寧波機場一次雷暴過程分析

朱王杰 任婧 楊琦堡

中國民用航空寧波空中交通管理站 浙江 寧波 315154

引言

雷暴通常是指在積雨云中發生的雷電交錯的劇烈放電現象，發生時可伴隨有強降水、大風、龍卷等天氣現象。在民航飛行活動中，雷暴對航空器的飛行安全危害極大，一旦飛行器進入雷暴區域，會遇到顛簸、冰雹、閃電、下擊暴流等一系列威脅，對飛行器造成巨大的傷害，甚至造成安全事故。

近年來，國內外很多學者對雷暴做了大量研究工作。唐錢奎、張濤[1]在對成都一次雷暴大風的中尺度特征分析研究中，表明了地面輻合線、層結不穩定和較大的對流有效位能為雷暴大風的發生提供了有利的環境條件。沈杭鋒等[2]對2014年7月26日浙江盛夏一次強對流過程進行分析，發現了當低層925hpa的中尺度輻合線和700hpa的垂直上升運動區相重合時，中尺度輻合線附近在未來6小時內產生了強對流。慶濤等[3]對南京地區2000-2012年的雷暴天氣特征進行了分析，結果表明天氣尺度垂直上升運動的強度是造成雷暴強度偏強、瞬時大風等災害天氣更加劇烈的重要原因。本文采用寧波機場（121.5°E，29.8°N）觀測資料、NCEP/FNL再分析資料對2020年5月15日寧波機場午后發生的一次雷暴天氣過程進行分析，以期為今后寧波機場類似天氣的服務保障工作提供一定的參考。

1 天氣實況

2020年5月15日上午，寧波機場風向穩定，為偏南風，風速1-5m/s。白天升溫明顯，8：00（北京時，下同）寧波機場氣溫為25.8℃，14：00，溫度達到33.2℃，露點溫度穩定在20～21℃。雷暴過程從15:16時開始，21:41時結束。降水過程從15:43時開始，22:50時結束，過程累積降水量為15.4mm，最大降水量出現在21時，達到13.1mm，其他時次小時降水量都不超過1mm。

圖1 5月15日溫度、露點溫度、小時降水量變化

2 天氣形勢

分析從2020年5月15日14時（北京時，下同）環流形勢場可以看出：（a）：在500hpa（圖略）圖上，影響寧波機場的高空槽從我國東北向南延伸經渤海灣到長江中下游地區，寧波機場處在高空槽前的西南氣流當中，有利于動力抬升作用；（b）：700hpa和850hpa（圖略）形勢相似，影響寧波的是從朝鮮半島附近向西南方向延伸出來的高空槽，寧波處于槽前西南急流中，低空西南急流有利于將低空暖濕氣流平流至長江中下游地區，并且在此使水汽輻合上升，大氣產生不穩定層結，有利于雷暴的產生；（c）：地面圖上（圖略），長江中下游地區處在弱氣壓場中，江浙滬皖四省交界處有明顯的地面輻合線，為寧波機場午后雷暴的產生提供抬升觸發機制。

綜合上述分析可知，2020年5月15日寧波機場的雷暴天氣是在多種天氣尺度系統共同構成的有利環流條件里產生的。高空槽、低空西南急流和地面輻合線的抬升觸發導致了此次過程的產生。

3 物理量場診斷分析

根據天氣學原理[4]，雷暴的發生通常需要三個條件：充沛的水汽、強盛的上升運動、大量的不穩定能量。下面就通過動力條件、層結條件、水汽條件這三方面對這次的雷暴進行診斷分析。

3.1 動力條件

本文沿著121.5°E分別繪制渦度、垂直速度的垂直剖面分布圖。通過分析2020年5月15日14時垂直速度剖面圖（圖2a）可知，寧波機場上空600hpa高度層以下有明顯的上升運動，垂直速度為-0.2～-0.4×10-5hPa·s-1，中心位于700hpa高度層，垂直速度為-0.4×10-5hPa·s-1，強烈的上升運動，有利于雷暴的發生發展。結合分析14時渦度垂直剖面圖（圖2b）可知，寧波機場上空850hpa以下，渦度為正值，在0～9×10-5s-1之間，屬于輻合上升區域。850hpa以上500hpa以下，渦度為負值，在0～-3×10-5s-1之間，屬于輻散區域。這樣的高層輻散，低層輻合結構，有利于強對流的形成,這與李曉霞[5]的研究：大氣的垂直運動能夠提供水汽、能量等物理量的垂直輸送，而且大氣層結的不穩定能量需要一定的上升運動才能釋放，這一結論相一致。

圖2 2020年5月15日14時垂直速度剖面圖（單位： hPa·s-1）、渦度垂直剖面圖 （單位： s-1）

3.2 層結條件

層結不穩定是雷暴發生的一個重要條件，層結越不穩定，雷暴越容易發生。張雯[6]分析2014-2018年綿陽機場短期雷暴的發生與各對流參數氣候特征間的關系，結果表明：K指數、LI指數、SI指數、CAPE等在雷暴發生前有很好的指示作用。樊李苗等[7]對杭州地區夏季午后雷暴大風環境條件分析中表明雷暴CAPE平均值在1000 J·kg-1以上。從15日14時的探空圖（圖3）中可以看到， K指數為36℃，LI抬升指數為-3℃，對流有效位能為1442 J·kg-1，對流抑制能量為43 J·kg-1，對流條件較好。在寧波機場上空低層900 hPa以下是淺薄的逆溫層，逆溫層的存在有利于底層靜力能的積累，一旦溫度升高，逆溫層被破壞，就會產生較強的雷暴。但是整層層結曲線和露點曲線距離較大，這表明寧波機場上空的水汽條件較差，要產生雷暴等強對流天氣，需要有其他的水汽來源。

圖3 2020年5月15日14時寧波站探空資料

3.3 水汽條件

從2020年5月15日14時850hpa水汽通量場（圖略）可以看出，水汽沿著低空急流從西南地區輸送到華東中部地區。浙江省內的水汽通量大值區位于浙江西部地區和浙江北部地區，水汽通量最大值達到1.8g·（s· hPa· cm）-1。對比分析850hpa水汽通量散度（圖略）可以發現，14時浙江東北部地區出現明顯的水汽輻合上升區，寧波機場處于水汽輻合區內，水汽通量散度達到-2.5×10-5g·（s· hPa· cm2）-1， 這表明低空西南急流有利于將西南暖濕氣流輸送至浙江地區，并在浙江地區產生水汽輻

合上升，為此次雷暴天氣過程提供水汽條件。

4 結束語

本文通過分析2020年5月15日寧波櫟社機場的一次雷暴過程進行分析，得到以下結論：

本次雷暴過程產生于高空槽、低空西南急流和地面輻合線的抬升共同影響下。高空槽前上升氣流配合地面輻合線，以及中午地面溫度明顯上升，為午后的雷暴提供觸發機制；低空西南急流將暖濕氣流輸送到浙江東部，給雷暴的產生提供了有利的溫濕條件。

較強的上升運動是雷暴發生發展的動力條件之一。高層輻散和底層輻合為此次雷暴天氣提供了較好的動力條件。

K指數、LI抬升指數以及對流有效位能等對流指數表明了本次過程大氣層結不穩定，較高的位勢不穩定為雷暴提供了較好的不穩定層結條件，整層水汽較差表明需要有其他的水汽輸送才能導致較強的雷暴天氣。

雖然原大氣中相對濕度較差，但是從水汽通量和水汽通量散度分布來看，低空西南急流將西南暖濕氣流輸送到浙江地區，并在此輻合上升，為此次對流天氣提供了有利的水汽條件。