一次雷暴天氣過程環境場分析

吳佳婕

摘 要 采用2.5°×2.5°NCEP再分析資料、MICAPS常規站點閃電和降水資料、FY-2E衛星云圖相當黑體溫度（TBB）、華北雷達拼圖等資料，對2013年7月1日10時至2日06時京津冀地區一次伴有云對地閃電（地閃）的雷暴過程的實況進行了描繪，同時利用相關資料對環流場、能量特征值、TBB進行分析，并與同一季節一次無雷暴過程進行了對比。結果表明：此次伴有地閃的雷暴過程發生在一槽一脊的經向環流形式中，700 hPa西南風急流輸送水汽和不穩定能量，切變線上較強的風速、風向輻合產生強的上升運動是產生雷暴的動力條件;動力強迫作用在這次雷暴過程中起到重要作用，與高空鋒區、高空急流及低空急流相聯系的次級環流上升支是這次雷暴的觸發機制之一;TBB值越低對應云頂越高，對流越旺盛，加強了對流活動的強度。

關鍵詞 地閃;雷暴過程;降水過程;環境場

引言

雷暴天氣作為一種災害性天氣，一直以來都備受國內外研究人員的關注。京津冀地區常有雷暴天氣發生，作為中國的經濟中心，這對于經濟會造成很大的損失，因此研究該地區的雷暴成因有助于做好防災措施，盡可能減少經濟損失。鑒于此，本文通過使用中國氣象局雷電監測網統計數據和NCEP/NCAR的再分析資料，分析京津冀地區一次伴隨有閃電現象的雷暴天氣過程個例，通過其發生的大尺度環流背景和中小尺度特征等方面來全面分析伴隨有閃電現象的雷暴發生時的有利條件，加深對雷暴天氣過程的認識，為進行更加精準的雷暴預報做好基礎工作。此外，本文還將選取該地區同一季節一次無雷暴過程的環境背景特征與所研究的個例進行對比分析，了解兩者之間背景特征的差異，分析出有無雷暴天氣過程時的背景場特征，進一步完善對于有閃電過程雷暴產生時的有利天氣條件的認識[1]。

1資料

本文主要利用2013年7月逐小時MICAPS常規站點閃電和降水資料來分析降水和閃電過程的發生發展。NCEP/NCAR提供的氣壓場、風場和溫度等六小時再分析資料，分辨率為2.5°×2.5°、NCEP中心fnl能量特征值資料、國家衛星氣象中心FY-2E衛星云圖TBB資料、華北雷達拼圖，對此次雷暴過程進行綜合分析。

2過程概況

2.1 個例選擇

通過降水的站點資料，計算出京津冀地區7月份每小時，降水量大于20 mm的站點的降水平均值，并繪制出折線圖（圖1），選擇出降水持續時間長、強度大的時間段，由圖中可以看出，7月第24個時次左右的降水過程較其他過程更為顯著，降水量達到35 mm以上，持續時間大約20小時，因此此次個例基本確定為2013年7月1日至2日。后通過降水量分布圖及MICAPS圖確定降水開始出現和結束的兩個時間點，選擇2013年7月1日10時至2日06時，作為所要研究的個例。以同樣的方法，選擇2日12時至2日15時，作為對比的無雷暴個例[2]。

2.2 地閃演變過程

在1日10時，地閃分布于河北的西北與東南部。在12時，地閃的范圍開始擴大，地閃均勻地分布于京津冀的大部分地區，強度最高為200 kA。隨著時間的推移，地閃區域總體呈現東移的趨勢，到18時出現了強度、范圍均很大的地閃區域，最大值甚至到達500 kA。在這之后，地閃沿著東南方向移動。2日06時地閃區域已經基本移出了京津冀地區，直到10時整個地閃才完全移出，但這段時間內的地閃的范圍和強度已經很小，對京津冀影響較小，故此處不繼續分析。總體來說，地閃的演變過程和降水類似[3]。

3環境場

3.1 對流層形勢特點

在200 hPa高空圖上有一哈薩克斯坦自我國內蒙古的槽，在1日14時開始至2日02時不斷加深并南下，同時也為我國東北地區帶來一股冷空氣。這樣的形勢使得云系與冷空氣結合，并使得TBB值降低，為對流性天氣的形成提供了良好的條件。西南風高空急流（風速≥20 m/s）自孟加拉灣攜帶水汽進入京津冀地區，這為京津冀帶來了良好的水汽條件。同時京津冀上空的輻散氣流與850 hPa上的輻合氣流相對應，形成了對流上升的動力條件，對雷暴的形成發展十分有利。與2日14時200 hPa高空圖對比，此時京津冀地區上的影響系統為蒙古上空的高壓脊，有暖空氣吹向京津冀地區，同時上空氣流轉變為輻合氣流，高空急流大幅減弱，這些均不利于對流產生。

3.2 能量分布分析

CAPE（對流不穩定能量）是指氣塊在給定環境中絕熱上升時的正浮力所產生的能量的垂直積分，是風暴潛在強度的一個重要指標，目前在對流天氣分析中應用較為廣泛，被認為是能比較真實的描述大氣的不穩定度的[6]。隨著地閃活動強度和范圍的增大，在1日14時CAPE強度增至1600 J/kg，且范圍由原來的南部擴大至東南部。之后地閃活動加劇，至1日18時達到巔峰后開始衰落，CAPE值也逐漸衰弱[4]。

4中尺度分析

4.1 中尺度系統分析

分析1日08時地面圖，可以看見天津南部沒有明顯的輻合線。而1日14時，在地面圖上出現了明顯的西北風和東南風構成的輻合線，呈氣旋性彎曲。在20時，天津南部輻合帶的氣旋性增強，且輻合位置向東南移動了一段距離，說明左側的西北風增強，西路冷空氣加強，此時正是對流性活動最強的時刻。而與此同時也可以看出輻合線轉為東北和西南風的輻合，輻合線左右兩側都為氣旋性彎曲，這預示著天氣狀況的改變。在接下來的2日02時，可以在天津西南部看見明顯的東北風和西南風的輻合，且輻合線左側的西南風明顯大于右側的東北風，說明有西南暖濕氣流流入，氣旋性輻合減弱，對流性天氣仍然維持一小段時間，但強度逐漸減弱。08時，京津冀地區已經沒有了輻合線。對比2日14時地面圖，此時京津冀地區及附近均已沒有了輻合線，取而代之的是西北氣流。

以上結果表明輻合線是產生此次地閃現象的中尺度系統，在地閃現象沒有出現前并沒有輻合線，而地閃現象出現的同時就出現了明顯的輻合線，且使得地閃現象加強。同時，對流性天氣也對輻合線有加強的反作用[5]。

4.2 TBB分析

TBB可以直接展示對流發展的旺盛程度，推斷云團發展的強度及所處的階段。1日10時有一高空槽云系自河北西部和北部緩慢東移，10時已經覆蓋了河北北部及北京西部，此時京津冀地區開始出現少量的對流系統，對流還不是特別明顯。12時，云系已經覆蓋了京津冀北部大部地區，有零星云系已發展至河北南部。在云系移動過程中，其與冷空氣中心匯合，云系中包含的冷空氣中心使得TBB在移動過程中不斷降低。在20時，后移入的云系由于移動速度較快，追趕上之前正移出的云系，在河北南部聚集成了一個更加強大的對流系統。由于云系中包含冷中心，使其中出現TBB值≤-70℃的區域，面積也占據了河北南部的大部地區。這時的對流強度已經非常強，對于雷暴天氣的產生十分有利。

1日20時后，對流的范圍和強度已經基本趨于穩定。在維持低TBB值的情況下，對流系統在不斷地向東南移動。2日05時已經基本移出京津冀地區，06時完全移出。2日12時至15時的TBB圖中，京津冀地區TBB值均為0，可見有地閃活動時的TBB值比無地閃活動的TBB值低。

在整個TBB演變過程中，其數值和移動對流的強度和位置關系是十分緊密的，冷空氣中心對云系的影響導致了對流活動的增加。

5結束語

（1）此次伴有降水的地閃過程發生在一槽一脊的經向環流形式中。西南風急流輸送水汽和不穩定能量，切變線上較強的風速、風向輻合以及次級環流上升支產生強的上升運動是產生雷暴的動力條件。在雷暴發生次數多，密集的時間段內，動力、熱力、水汽條件都是有利于雷暴發展的。CAPE值越大，越有利于強對流的發展，發生地閃的概率越高。

（2）地面輻合線是產生此次地閃現象的中尺度系統，在地閃現象沒有出現前并沒有輻合線，而地閃現象出現的同時出現了明顯的輻合線，且使得地閃現象加強。同時，對流性天氣也對輻合線有加強的反作用。

（3）TBB與對流系統相結合，TBB低值范圍的移動能夠反映對流系統的移動和發展，其數值大小和移動路徑與對流系統的強度和位置之間的關系是十分緊密的，雷達資料相比站點資料的實況圖更加精細。

（4）與同季節無雷暴過程相對比，可知無雷暴過程沒有本次雷暴過程的動力抬升、水汽、輻合線、冷空氣等條件，CAPE值大于無雷暴過程，且TBB圖和雷達拼圖上都無低值區域和回波范圍[7]。

參考文獻

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