沈陽桃仙國際機場2018年初雷天氣特征分析

師鴻儒，王程昱

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沈陽桃仙國際機場2018年初雷天氣特征分析

師鴻儒，王程昱

（民航東北地區(qū)空中交通管理局氣象中心，遼寧 沈陽 110043）

通過對沈陽桃仙國際機場2018-04-10初雷天氣過程的大尺度環(huán)流背景和物理量場的客觀分析，從水汽條件、層結穩(wěn)定度、垂直運動、觸發(fā)機制等方面對雷暴的發(fā)生過程進行了分析探討。結果表明，該過程是冷鋒型雷雨，高空槽前西南氣流活躍，低層暖濕氣流輸送強烈，輻合作用強，垂直運動發(fā)展明顯，并伴有低空和超低空急流，為雷雨的發(fā)生提供了條件。

初雷；物理量場；特征分析；航空安全

雷雨是影響航空安全的重要因素之一，初雷是雷雨季節(jié)來臨的標志，仔細分析初雷形成的過程對于做好雷雨季節(jié)氣象預報顯得尤為重要。近年來，氣象工作者對初雷天氣的研究逐漸增多，取得了一定成果。柳貴均等通過NECP、雷達、衛(wèi)星資料對北京首都國際機場暖切型初雷天氣進行了分析；龍妍妍等對綿陽機場初雷天氣的發(fā)生、發(fā)展機制進行了研究。本文通過對2018年桃仙機場初雷天氣進行分析，探討初雷物理量特征，為做好初雷預報提供參考。

1 初雷過程統(tǒng)計特征

根據《沈陽桃仙國際機場航空氣候志》1990—2010年統(tǒng)計結果，最早的初雷日在2009-02-12，最晚的初雷日在1990-05-31，初雷日平均在每年的04-24.2018年初雷出現在04-24，與1990—2010年平均日數相比提前近14 d。由表1所示，2009—2018年近10年間，沈陽桃仙機場初雷天氣多出現在4月份，比例為70%，2月、3月、5月各出現1次，比例為10%.從持續(xù)時間來看，持續(xù)1 h內的占50%，持續(xù)1～2 h的占40%，持續(xù)2 h以上的只有2018年1次。

2018年初雷天氣特點是：雷雨發(fā)生在10：27—12：19和13：04—13：42兩個時段，累計持續(xù)150 min。5 h段小陣雨、小雨，近7 h過程降水量2.6 mm。與歷年初雷天氣過程相比，持續(xù)時間較長，雷雨強度較強。

表1 近10年初雷出現日期和累積持續(xù)時間

年份日期累積持續(xù)時間/min年份日期累積持續(xù)時間/min 200902-1250201404-2434 201003-1215201504-1173 201104-3049201604-1860 201204-2480201704-17113 201305-1086201804-10150

2 資料與研究方法

本文運用美國NCEP再分析資料，重點對2018-04-09—2018-04-10的110～135°E、35～54°N區(qū)域雷雨發(fā)生、發(fā)展的物理機制進行了分析。

3 環(huán)流背景和物理量診斷分析

3.1 天氣形勢

有利的大尺度環(huán)流背景場是雷雨發(fā)生的必要條件。2018-04-09—2018-04-10貝加爾湖低壓穩(wěn)定東移發(fā)展，引導冷空氣東移南下。500～850 hPa高空槽東移發(fā)展，2018-04-09T20：00，位于內蒙古東部，各高度層槽線呈垂直分布，有利于鋒后冷空氣入境，形成雷暴天氣，且槽前暖平流明顯，遼寧受西南氣流控制。地面氣旋中心位于通遼（112.2°E，43. 4°N）附近，冷鋒呈東北-西南走向，桃仙機場位于氣旋中心東南向。各高度層槽線移動緩慢，槽前暖平流增強，桃仙機場位于暖脊頂部，增溫明顯。槽前較強西南氣流持續(xù)維持，西南風低空急流、超低空急流進一步增強，低空急流配合暖平流為雷暴的發(fā)生積累了大量的不穩(wěn)定能量。2018-04-10T08：00的500 hPa溫度和高度場圖如圖1所示。

圖1 2018-04-10T08：00的500 hPa溫度和高度場圖

3.2 水汽條件特征

水汽條件是形成雷雨過程的重要條件之一，不僅為雷雨提供了能量，而且降水后自身的潛熱釋放也是對流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的動力。分析水汽通量分布（圖略），中高層存在水汽輻散，低層存在明顯的輻合，有利于水汽的輸送。850 hPa東北地區(qū)中南部處于水汽通量高值區(qū)，桃仙機場位于大值區(qū)附近。露點溫度分布圖如圖2所示，850 hPa桃仙機場位于濕舌內部，濕舌軸線與槽前西南氣流配合較好，與地面鋒區(qū)走向一致，有利于雷暴的發(fā)生。

圖2 2018-04-10T08：00的850 hPa

風場、溫度場、溫度露點差（陰影）合成圖

3.3 不穩(wěn)定能量特征

對流有效位能（CAPE）可以很好地表征不穩(wěn)定能量強度，尤其在擁有大量飽和濕空氣的氣層，在區(qū)分普通雷雨和雷雨大風等強對流天氣上有很好的指示意義。2018-04-10T08：00，桃仙機場附近CAPE并不明顯，2018-04-10T14：00，CAPE增加，桃仙機場位于中心值區(qū)域邊緣（圖略）。由此推斷，在雷暴發(fā)生時，桃仙機場上空存在一定的對流有效位能。

3.4 垂直運動特征

分析各高度層垂直速度分布（圖略），垂直運動走向與鋒區(qū)走向一致，桃仙機場位于上升運動邊緣或中心區(qū)域，為水汽爬升和對流增強提供了動力條件。垂直速度緯向剖面圖如圖3所示，系統(tǒng)東移過程中垂直速度不斷增強，桃仙機場位于中低層垂直運動大值區(qū)邊緣或中心。中高層移速較低層快，低層一直處于垂直運動中心區(qū)域，匯集能量，促使雷暴發(fā)生。2018-04-10T08：00的700～800 hPa和900 hPa存在垂直運動大值區(qū)，中心值大于－0.9 Pa/s。2018-04-10T14：00，800～900 hPa存在垂直運動大值區(qū)，中心值大于－0.5 Pa/s。

3.5 散度場特征

本次過程中高層散度正負值區(qū)的分布與系統(tǒng)槽脊相配合（圖略），輻散區(qū)對應東移鋒后高壓，輻合區(qū)對應高空槽，且在東移過程中低層加深發(fā)展。散度垂直剖面圖如圖4所示，2018-04-10T08：00，桃仙機場上空低層至高層出現輻合-輻散-輻合-輻散配置。強幅合區(qū)位于700 hPa以下，中心值大于－4·10-5/s，位于925 hPa。低層輻合高層輻散，垂直方向散度場分布有利于對流系統(tǒng)的加深發(fā)展，積累不穩(wěn)定能量。

圖3 2018-04-10T08：00的沿41.6N垂直速度剖面圖

圖4 2018-04-10T08：00的沿41.6N散度剖面圖

3.6 流場特征

由緯向風和經向風垂直剖面圖所示，2018-04-10T02：00，800 hPa以下存在大于15 m/s偏南風低空急流，925 hPa存在偏南風超低空急流，中心值大于20 m/s。桃仙機場位于急流中心區(qū)域，有明顯的南北風輻合。流場與最大風速區(qū)合成圖如圖5所示，35～52°N，113～127°E區(qū)域存在超低空急流，桃仙機場位于急流風速大值區(qū)附近，大于20 m/s。2018-04-10T08：00，700 hPa、850 hPa存在西南風低空急流，925 hPa存在偏南風超低空急流，桃仙機場位于急流左側或附近。

圖5 2018-04-10T02：00的925 hPa流場與最大風速區(qū)合成圖 （等值線區(qū)域為≥12 m/s的急流區(qū)）

低空急流的長時間維持，持續(xù)輸送暖濕平流至遼寧上空，位勢不穩(wěn)定層結增強，在急流最大風速中心的前方有明顯的水汽輻合，有利于對流發(fā)展。低空急流左側是輻合區(qū)，在上升運動的觸發(fā)下，有利于對流發(fā)生。

4 結束語

此次初雷天氣過程是典型的冷鋒型雷雨，水汽條件、抬升機制均有利于雷暴的發(fā)生發(fā)展，但不穩(wěn)定能量在初雷過程中表現不強。過程表明，初雷天氣的預報在考慮大尺度環(huán)流背景的情況下，要參考各物理量的發(fā)展，尤其是低層的變化，比如濕度、散度、垂直速度、急流等。在空間剖面圖上，雷暴發(fā)展旺盛的區(qū)域與空中較強的垂直上升運動區(qū)是一致的，尤其是在低層的運動。應關注風向、風速的變化，當風向有利于低層輻合的產生，且風速較大、持續(xù)時間較長，雷雨發(fā)生的可能性就比較大；應關注低空急流的發(fā)展與維持對雷暴的影響，低空急流、超低空急流充當了本次過程的觸發(fā)機制。

［1］柳貴鈞，王飛，付強，等.北京首都國際機場暖切初雷天氣的特征分析［J］.氣候與環(huán)境研究，2015，20（05）：571-580.

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［3］尹鑫，吳起輝.重慶機場20年初雷特征統(tǒng)計與分析［J］.高原山地氣象研究，2012，32（03）：37-41.

［4］曹治強.2011-04-22北京初雷天氣特征分析［C］//第28屆中國氣象學會年會——S3天氣預報災害天氣研究與預報，2011.

2095－6835（2018）18－0078－03

P458

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.078

〔編輯：張思楠〕