低槽較負距平年份加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，如此形勢有利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流結合，為雷暴天氣的發(fā)展提供了有利條件。

圖4所示為全年及各季節(jié)700 hPa和850 hPa平均風場和雷暴日數(shù)正負距平年份相對濕度差值。從年平均風場看，長三角地區(qū)700 hPa低緯度地區(qū)為西南風，中高緯度地區(qū)為東北風，低緯度地區(qū)西南風將水汽由孟加拉灣地區(qū)向長三角地區(qū)輸送，而中高緯度地區(qū)西北風將北方冷空氣向南輸送，見圖4（a）;850 hPa為偏南風，偏南風將南海地區(qū)的水汽輸送至長三角地區(qū)，見圖4（b）。

春季中低層平均風場與低層年平均風場相似，由圖4（c）可知，700 hPa低緯度地區(qū)為西南風，中高緯度地區(qū)為東北風，低緯度地區(qū)西南風將水汽由孟加拉灣地區(qū)向長三角地區(qū)輸送，中高緯度地區(qū)西北風將北方冷空氣向南輸送;由圖4（d）可看出，850 hPa為偏南風，風速較年平均更強。夏季東亞季風暴發(fā)，700 hPa和850 hPa偏南風加大，將孟加拉灣和南海地區(qū)的水汽源源不斷地向長三角地區(qū)輸送，見圖4（e）（f）。秋季中低層風場再次調整，700 hPa偏南風減弱，長三角地區(qū)受偏西風控制，見圖4（g）;850 hPa則轉受東北風控制，見圖4（h）。

分析雷暴日數(shù)正負距平年份中低層相對濕度差值發(fā)現(xiàn)，除夏季相對濕度無明顯變化外，其余各季節(jié)在雷暴日數(shù)正距平年份，長三角地區(qū)中低層相對濕度均有明顯增加的趨勢。

綜上所述，夏季雷暴日數(shù)偏多的原因在于東亞季風暴發(fā)，中低層偏南氣流將低緯度地區(qū)水汽輸送至長三角地區(qū)。對于春、秋季而言，在雷暴日數(shù)正距平年份，中低層環(huán)流調整導致濕度增大對雷暴日數(shù)增多起著重要的作用。

圖5為南京地區(qū)全年及各季節(jié)平均以及雷暴日數(shù)正負距平年份平均垂直速度分布，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，除夏季雷暴日整層均為上升運動外，其余各季節(jié)均只在對流層低層表現(xiàn)為上升運動。

對比雷暴日數(shù)正負距平年份的垂直速度發(fā)現(xiàn)，春、夏季，在雷暴日數(shù)正距平年份的上升運動較負距平年份偏強，見圖5（b）（c）;而秋季正負距平年份的上升運動大小相當，說明天氣尺度垂直上升運動的強度是影響雷暴天氣的關鍵因素，見圖5（d）。這一差異則再次驗證了前文所述春、夏季（特別是4月和6—8月）雷暴強度較強，伴隨的短時強降水和瞬時大風天氣也更加劇烈的結論。

4 ? ?結論

（1）南京全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)出準5年和2～3年周期變化，每年雷暴日平均為30.6 d，其中夏季雷暴日最多，平均為22.4 d，占全年總雷暴日數(shù)的73.1%;春季雷暴次之，平均為5.2 d;秋季和冬季最少，僅為2.2 d和0.8 d。

（2）南京地區(qū)雷暴天氣異常與中高層環(huán)流形勢、天氣尺度垂直運動以及低層水汽輸送密切相關。主要表現(xiàn)為：500 hPa高度上，在雷暴日數(shù)正距平年份，北方低槽加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，有利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流結合，為雷暴天氣的發(fā)展提供了有利的條件;700 hPa和850 hPa環(huán)流調整導致中低層濕度較負距平年份增大，為雷暴天氣發(fā)展提供了水汽條件，并有利于不穩(wěn)定層結的出現(xiàn);天氣尺度垂直上升運動的強度則是造成雷暴強度偏強、短時強降水和瞬時大風等災害天氣更加劇烈的重要原因[10]。

5 ? ?參考文獻

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