廣河縣雷暴過程的天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法

馬學(xué)文　文慧　陳樹

摘要 利用2006—2015年廣河國家氣象觀測(cè)站雷暴觀測(cè)資料，挑選出了208個(gè)雷暴記錄。根據(jù)雷暴發(fā)生個(gè)例，逐個(gè)查看2006—2015年5—9月MICAPS 8：00、20：00 500 hPa高度場(chǎng)，將雷暴過程進(jìn)行劃分，得到了廣河縣雷暴過程的主要環(huán)流形勢(shì)為槽后西北氣流型、橫槽型、槽過境型、低渦后部型。其中，最有利于廣河縣雷暴發(fā)生的天氣型是槽后西北氣流型或橫槽型，其次是槽過境型。

關(guān)鍵詞 雷暴過程；預(yù)報(bào)方法；環(huán)流形勢(shì)；甘肅廣河

中圖分類號(hào) P456 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）03-0175-02

Abstract By using the observation data of Guanghe National Meteorological Station during 2006-2015，208 thunderstorm cases were selected. According to the thunderstorm cases，the maps of MICAPS from May to September during 2006-2015 at 8：00 and 20：00 on 500 hPa height field were researched，the main thunderstorm circulation situation types in Guanghe County were northwest flow type，horizontal groove type，slot passage type and vortex type. The most advantage weather type of thunderstorm in Guanghe County was northwest flow type or horizontal groove type，follwed by slot passage type.

Key words thunderstorm process；forecast method；circulation situation；Guanghe Gansu

雷暴過程是氣象中一個(gè)中小尺度的天氣系統(tǒng)，其發(fā)生時(shí)通常會(huì)有冰雹、雷雨大風(fēng)等天氣現(xiàn)象發(fā)生。由于雷暴發(fā)生具有很強(qiáng)的突發(fā)性和局地性，故其預(yù)防和預(yù)報(bào)非常有難度，也是目前相關(guān)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)[1-5]，對(duì)其發(fā)生的機(jī)制和預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了大量的探索。由于雷暴發(fā)生與對(duì)流活動(dòng)密切相關(guān)，因而大量研究依據(jù)對(duì)流的特征特性展開，如動(dòng)力和熱力穩(wěn)定度參數(shù)、對(duì)流有效位能、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)、里查遜數(shù)、雷暴的三極性電荷結(jié)構(gòu)、環(huán)流分型等[6-8]，取得了很大的研究進(jìn)展，通過研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆┌l(fā)生特點(diǎn)和天氣氣候背景進(jìn)行雷暴過程環(huán)流分型對(duì)于探討雷暴成因和防災(zāi)減災(zāi)具有重要作用[9-13]。

通過利用2006—2015年廣河國家氣象觀測(cè)站雷暴觀測(cè)資料，分析有利廣河雷暴過程產(chǎn)生的主要環(huán)流分型，提出有利于雷暴發(fā)生的天氣特征，以期為廣河縣雷暴發(fā)生預(yù)報(bào)提供一定的理論指導(dǎo)，進(jìn)而提高對(duì)雷暴災(zāi)害的預(yù)防和預(yù)報(bào)能力。

1 資料與方法

2006—2015年廣河國家氣象觀測(cè)站逐日雷暴資料；2006—2015年MICAPS歷史資料。在統(tǒng)計(jì)雷暴天氣日數(shù)時(shí)（氣象日界為北京時(shí)間20：00，下同），如果某次雷暴跨越20：00，按2個(gè)雷暴日計(jì)算；當(dāng)某日雷暴過程出現(xiàn)2次或以上時(shí)，按1個(gè)雷暴出現(xiàn)日計(jì)算。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006—2015年總共出現(xiàn)了208個(gè)雷暴日，從雷暴過程發(fā)生月份可見高發(fā)期是6—8月，并且大多發(fā)生在午后。

2 雷暴過程環(huán)流分型

逐個(gè)查看MICAPS歷史資料中2006—2015年各個(gè)雷暴日8：00、20：00 500 hPa高度場(chǎng)，對(duì)2006—2015年208例雷暴天氣8：00、20：00 500 hPa高度場(chǎng)圖進(jìn)行綜合分析，總結(jié)得到廣河雷暴過程的主要環(huán)流形勢(shì)為槽后西北氣流型、橫槽型、槽過境型、低渦后部型。其中，槽后西北氣流型發(fā)生82次（占總發(fā)生次數(shù)的39.42%）、橫槽型發(fā)生82次（占總發(fā)生次數(shù)的39.42%）、槽過境型發(fā)生35次（占總發(fā)生次數(shù)的16.83%）、低渦后部型發(fā)生9次（占總發(fā)生次數(shù)的4.33%）。將各型雷暴發(fā)生時(shí)典型的500 hPa環(huán)流形勢(shì)列舉如下：

由圖1可知，槽后西北氣流型雷暴發(fā)生時(shí)環(huán)流形勢(shì)的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，巴爾喀什湖、貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，廣河處于500 hPa高空槽后強(qiáng)西北氣流下，高空強(qiáng)西北氣流使得高空逐漸變冷，致使槽進(jìn)一步加深，這樣反饋?zhàn)饔玫慕Y(jié)果使得高低空之間的溫度差越來越大，大氣越來越不穩(wěn)定，達(dá)到一定程度便發(fā)生了雷暴。

例如，2013年8月10日的雷暴就是在這樣的環(huán)流形勢(shì)下發(fā)生的，從8：00物理量資料可見700 hPa相對(duì)濕度維持在50%～60%，處于零散度線附近。受槽后不斷南下的冷空氣的補(bǔ)充，該日出現(xiàn)了雷暴。

由圖2可知，橫槽型雷暴發(fā)生時(shí)環(huán)流形勢(shì)的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，廣河處于500 hPa橫槽中，橫槽內(nèi)有冷空氣南下，致使高空變冷，高低空溫差進(jìn)一步加大，從而發(fā)生雷暴。

例如，2014年7月29日的雷暴就是在這種形勢(shì)下發(fā)生的，20：00廣河處于500 hPa橫槽中，橫槽內(nèi)有冷空氣南下，致使高空變冷，查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa相對(duì)濕度維持在40%～50%之間，處于弱散度控制區(qū)。橫槽內(nèi)冷空氣不斷補(bǔ)充南下，使得高低空溫差進(jìn)一步增大，進(jìn)而發(fā)生雷暴。

由圖3可知，槽過境型雷暴發(fā)生時(shí)環(huán)流形勢(shì)的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，廣河處于500 hPa槽線附近，由天氣學(xué)原理有關(guān)知識(shí)可知槽前的上升氣流有利于發(fā)生雷暴。

例如，2012年5月20日的雷暴就是在這種形勢(shì)下發(fā)生的，20：00廣河處于500 hPa槽前上升氣流中，查看溫度場(chǎng)的分布可見處于高溫控制下，700 hPa上已經(jīng)處于溫度槽附近，低層暖高層冷的環(huán)境場(chǎng)有利于發(fā)生雷暴，進(jìn)而查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa相對(duì)濕度維持在60%～70%之間，處于弱的正散度控制區(qū)。槽前暖濕氣流的不斷上升致使雷暴的發(fā)生。

由圖4可知，低渦后部型雷暴發(fā)生時(shí)環(huán)流形勢(shì)的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為一槽兩脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，廣河處于500 hPa冷性低渦后部，冷性低渦在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，引導(dǎo)冷空氣南下影響廣河。

例如，2007年6月24日的雷暴就是在這種形勢(shì)下發(fā)生的，8：00廣河處于500 hPa冷性低渦后部，冷性低渦在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，引導(dǎo)冷空氣南下，使得高空變冷。查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa相對(duì)濕度維持在50%～60%之間，處于零散度控制區(qū)。冷空氣不斷南下，因而發(fā)生了雷暴。

3 與雷暴有關(guān)的物理量

K指數(shù)是描述大氣暖濕程度和穩(wěn)定度的綜合性指標(biāo)。一般來說，K指數(shù)越大，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)K>35 ℃時(shí)，大氣具有較高的潛能。

查看2006—2015年各個(gè)雷暴日MICAPS資料中ki物理量即K指數(shù)，發(fā)現(xiàn)廣河發(fā)生對(duì)流的K指數(shù)范圍為28～40 ℃，T850-T500≥20 ℃。

假相當(dāng)位溫一般以符號(hào)θse代表，同一氣塊的假絕熱、干絕熱、濕絕熱過程θse值是始終不變的，因此這一特性可以來鑒別不同的氣團(tuán)，查看各個(gè)雷暴日MICAPS資料中 θse850-θse500，發(fā)現(xiàn)其差值在2～12之間。

為了判斷方便，現(xiàn)定義槽強(qiáng)度指數(shù)（蘭伯特投影下）：將槽形象地認(rèn)為是一個(gè)角，當(dāng)槽角度<150°時(shí)，即有可能發(fā)生雷暴。圖5是在所做雷暴統(tǒng)計(jì)中最淺的槽。當(dāng)槽角比圖5的槽還淺時(shí)，認(rèn)為雷暴發(fā)生的可能性很小。

4 結(jié)語

通過對(duì)廣河雷暴過程發(fā)生月份的分析，可見雷暴高發(fā)期是6—8月，并且大多發(fā)生在午后，故可認(rèn)為，冬季（12月至次年2月）廣河無雷暴過程發(fā)生。通過對(duì)廣河雷暴過程的幾種主要環(huán)流型特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生雷暴過程時(shí)，廣河往往處于500 hPa槽后西北氣流或橫槽中，700 hPa濕度基本維持在50%～70%之間；700 hPa以下一般處于零散度線附近或弱的正散度區(qū)。高層不斷有西北氣流擴(kuò)散，低層不斷有不穩(wěn)定暖濕氣流抬升時(shí)，容易形成雷暴。因此，預(yù)報(bào)時(shí)可以從以下幾點(diǎn)考慮：

（1）每年5—9月，中高緯度范圍出現(xiàn)兩槽一脊、一槽一脊，廣河處于槽后西北氣流、橫槽、槽線附近、冷性低渦后部等形勢(shì)下時(shí)，中低層如果有暖濕不穩(wěn)定能量和輻合抬升條件出現(xiàn)時(shí)，就要考慮是否有對(duì)流發(fā)生的可能性。

（2）如果已經(jīng)出現(xiàn)有利于雷暴出現(xiàn)的環(huán)境場(chǎng)和環(huán)流型時(shí)，還要考慮各種物理量因子K指數(shù)、散度場(chǎng)等，以進(jìn)一步判斷能否發(fā)生。

（3）在日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，應(yīng)該充分利用雷達(dá)、衛(wèi)星等多元?dú)庀筇綔y(cè)資料，結(jié)合雷暴過程不同預(yù)報(bào)方法進(jìn)行比較，以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

（4）本文主要針對(duì)區(qū)域性雷暴過程及大尺度環(huán)流背景進(jìn)行分析，但雷暴的發(fā)生是中小尺度系統(tǒng)的產(chǎn)物，局地性強(qiáng)，因而只是一理想的方法。

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