南京雷暴天氣異常的環(huán)流背景分析

慶濤 夏斌 汪笑

摘要 ? ?使用南京站地面和高空觀測(cè)資料及NCEP/NCAR再分析資料，對(duì)南京地區(qū)2000—2012年的雷暴天氣特征進(jìn)行了分析。南京全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)準(zhǔn)5年和2～3年周期變化，年平均雷暴日數(shù)為30.6 d，其中夏季雷暴日數(shù)最多，平均為22.4 d，占全年總雷暴日數(shù)的73.1%，春季雷暴次之，平均為5.2 d，秋季和冬季最少，僅為2.2 d和0.8 d;南京雷暴天氣的周期變化與環(huán)流異常密切相關(guān)，500 hPa高度上，北方低槽加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，700 hPa和850 hPa環(huán)流調(diào)整導(dǎo)致中低層濕度增加;天氣尺度垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度是造成雷暴強(qiáng)度偏強(qiáng)、短時(shí)強(qiáng)降水和瞬時(shí)大風(fēng)等災(zāi)害天氣更加劇烈的重要原因。

關(guān)鍵詞 ? ?雷暴天氣;變化特征;環(huán)流背景;異常分析;江蘇南京

中圖分類號(hào) ? ?P458 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）23-0173-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?By using surface and upper air data from Nanjing observation station and NCAR/NCEP reanalysis data，characteristics of thunderstorms in Nanjing during 2000-2012 were analyzed. The annual and summer thunderstorm days in Nanjing showed quasi-5 years and quasi-2～3 years cycle variations，respectively. Average number of annual thunderstorm days was 30.6 days，and about 73.1% of thunderstorm occured in summer and the average number of thunderstorm days was 22.4 days. The average numbers in spring，autumn and winter when thunderstorm occurs less were 5.2、2.2、0.8 days，respectively.Cycle variations of Nanjing thunderstorm were closely related to circulation anomalies，north trough deepening and subtropical high developing during summer in 500hPa and humidity increasing in lower 700hPa and 850hPa levels. The intensity of vertical upward motion of synoptic-scale may caused severe thunderstorms with larger daily precipitation and extreme strong wind.

Key words ? ?thunderstorm;variation characteristic;circulation background;anomalies analysis;Nanjing Jiangsu

雷暴天氣是一類重要的對(duì)流性天氣，雷暴泛指深厚的濕對(duì)流[1]，狹義上是指伴有雷電的深厚濕對(duì)流[2]。雷暴天氣因具有局地性強(qiáng)、生命周期短、造成災(zāi)害可能性大等特點(diǎn)，廣受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。做好對(duì)流天氣預(yù)報(bào)對(duì)提升防災(zāi)減災(zāi)能力、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義[3-7]。陳思蓉等[8]研究表明，長(zhǎng)江流域、華南、華北、東北、云南、新疆西部等區(qū)域存在雷暴空間異常。甘慶輝等[9]通過觀測(cè)資料分析，指出貝加爾湖高脊、北方槽、副熱帶高壓等環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)是造成雷暴日數(shù)異常的重要原因。

本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)南京地區(qū)雷暴天氣異常環(huán)流背景進(jìn)行分析，并總結(jié)其造成雷暴天氣異常的原因。

1 ? ?資料和方法

本研究所使用的資料包括2000—2012年南京站（58238）地面、高空觀測(cè)數(shù)據(jù)和NCEP/NCAR再分析資料。地面、高空觀測(cè)為單站數(shù)據(jù)，其中地面觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為1 h，高空觀測(cè)數(shù)據(jù)間隔為12 h，每天2次，分別為8：00和20：00。NCEP/NCAR再分析資料為月平均格點(diǎn)數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直為17層。

由于地面觀測(cè)業(yè)務(wù)調(diào)整，自2012年4月1日起調(diào)整夜間（20：00至次日8：00）天氣現(xiàn)象連續(xù)觀測(cè)為4次正點(diǎn)（20：00、23：00、2：00、5：00）觀測(cè)，即夜間不守班;并且于2014年1月1日起簡(jiǎn)化了天氣現(xiàn)象的觀測(cè)與記錄，取消雷暴、龍卷等13種天氣現(xiàn)象的觀測(cè)與記錄。為了保證觀測(cè)資料的一致性，特別是天氣現(xiàn)象的連續(xù)性，選定2000—2012年為研究時(shí)段。

2 ? ?雷暴特征分析

圖1為2000—2012年南京雷暴日數(shù)逐年變化曲線。由圖1（a）可以發(fā)現(xiàn)，2000—2012年年平均雷暴日數(shù)為30.6 d。2001年、2008年雷暴日數(shù)最少，分別僅為22 d和24 d;2003年、2007年、2010年的雷暴日數(shù)最多，分別達(dá)到了38、34、38 d。根據(jù)擬合分析，2000—2012年，年雷暴日數(shù)呈現(xiàn)出準(zhǔn)5年周期變化特征，分別在2004年和2011年前后達(dá)到峰值。

分析各季節(jié)雷暴日數(shù)的分布發(fā)現(xiàn)，雷暴主要發(fā)生在夏季，夏季雷暴占全年總雷暴日數(shù)73.1%，平均雷暴日數(shù)22.4 d。春季雷暴發(fā)生日數(shù)次于夏季，年均雷暴日數(shù)5.2 d，占全年的17.1%。秋季和冬季雷暴相對(duì)較少，分別僅占全年的7.3%和2.5%，見圖1（b）（c）（d）。

由各季節(jié)雷暴日數(shù)的分布可以發(fā)現(xiàn)，2005年前，春季雷暴呈逐年增加趨勢(shì)，2005年后，春季雷暴逐年減少，其中春季雷暴日數(shù)在2004年前后達(dá)到峰值相應(yīng)地造成了年雷暴日數(shù)增多。夏季和秋季雷暴日數(shù)存在明顯的年際變化特征，夏季雷暴日數(shù)呈現(xiàn)2～3年的變化周期特征，在2006年前后，夏季雷暴日數(shù)達(dá)到峰值;秋季雷暴2002—2008年呈下降趨勢(shì)，在2008年后雷暴表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。

圖2為2000—2012年全年和各季節(jié)雷暴日數(shù)的距平分布，全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)準(zhǔn)5年和2～3年周期變化特征。春季和秋季雷暴日數(shù)分別在2004年和2008年前后達(dá)到峰值。此結(jié)論與前文分析一致。

3 ? ?環(huán)流背景分析

環(huán)流背景是造成天氣氣候異常的直接原因[9]。中高層環(huán)流形勢(shì)、天氣尺度垂直運(yùn)動(dòng)以及低層水汽輸送等環(huán)流背景是造成雷暴天氣存在異常的重要原因，通過采用合成分析方法對(duì)上述形勢(shì)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)分析可以揭示其對(duì)雷暴天氣的影響。

圖3為500 hPa平均位勢(shì)高度和雷暴日數(shù)正負(fù)距平年份位勢(shì)高度差值的分布。從圖3（a）可以看出，年平均500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)較平直，在雷暴日數(shù)正距平年份，我國(guó)東北及朝鮮半島北部附近的低槽加深，有利于北方冷空氣南下。春季500 hPa高度上，歐亞大陸呈一槽一脊分布，低槽位于我國(guó)東北及朝鮮半島北部，低槽強(qiáng)度較年平均強(qiáng)度加強(qiáng)，高空脊位于新疆北部，在雷暴日數(shù)正距平年份，東北及朝鮮半島北部附近的低槽強(qiáng)度加強(qiáng)，新疆北部的高空脊強(qiáng)度減弱，低緯度地區(qū)高壓位置較負(fù)距平年份偏南，見圖3（a）（b）。夏季500 hPa高度上，我國(guó)東北及朝鮮半島北部附近的低槽西退，整體退至貝加爾湖北部，位于低緯度地區(qū)的副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，副熱帶高壓的西伸北抬有利于熱帶地區(qū)的暖濕氣流向北輸送，暖濕空氣與南下冷空氣交匯為雷暴發(fā)展提供了有利條件，在雷暴日數(shù)正距平年份，貝加爾湖北部的低槽加深，更加有利于北方冷空氣南下影響，見圖3（c）。由圖3（d）可知，秋季500 hPa高度環(huán)流再次調(diào)整，低槽東移至我國(guó)東部沿海，新疆北部受高空脊控制，低緯度地區(qū)的副熱帶高壓系統(tǒng)東退南落，在雷暴日數(shù)正距平年份，我國(guó)東部沿海的低槽西退加深，新疆北部的高空脊強(qiáng)度加強(qiáng)，這樣的形勢(shì)更加利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流匯合，為雷暴天氣的發(fā)生提供有利條件。

綜上所述，在雷暴日數(shù)正距平年份，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的環(huán)流形勢(shì)表現(xiàn)為北方低槽較負(fù)距平年份加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，如此形勢(shì)有利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流結(jié)合，為雷暴天氣的發(fā)展提供了有利條件。

圖4所示為全年及各季節(jié)700 hPa和850 hPa平均風(fēng)場(chǎng)和雷暴日數(shù)正負(fù)距平年份相對(duì)濕度差值。從年平均風(fēng)場(chǎng)看，長(zhǎng)三角地區(qū)700 hPa低緯度地區(qū)為西南風(fēng)，中高緯度地區(qū)為東北風(fēng)，低緯度地區(qū)西南風(fēng)將水汽由孟加拉灣地區(qū)向長(zhǎng)三角地區(qū)輸送，而中高緯度地區(qū)西北風(fēng)將北方冷空氣向南輸送，見圖4（a）;850 hPa為偏南風(fēng)，偏南風(fēng)將南海地區(qū)的水汽輸送至長(zhǎng)三角地區(qū)，見圖4（b）。

春季中低層平均風(fēng)場(chǎng)與低層年平均風(fēng)場(chǎng)相似，由圖4（c）可知，700 hPa低緯度地區(qū)為西南風(fēng)，中高緯度地區(qū)為東北風(fēng)，低緯度地區(qū)西南風(fēng)將水汽由孟加拉灣地區(qū)向長(zhǎng)三角地區(qū)輸送，中高緯度地區(qū)西北風(fēng)將北方冷空氣向南輸送;由圖4（d）可看出，850 hPa為偏南風(fēng)，風(fēng)速較年平均更強(qiáng)。夏季東亞季風(fēng)暴發(fā)，700 hPa和850 hPa偏南風(fēng)加大，將孟加拉灣和南海地區(qū)的水汽源源不斷地向長(zhǎng)三角地區(qū)輸送，見圖4（e）（f）。秋季中低層風(fēng)場(chǎng)再次調(diào)整，700 hPa偏南風(fēng)減弱，長(zhǎng)三角地區(qū)受偏西風(fēng)控制，見圖4（g）;850 hPa則轉(zhuǎn)受東北風(fēng)控制，見圖4（h）。

分析雷暴日數(shù)正負(fù)距平年份中低層相對(duì)濕度差值發(fā)現(xiàn)，除夏季相對(duì)濕度無明顯變化外，其余各季節(jié)在雷暴日數(shù)正距平年份，長(zhǎng)三角地區(qū)中低層相對(duì)濕度均有明顯增加的趨勢(shì)。

綜上所述，夏季雷暴日數(shù)偏多的原因在于東亞季風(fēng)暴發(fā)，中低層偏南氣流將低緯度地區(qū)水汽輸送至長(zhǎng)三角地區(qū)。對(duì)于春、秋季而言，在雷暴日數(shù)正距平年份，中低層環(huán)流調(diào)整導(dǎo)致濕度增大對(duì)雷暴日數(shù)增多起著重要的作用。

圖5為南京地區(qū)全年及各季節(jié)平均以及雷暴日數(shù)正負(fù)距平年份平均垂直速度分布，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，除夏季雷暴日整層均為上升運(yùn)動(dòng)外，其余各季節(jié)均只在對(duì)流層低層表現(xiàn)為上升運(yùn)動(dòng)。

對(duì)比雷暴日數(shù)正負(fù)距平年份的垂直速度發(fā)現(xiàn)，春、夏季，在雷暴日數(shù)正距平年份的上升運(yùn)動(dòng)較負(fù)距平年份偏強(qiáng)，見圖5（b）（c）;而秋季正負(fù)距平年份的上升運(yùn)動(dòng)大小相當(dāng)，說明天氣尺度垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度是影響雷暴天氣的關(guān)鍵因素，見圖5（d）。這一差異則再次驗(yàn)證了前文所述春、夏季（特別是4月和6—8月）雷暴強(qiáng)度較強(qiáng)，伴隨的短時(shí)強(qiáng)降水和瞬時(shí)大風(fēng)天氣也更加劇烈的結(jié)論。

4 ? ?結(jié)論

（1）南京全年和夏季雷暴日數(shù)分別呈現(xiàn)出準(zhǔn)5年和2～3年周期變化，每年雷暴日平均為30.6 d，其中夏季雷暴日最多，平均為22.4 d，占全年總雷暴日數(shù)的73.1%;春季雷暴次之，平均為5.2 d;秋季和冬季最少，僅為2.2 d和0.8 d。

（2）南京地區(qū)雷暴天氣異常與中高層環(huán)流形勢(shì)、天氣尺度垂直運(yùn)動(dòng)以及低層水汽輸送密切相關(guān)。主要表現(xiàn)為：500 hPa高度上，在雷暴日數(shù)正距平年份，北方低槽加深，夏季副熱帶高壓系統(tǒng)西伸北抬，有利于北方冷空氣南下與南方暖濕氣流結(jié)合，為雷暴天氣的發(fā)展提供了有利的條件;700 hPa和850 hPa環(huán)流調(diào)整導(dǎo)致中低層濕度較負(fù)距平年份增大，為雷暴天氣發(fā)展提供了水汽條件，并有利于不穩(wěn)定層結(jié)的出現(xiàn);天氣尺度垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度則是造成雷暴強(qiáng)度偏強(qiáng)、短時(shí)強(qiáng)降水和瞬時(shí)大風(fēng)等災(zāi)害天氣更加劇烈的重要原因[10]。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

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