南寧機場2014—2022年初雷統計分析

謝忠妙

（民航廣西空管分局，南寧 530048）

初雷指的是每年首次發生的雷暴，多發生在春季，其出現意味著雷雨季節的到來，在航空氣象中，意味著預報員的保障思路要從冬季低能見度保障轉變為雷雨天氣保障，因此，能夠及時準確預報出初雷是非常重要的[1]。相對廣西初春來說，夏季由于大氣環境非常容易滿足高溫高濕和位勢不穩定層結條件，所以夏季強對流天氣較為多見，影響系統也較為清晰。而由于廣西初春的地面氣溫相對較低和水汽輸送較少，且影響系統一般強度較弱、厚度較為淺薄，較難判斷是否達到產生強對流天氣的水汽、熱力和動力條件，預報難度較大[2]。本文通過對南寧機場2014—2022年的初雷進行統計分析，以期降低此類天氣的漏報率。

1 資料與方法

南寧機場從2013年10月1日開始實行實施24 h人工觀測，因此本文選取2014—2022年南寧機場地面觀測月總簿資料和ERA5再分析資料（0.25°×0.25°）對9個初雷個例從時空特征、天氣形勢分型和物理量場等方面進行診斷分析。具體方法為通過對個例最接近初雷發生時間的整點（以下統計均采用北京時）的地面至500 hPa天氣圖進行綜合分析，得出初雷天氣形勢分型，然后對同一種類型的個例進行合成平均，進一步分析天氣形勢和物理量特征。

2 初雷特征與分型

2.1 初雷時空特征

經過統計可知，2014—2022年南寧機場初雷最多發生在每年的3月，占比為67%，其中最早發生在2020年1月24日，最晚出現在2015年4月7日。從發生時間來看，初雷最多發生在早晨和下午，占比均為33%。初雷的平均持續時間為71 min，最短為20 min（2020年），最長為192 min（2018年），其中持續時間小于30 min的占比最高，為44%。此外，統計初雷發生前1 h的地面氣溫發現，除2019年外，其余年份均為15~23℃。

南寧機場初雷發生的方位有6個，分別為Z、SW、W、NW、N、S，常見方位為SW、W、NW，說明上游系統的影響是導致雷暴產生的重要原因。

2.2 初雷類型劃分

對2014—2022年初雷發生當日最接近初雷發生時間的整點的地面至500 hPa天氣圖進行綜合分析，根據主要影響系統進行分型，得出初雷主要分為4類，分別為冷鋒型、暖區型、高壓后部型和高架型，其中，占比最高的是冷鋒型雷暴，達到44%，其次為暖區型雷暴和高壓后部型雷暴，均為22%，最低的是高架型雷暴。下面對4種初雷類型的天氣形勢進行特征分析。

2.2.1 冷鋒型雷暴

冷鋒型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區為“一槽一脊”形勢，中低緯地區，陜西到四川一帶存在明顯的高空槽，南支槽位于95°E附近，槽線緯向距離長達18個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa南寧機場處于桂北切變線南側的偏南氣流中。925 hPa南寧機場位于切變線附近。地面圖上，冷高壓中心位于北京附近，中心強度大于等于1 030 hPa，鋒面位于梧州、玉林、南寧一帶。

2.2.2 暖區型雷暴

暖區型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區為“一槽一脊”形勢，中低緯地區，副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）位于菲律賓東部，四川和濟南地區分別存在高空小槽，南支槽位于102°E附近，槽線緯向距離為8個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于欽州到桂林一帶，整個廣西地區受急流影響，南寧機場位于急流軸左側。925 hPa湛江、南寧、柳州一帶存在超低空偏南急流。地面圖上，長江中下游地區以南為低壓槽形勢，西南低壓中心位于貴州附近，中心強度小于等于1 005 hPa，南寧機場處于西南低壓外圍。

2.2.3 高壓后部型雷暴

高壓后部型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區為“一槽一脊”形勢，中低緯地區，副高位于菲律賓東部，蘭州到四川一帶存在高空小槽，南支槽位于95°E附近，槽線緯向距離長達15個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于崇左到河池一帶，南寧機場位于急流軸附近。925 hPa切變線位于桂北，南寧機場位于東南急流前方風速輻合區中。地面圖上，冷高壓中心已經東移到黃海，中心強度大于等于1 025 hPa，南寧機場處于高壓后部。

2.2.4 高架型雷暴

高架型雷暴的天氣形勢（圖略）：500 hPa中高緯地區為“一槽一脊”形勢，中低緯地區，副高位于菲律賓東部，陜西到四川存在高空槽，槽線緯向距離長達12個緯距，南支槽位于105°E附近，槽線緯向距離長達16個緯距，南寧機場處于南支槽前較強的西南暖濕氣流中。850 hPa西南急流軸位于兩廣交界附近，南寧機場處于急流軸左側較強的西南暖濕氣流中，且位于暖脊附近。925 hPa切變線位于桂北，湛江、玉林一帶存在超低空偏南急流，南寧機場處于急流左側。地面圖上，前期冷空氣已經南下過境南寧機場，冷高壓中心位于蒙古東南部，中心強度大于等于1 027.5 hPa，南寧機場受冷高脊控制。

綜上分析可知，冷鋒型雷暴主要受高空槽、桂北切變線和冷鋒共同影響；暖區型雷暴受南支槽、低空西南急流、超低空偏南急流共同影響，地面形勢處于西南低壓中；高壓后部型雷暴主要受南支槽、低空偏南急流、超低空東南急流共同影響，地面處于入海高壓后部；高架型雷暴的主要影響系統為南支槽、低空西南急流、超低空偏南急流和地面冷高脊。

3 物理量場分析

雷暴發生的3個必要物理條件是豐富的水汽、層結不穩定和氣塊抬升到凝結高度的觸發機制[3]，下面將從這3個方面進行分析和對比。

3.1 水汽條件分析

由水汽通量垂直剖面圖（圖略）可以看出，冷鋒型雷暴整層水汽通量值偏低，在2.5~7 g/（s·hPa·cm），這與其低層較弱的偏南氣流有關；其他類型的水汽通量整體呈現出“近地面和高層低，中低層明顯高”的特征，900~700 hPa均達到10 g/（s·hPa·cm）以上，暖區型雷暴的水汽通量高值區的厚度更為深厚，高架型雷暴相對較薄，結合風場分析可知，這3種類型都有較強西南到東南低空急流作為主要的水汽輸送通道。分析水汽通量散度垂直剖面圖（圖略）可知，冷鋒型雷暴整體水汽通量散度絕對值較小，僅在925 hPa以下水汽通量散度為負值；其他類型的水汽通量散度在975~850 hPa均為負值，為-4×10-7g/（s·hPa·cm2）左右。以上分析表明初雷發生時南寧上空有充足的水汽輸送并出現輻合抬升，但整體水汽輻合偏弱，因此初雷發生時伴隨的降水強度較弱。

3.2 層結穩定度分析

大氣層結不穩定是強對流天氣發生的必要條件之一，表征和衡量大氣層結穩定度的指標有很多[4]。前人研究指出，CAPE數值越大，發生強對流天氣的可能性越大，但由于春季近地層相對穩定，所以初雷發生時表征意義不大；K指數能夠反映環境大氣溫濕層結，數值越大，越有利于雷暴的發生發展。冷鋒型雷暴、暖區型雷暴、高壓后部型雷暴、高架型雷暴的K指數分別為34℃、37℃、34℃、28℃，且暖區型雷暴K指數高值范圍更廣，因此對應的對流覆蓋面積更大。

假相當位溫θse能比較好地顯示能量的積累與釋放，是溫度、水汽含量、氣壓的函數，在相同氣壓條件下其數值越大表明空氣越暖濕，反之則空氣越干冷；且θse在500 hPa與850 hPa之間的差值能夠指示大氣層結的穩定性，值越大表明大氣層結越趨于不穩定[1，5]。分析圖1可知，對于冷鋒型雷暴和高壓后部型雷暴，南寧機場處于等θse線密集帶中，南寧機場及其以南低層為θse高值區，隨著高度增加往北傾斜，中層為θse低值區；對于暖區型雷暴，整體南寧機場及其以北低層為θse高值區，隨著高度增加往南傾斜，中層為θse低值區；而對于高架型雷暴，南寧機場近地層為θse低值區，925~750 hPa為θse高值區，隨著高度增加往北傾斜，再往上為θse低值區。以上分析表明，4種類型初雷的低層均為暖濕區，中層為干冷區，從而形成對流不穩定層結，有利于強對流天氣的發生和維持。值得注意的是高架型雷暴近地層受冷空氣控制，暖濕空氣是從925 hPa附近開始抬升，而其他類型均是從地面開始抬升；冷鋒型雷暴和高壓后部型雷暴均處于邊界層能量鋒前方的高能區附近。

圖1 沿108°E的假相當位溫垂直剖面圖

3.3 動力條件分析

當高層輻散，低層輻合時，大氣存在擾動導致上下運動耦合作用，抬升力更強，極易產生降水和強對流天氣。從圖2可以看出，對于冷鋒型雷暴，南寧機場在925 hPa以下散度處于負值中心附近，中心極值達-7×10-5s-1，垂直梯度較大，700 hPa和400 hPa附近為較弱的負散度，其余層次為正值，中心極值達5×10-5s-1；對于暖區型雷暴，南寧機場在850 hPa以下處于散度負值中心附近，中心極值達-7×10-5s-1，垂直梯度較大，850 hPa以上整體為正值，中心極值為3×10-5s-1；對于高壓后部型雷暴，南寧機場在825 hPa以下處于散度負值中心附近，中心極值達-5×10-5s-1，825~400 hPa散度整體為正值，中心極值為3×10-5s-1；對于高架型雷暴，南寧機場在975 hPa以下處于散度正值中心附近，中心極值達5×10-5s-1，975~700 hPa散度為負值，中心極值為-5×10-5s-1，700 hPa以上整體為正值，中心極值為5×10-5s-1。綜合以上分析可知，4種類型初雷的低層散度為負值，中高層為正值，低層暖濕輻合上升與中層輻散氣流的抽吸作用相配合，有利于上升運動的維持和發展。

圖2 沿108°E的散度垂直剖面圖

5 結束語

1）南寧機場初雷主要發生在3月，早晨和下午是易發時段，持續時間多數小于30 min，常見方位為SW、W、NW。

2）按天氣形勢可分為冷鋒型、暖區型、高壓后部型和高架型4種初雷類型，出現最多的是冷鋒型雷暴，最少的是高架型雷暴。

3）充足的水汽、位勢不穩定層結以及低層輻合、中層輻散的垂直結構為雷暴的發生發展提供了有利的條件。

4）初雷發生時，低層為暖濕區，中層為干冷區；除高架型雷暴外，K指數均在30℃以上，且暖區型雷暴K指數高值范圍更廣，因此對應的對流覆蓋面積更大。