近20 a哈爾濱機場初雷特征及影響系統分型

楊 欣,張秋實

（中國民用航空東北地區空中交通管理局黑龍江分局，黑龍江 哈爾濱150000）

1 引言

雷暴是對流云強烈發展的產物，是嚴重影響飛行安全的危險天氣之一，也是航空氣象預報的重點和難點，特別是每年的初次雷暴（以下簡稱初雷），代表著一年雷雨季節的開始，是氣象要素發生重大變化的一個標志，因此初暴已成為哈爾濱預報員在春夏之交重點考慮的天氣之一。通過對初雷的分析，揭示初雷發生的氣象條件，將對提高初雷預報預警能力，更好地服務于航空飛行安全有重大意義。

2 資料與方法

根據2001-2020年哈爾濱機場民用航空氣象地面觀測月總簿、哈爾濱機場航空氣候志資料以及NCAR/UCAR FNL（精度為1°×1°）再分析資料，共選出20個初雷天氣過程進行客觀分析。初雷日的選取以哈爾濱太平國際機場（以下簡稱哈爾濱機場）每年第一次觀測到閃電或雷雨的日期為準。通過逐項累加法，對初雷的時空特征和天氣特征進行統計分析。李遐[1]通過00時（本文所述時間均為世界時）地面、850 hPa、500 hPa天氣圖進行分析后，對引起初雷的天氣形勢進行分型。

3 初雷時空特征分析

本文通過對哈爾濱機場2001-2020年初雷資料進行統計，發現它們有以下特征。

3.1 時間分布特征及持續時間

哈爾濱機場的初雷主要發生在每年的4月和5月，其中出現最早為2008年4月6日，持續時間為6 min，為最短的一次;出現最晚為2009年5月29日，持續時間為185 min，為最長的一次。按旬分類統計出4月、5月各旬初雷發生次數分布（圖1）。其中4月份發生5次，5月發生15次。5月中旬發生次數最多，為6次，其次是5月上旬。因此，5月中旬為初雷主要發生時間，預報員要重點關注。

圖1 哈爾濱機場初雷日期分布

為統計初雷主要發生時段，將一日分為4個時間段（圖2），即22-04、04-10、10-16、16-22,從發生的時次分析，發生時段概率依次為在午后45%，傍晚40%，上午10%，夜間為0%。因此當預報員預報初雷時應重點關注午后和傍晚。

圖2 哈爾濱機場發生時次分布

近20 a初雷持續時間平均為54.4 min，最短為6 min，最長為185 min。其中持續時間在30-60 min概率最大，為45%，其次是小于30 min和60-120 min，均為25%，持續120 min以上的概率最小，為5%（圖3）。

圖3 初雷持續時間分布概率

3.2 空間分布特征及伴隨天氣

如圖4所示，哈爾濱機場初雷發生的主要方位有Z（天頂）、S、N、SW、E五個，其中在Z出現的次數最多，為10次，S次之，為6次，其他均為1次。由此可知，引起哈爾濱機場初雷的對流云團主要是在本場生成，所以應當注意監視在本場上空生成的對流云團，還要注意南部移向本場的對流云團。

圖4 初雷發生方位玫瑰圖

如表1所示，哈爾濱機場初雷發生時伴有天氣現象有-SHRA（小陣雨）、SHRA（中陣雨）、GA（≥17 m/s的大風）、DU（塵），其中伴隨初雷出現概率最大的為-SHRA，為70%，其次為GA，為15%，SHRA和DU均為5%。初雷伴隨的降水過程中，在初雷前出現的占60%，在初雷后出現的占15%，沒有降水過程的占25%。伴隨雷暴的降水中，降水量最大為14.0 mm。降水量小于2.5 mm的概率為40%，大于2.6 mm小于8.0 mm的概率為20%，大于8.1 mm的概率為15%。因此，伴隨雷暴出現的降水過程中降水主要出現在初雷發生以前，以弱雷雨為主，近20 a未出現強雷雨。此外，近20 a伴隨初雷出現的大風最大風速為20 m/s。

表1 歷年初雷過境時基本天氣特征

4 初雷影響系統分型

通過對2001-2020年共20 a初雷的天氣形勢進行 分 析，其 中2001、2002、2003、2006、2008、2014、2015、2017、2019、2020十年是由空中槽和切變線引起；2004、2007、2009、2010、2012、2013、2016、2018八年是由冷渦引起；2005、2011兩年是由西北氣流引起。因此，可將初雷影響系統分為空中槽和切變線型、冷渦型、西北氣流型三種。其中空中槽和切變線型對哈爾濱初雷影響最多，為50%；其次為冷渦型，為40%；西北氣流型最少，為10%（圖5）。

圖5 初雷影響系統分型比例

4.1 空中槽和切變線型

空中槽出現時，有些地面圖上有鋒面與之對應，有些則無鋒面對應。姜兵[2]在春夏交替時，空氣比較潮濕，空中槽和切變線附近的氣流輻合提供了垂直運動條件和水汽。這時，空中槽和切變線是否引起初雷產生決定于氣流輻合的強弱，輻合越強，產生的上升運動范圍越大，強度越劇烈，越有利于產生初雷。章國才[3]判斷輻合的強弱，一般以切變線的強度為依據，主要是根據空中槽和切變線前后的風向和風速分布來判斷。在850 hPa天氣圖中，在切變線南側常有≥12 m/s的西南急流，在槽前或切變南側也常有暖濕平流輸送。空中槽和切變線附近的雷暴和其他天氣系統中產生的初雷一樣，并不是處處都有，一般離空中槽和切變線越近，越容易發生初雷。

以2014年5月2日初雷天氣過程為例，500 hPa（圖6a）哈爾濱機場位于低壓槽前，盛行西南氣流，有冷平流，850 hPa（圖6b）哈爾濱地區有一個很明顯的切變線，切變線南側有一很強的西南低空急流，急流最大風速達到12 m/s，從渤海灣帶來了豐沛的水汽，且在切變線南側有較強的暖平流，這種強烈的暖濕空氣輻合抬升極易觸發對流活動的發展。海平面氣壓場、風場圖（圖6c）中，哈爾濱地區位于冷鋒后部，受暖氣團控制，這種上冷下暖的天氣形勢有利于對流的發展,且△T850-500≈24℃，有很強的熱力不穩定。在機場西南側有較大面積的RH＞80%的區域（圖略），隨著西南低空急流的輸送，為機場帶來充沛的水汽。此次初雷天氣過程持續了89 min，降水持續總時間達18 h。

圖6 2014年5月2日00時

4.2 冷渦型

冷渦是深厚的高空冷性系統，它是一個相當穩定的天氣系統。冷渦在500 hPa反映最明顯，低渦中心附近常有冷中心或冷槽相配合，低渦后部通常有暖性高壓脊，且向東北方向伸展，因此就會有一股一股的冷空氣沿著冷渦后部偏北氣流南下；850 hPa也可分析出冷渦，有時則表現為寬廣的低槽區，其北部常有東西向鋒區，槽前常有暖舌；地面圖上有冷空氣東移南壓，鋒前有低壓或倒槽，有時只有露點鋒或中尺度輻合線。周建華[4]在冷渦周圍地區，冷暖平流明顯，在春夏季經常會引起哈爾濱地區冷渦型雷暴，甚至會帶來冰雹天氣[5]。

以2013年5月11日初雷天氣過程為例，11日00時500 hPa（圖7a）我國北部為兩槽一脊的天氣形勢，哈爾濱地區受冷渦控制,低壓中心強度較強，同時配合閉合冷中心，冷渦系統較為深厚，有冷平流，低渦后部有暖性高壓脊，低渦前部暖濕氣流明顯；850 hPa（圖7b）哈爾濱地區受低渦前部暖空氣控制，△T850-500≈26℃，這種高低空配置有利于不穩定度傾向加大。850 hPa相對濕度場中可以看出（圖略），哈爾濱機場北側RH＞80%，為一個顯著濕區，機場南側有顯著氣流進入顯著濕區，存在一個明顯的干線。由于冷渦位置偏西北，機場是受冷渦外圍分散對流云團影響，本次初雷天氣過程僅持續11 min，但強度較強，局地出現了極短時間的雷暴伴冰雹天氣。

圖7 2013年5月11日00時（a）500 hPa溫壓場；（b）850 hPa溫壓場

4.3 西北氣流型

西北氣流型是指500 hPa或700 hPa為西北或偏北氣流控制，為冷平流；850 hPa所在區域或上風方向有切變線、小低渦等低值系統；地面常有輻合區。高層冷平流與低層暖平流的差動溫度平流和風切變為強對流天氣提供了重要的環境條件。西北氣流型下要特別關注溫度垂直遞減率和垂直風切變，其中任何一項出現超常值時都易產生對流性天氣。當低層濕度條件好時，下層任何擾動、輻合都能造成濕空氣的抬升條件，極易生成對流云。通常西北氣流型初雷會伴隨較大的陣風。當垂直溫度梯度和垂直風切變很大，但低層濕度很低時，則只會產生對流性大風而不會出現雷暴天氣。

以2005年5月24日初雷天氣過程為例，500 hPa（圖8a）哈爾濱地區位于高壓脊前，盛行西北氣流，有冷中心，存在明顯的冷平流，850 hPa（圖8b）位于高壓脊中，東側有一低渦，可以從海上帶來一定量的暖濕平流。從溫度場時間垂直剖面圖中可以看出（圖略），當日有一定垂直溫度梯度（△T850-500≈14℃），存在位勢不穩定，相對較弱。當日哈爾濱機場850 hPa相對濕度30-40%（圖略），水汽條件一般。因此，西北氣流型雷暴的判斷對于預報員來說是一個難點，極易出現漏報。當天在初雷發生時還出現了17 m/s的陣風。

圖8 2005年5月24日00時（a）500 hPa溫壓場；（b）850 hPa溫壓場

5 結論與小結

（1）哈爾濱機場初雷在5月中旬發生的次數最多，其次是5月上旬。初雷持續時間在30-60 min概率最大，其次是小于30 min和60-120 min，120 min以上的概率最小。

（2）哈爾濱機場初雷的對流云團主要是在本場生成。伴隨初雷出現概率最大的天氣現象為小陣雨，其次為大風。伴隨雷暴出現的降水過程中降水主要出現在初雷發生以前，以弱雷雨為主。

（3）導致哈爾濱初雷發生的天氣形勢分為空中槽和切變線型、冷渦型、西北氣流型三種。