寧波機場一次臺風外圍雷暴過程分析

奴開 陶俞鋒 吳艾黎

中國民用航空寧波空中交通管理站 浙江 寧波 315000

引言

雷暴是世界民航局公認的能夠嚴重威脅航空飛行安全的天氣現象[1]。它是一種由發展旺盛的積雨云引起的強對流天氣，有著發展迅速、破壞性強的特點。常伴隨強降水、雷暴大風、低空風切變等危害性天氣，造成航班延誤、取消甚至返航等，給航空部門帶來巨大的經濟損失。我國東南沿海地區常年受臺風影響，且臺風邊緣或外圍時常會出現雷暴等強對流天氣，目前國內不少學者對于臺風外圍的雷暴天氣已有不少的研究。賀忠等[2]曾對熱帶氣旋邊緣的雷暴天氣做了研究分析；黃忠等[3]從水汽、CAPE值、垂直速度和海風輻合等方面對2004年8月臺風云娜外圍發生的強對流天氣進行了綜合分析；閔愛蓮等[4]對2004年7月5日發生在吉林省的一次典型臺風外圍雨帶降水天氣過程進行了分析；

本文利用NCEP1°×1°的再分析資料和多普勒雷達數據資料，對2021年9月11日寧波機場發生的一次臺風外圍雷暴天氣過程進行診斷分析，旨在研究臺風外圍雷暴發生前后的天氣形勢和物理量變化情況，對往后寧波機場的強對流天氣預報工作提供一定的理論和數據依據。

1 資料選取及處理

環流資料和物理量診斷使用NCEP1°×1°逐6h再分析資料以及華東地區多普勒雷達拼圖數據。具體分析寧波櫟社機場（29.8°N，121.5°E）以及周邊區域，通過對雷暴過程的環流形勢和物理量等進行診斷分析，對2021年9月11日發生在寧波機場的一次臺風外圍雷暴過程加以探討研究，初步分析其特征及原因。

2 環流背景分析

2021年9月11日00時（世界時，下同）500hPa寧波地區上空受西南氣流影響，寧波機場位于副高邊緣外側，上游安徽-贛北地區有高空槽逐漸東移；中低層700hPa及850hPa在蘇南到贛北一帶有弱切變輻合；地面圖上（圖略）00時臺風“燦都”位于臺灣東南海域并向西北偏北方向移動，寧波機場受第14號臺風“燦都”外圍云系影響，云量較多，水汽條件較好，以東北風為主；06時浙江東部地區存在風向的輻合，主要是臺風外圍的偏東氣流和內陸的西北氣流相交匯，風向的輻合為當日下午寧波地區發生雷暴天氣提供了動力抬升機制。

3 物理量診斷分析

強雷暴的形成往往需要充足的水汽、大量的不穩定能量和強的沖擊力來配合，因此本文將從水汽條件、層結條件和動力條件3個方面來分析診斷此次臺風外圍雷暴過程。

3.1 水汽條件

水汽輸送是形成強對流天氣的重要條件之一，雷雨天氣的維持也需要源源不斷的水汽供應。從11日00時和06時700hPa的水汽通量分布圖（圖略）可以看出，隨著第14號臺風“燦都”不斷靠近，水汽逐漸在南海海域聚集，并不斷從南海輸送至寧波沿海海域，建立了一條較強的水汽輸送通道。

3.2 層結條件

層結不穩定有利于強雷暴天氣的發生，用于判斷強對流的物理參數有很多，李勇等[5]通過對2006年5-9月國內發生的雷暴天氣進行了統計分析發現，各物理量指數對于強對流天氣發生呈現不同的概率分布。田琨等[6]通過分析35種不同的對流參數發現：處于不穩定的對流參數的個數與雷暴發生的概率呈正相關，并且總結出CAPE值等11個與雷暴強度相關性較好的對流參數。本文通過K指數和對流有效位能CAPE來診斷分析此次雷暴過程的層結不穩定狀態。

本文根據NCEP1°×1°的再分析資料繪制出寧波機場上空的T-logP探空圖，從9月11日00時的探空圖來看，探空曲線呈“喇叭口”，上干下濕配置，900～950hPa之間存在一淺薄的逆溫層，使得不穩定能量可以在近地面積聚。

K指數是用來反映大氣潛在能量的一種物理量，經常用于分析大氣層結的穩定程度，K指數和大氣層結的不穩定程度成正比，K指數越大出現強對流天氣的可能性越大[7]。由探空圖可知，11日00時寧波上空的K指數為29℃，大氣層結接近一個不穩定的狀態。

對流有效位能（CAPE）值也是判斷大氣穩定度的一個常用指數，它能反映出對流上升運動的強度，研究表明[3]在浙江省范圍內，當對流有效位能數值在500到4000J/kg之間時，發生雷暴等強對流天氣的概率最大，探空圖表明寧波機場上空的對流有效位能值為1939J/kg，同時對流抑制位能（CIN）值很小，僅為3J/kg，綜合表明寧波機場出現強對流天氣的概率非常大。

3.3 熱力條件

假相當位溫θse表現了大氣中溫度、氣壓和濕度的綜合特征，其水平或垂直分布情況往往對雷暴天氣的發生以及發展產生重要影響。研究表明[8]，當氣層中θse隨高度降低會造成對流不穩定層結，從而促進強對流天氣的發生以及發展。

9月11日00時和06時寧波上空的假相當位溫θse均隨高度上升而降低，表明寧波上空大氣存在不穩定層結。06時和12時寧波東部30-33°N區域內從低層到高層，θse等值線接近垂直，說明θse隨高度上升緩慢，即?θse/?p＞0，但值很小。金小霞等[8]對2011年11月4日-5日江蘇的一次強雷暴天氣過程進行分析時發現，強雷暴區對應著明顯的θse密集區，?θse/?p越小，對應的上升輻合運動越大。因此，寧波東部30-33°N區域的不穩定能量較高，存在不穩定層結。

圖1 2021年9月11日00時（a）和06時（b）沿121.5°E假相當位溫緯度-高度剖面圖

3.4 動力條件

垂直速度是能夠體現動力強迫及穩定度等多種因素作用的物理量。大氣的垂直運動可以影響水汽的凝結，從而進一步帶來降水過程，不穩定能量也需要有一定的上升運動條件才能從大氣層結中釋放，同時水汽以及熱量等的垂直輸送也需要由垂直運動來提供，這些都是強對流天氣形成的必要條件。圖2為2021年9月11日12時沿寧波機場經度121.5°E作垂直速度剖面圖，分析表面，11日12時，在28°N-30°N之間1000hPa以上垂直速度均為負值，表面寧波上空氣塊總體呈抬升狀態，氣流上升運動最大的區域在850～500hPa之間，速度為-0.8Pa/s，強烈的抬升運動符合雷暴天氣的特征，對于水汽和能量向高層輸送是有利的，產生了位勢不穩定層結。

圖2 2021年9月11日12時121.5°垂直速度-高度剖面圖

3.5 多普勒雷達圖

雷達是監測強對流天氣系統最有效的手段，分析雷達回波資料能夠更好地分析其發展以及演變的過程。

從寧波市氣象局的多普勒雷達圖可以看出，11日05時雷達回波主要分兩大塊，北面部分位于浙北杭州灣、湖州至上海區域，南面部分位于東海洋面上，兩者都是受臺風外圍云系影響，往西北方向移動。07時北面對流回波在移動過程中，強度明顯減弱；另外在浙江省內受副高邊緣的影響，局地性熱對流開始發展起來。08時原先北面對流回波基本減弱消失，而大范圍的強對流回波主要集中在浙江東部沿海地區，尤其是浙東北寧波地區更甚，這與地面形勢場上在浙東地區存在風場輻合有著很好的對應關系。09時浙東及洋面上的對流回波范圍較大，其中強的回波是熱對流合并而成，而稍弱的對流回波是由臺風外圍云系引起的。到11時熱對流回波明顯減弱，寧波地區僅有小范圍的存在，強度也減弱，臺州及洋面上的對流回波基本是臺風云系引起的。

4 結束語

本文對2021年9月11日寧波櫟社機場的一次強對流雷雨天氣過程進行分析，得到的主要結論如下：

前期寧波機場位于副高外側，上游有高空槽逐漸東移，中低層有弱切變輻合，地面受第14號臺風“燦都”外圍云系影響，水汽條件較好，后期受臺風外圍偏東氣流和內陸西北氣流的輻合，為此次的雷暴天氣提供了動力抬升條件。

11日00時寧波上空的K指數為29℃，對流有效位能（CAPE）值為1939J·kg-1，對流抑制位能（CIN）值為3；同時寧波上空θse均隨高度上升而降低，表明寧波上空大氣存在不穩定層結。

雷暴可分為兩個部分，前期由臺風外圍云系引起，回波在移動過程中逐漸減弱；后期受副高邊緣的影響，局地性熱對流開始發展起來，隨著臺風外圍水汽條件以及風向輻合的配合，最終發展成為熱力性雷暴天氣過程。