一次雷暴天氣過程環(huán)境場分析

吳佳婕

摘 要 采用2.5°×2.5°NCEP再分析資料、MICAPS常規(guī)站點(diǎn)閃電和降水資料、FY-2E衛(wèi)星云圖相當(dāng)黑體溫度（TBB）、華北雷達(dá)拼圖等資料，對(duì)2013年7月1日10時(shí)至2日06時(shí)京津冀地區(qū)一次伴有云對(duì)地閃電（地閃）的雷暴過程的實(shí)況進(jìn)行了描繪，同時(shí)利用相關(guān)資料對(duì)環(huán)流場、能量特征值、TBB進(jìn)行分析，并與同一季節(jié)一次無雷暴過程進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：此次伴有地閃的雷暴過程發(fā)生在一槽一脊的經(jīng)向環(huán)流形式中，700 hPa西南風(fēng)急流輸送水汽和不穩(wěn)定能量，切變線上較強(qiáng)的風(fēng)速、風(fēng)向輻合產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生雷暴的動(dòng)力條件;動(dòng)力強(qiáng)迫作用在這次雷暴過程中起到重要作用，與高空鋒區(qū)、高空急流及低空急流相聯(lián)系的次級(jí)環(huán)流上升支是這次雷暴的觸發(fā)機(jī)制之一;TBB值越低對(duì)應(yīng)云頂越高，對(duì)流越旺盛，加強(qiáng)了對(duì)流活動(dòng)的強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞 地閃;雷暴過程;降水過程;環(huán)境場

引言

雷暴天氣作為一種災(zāi)害性天氣，一直以來都備受國內(nèi)外研究人員的關(guān)注。京津冀地區(qū)常有雷暴天氣發(fā)生，作為中國的經(jīng)濟(jì)中心，這對(duì)于經(jīng)濟(jì)會(huì)造成很大的損失，因此研究該地區(qū)的雷暴成因有助于做好防災(zāi)措施，盡可能減少經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，本文通過使用中國氣象局雷電監(jiān)測網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和NCEP/NCAR的再分析資料，分析京津冀地區(qū)一次伴隨有閃電現(xiàn)象的雷暴天氣過程個(gè)例，通過其發(fā)生的大尺度環(huán)流背景和中小尺度特征等方面來全面分析伴隨有閃電現(xiàn)象的雷暴發(fā)生時(shí)的有利條件，加深對(duì)雷暴天氣過程的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)行更加精準(zhǔn)的雷暴預(yù)報(bào)做好基礎(chǔ)工作。此外，本文還將選取該地區(qū)同一季節(jié)一次無雷暴過程的環(huán)境背景特征與所研究的個(gè)例進(jìn)行對(duì)比分析，了解兩者之間背景特征的差異，分析出有無雷暴天氣過程時(shí)的背景場特征，進(jìn)一步完善對(duì)于有閃電過程雷暴產(chǎn)生時(shí)的有利天氣條件的認(rèn)識(shí)[1]。

1資料

本文主要利用2013年7月逐小時(shí)MICAPS常規(guī)站點(diǎn)閃電和降水資料來分析降水和閃電過程的發(fā)生發(fā)展。NCEP/NCAR提供的氣壓場、風(fēng)場和溫度等六小時(shí)再分析資料，分辨率為2.5°×2.5°、NCEP中心fnl能量特征值資料、國家衛(wèi)星氣象中心FY-2E衛(wèi)星云圖TBB資料、華北雷達(dá)拼圖，對(duì)此次雷暴過程進(jìn)行綜合分析。

2過程概況

2.1 個(gè)例選擇

通過降水的站點(diǎn)資料，計(jì)算出京津冀地區(qū)7月份每小時(shí)，降水量大于20 mm的站點(diǎn)的降水平均值，并繪制出折線圖（圖1），選擇出降水持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大的時(shí)間段，由圖中可以看出，7月第24個(gè)時(shí)次左右的降水過程較其他過程更為顯著，降水量達(dá)到35 mm以上，持續(xù)時(shí)間大約20小時(shí)，因此此次個(gè)例基本確定為2013年7月1日至2日。后通過降水量分布圖及MICAPS圖確定降水開始出現(xiàn)和結(jié)束的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，選擇2013年7月1日10時(shí)至2日06時(shí)，作為所要研究的個(gè)例。以同樣的方法，選擇2日12時(shí)至2日15時(shí)，作為對(duì)比的無雷暴個(gè)例[2]。

2.2 地閃演變過程

在1日10時(shí)，地閃分布于河北的西北與東南部。在12時(shí)，地閃的范圍開始擴(kuò)大，地閃均勻地分布于京津冀的大部分地區(qū)，強(qiáng)度最高為200 kA。隨著時(shí)間的推移，地閃區(qū)域總體呈現(xiàn)東移的趨勢(shì)，到18時(shí)出現(xiàn)了強(qiáng)度、范圍均很大的地閃區(qū)域，最大值甚至到達(dá)500 kA。在這之后，地閃沿著東南方向移動(dòng)。2日06時(shí)地閃區(qū)域已經(jīng)基本移出了京津冀地區(qū)，直到10時(shí)整個(gè)地閃才完全移出，但這段時(shí)間內(nèi)的地閃的范圍和強(qiáng)度已經(jīng)很小，對(duì)京津冀影響較小，故此處不繼續(xù)分析?？傮w來說，地閃的演變過程和降水類似[3]。

3環(huán)境場

3.1 對(duì)流層形勢(shì)特點(diǎn)

在200 hPa高空?qǐng)D上有一哈薩克斯坦自我國內(nèi)蒙古的槽，在1日14時(shí)開始至2日02時(shí)不斷加深并南下，同時(shí)也為我國東北地區(qū)帶來一股冷空氣。這樣的形勢(shì)使得云系與冷空氣結(jié)合，并使得TBB值降低，為對(duì)流性天氣的形成提供了良好的條件。西南風(fēng)高空急流（風(fēng)速≥20 m/s）自孟加拉灣攜帶水汽進(jìn)入京津冀地區(qū)，這為京津冀帶來了良好的水汽條件。同時(shí)京津冀上空的輻散氣流與850 hPa上的輻合氣流相對(duì)應(yīng)，形成了對(duì)流上升的動(dòng)力條件，對(duì)雷暴的形成發(fā)展十分有利。與2日14時(shí)200 hPa高空?qǐng)D對(duì)比，此時(shí)京津冀地區(qū)上的影響系統(tǒng)為蒙古上空的高壓脊，有暖空氣吹向京津冀地區(qū)，同時(shí)上空氣流轉(zhuǎn)變?yōu)檩椇蠚饬鳎呖占绷鞔蠓鶞p弱，這些均不利于對(duì)流產(chǎn)生。

3.2 能量分布分析

CAPE（對(duì)流不穩(wěn)定能量）是指氣塊在給定環(huán)境中絕熱上升時(shí)的正浮力所產(chǎn)生的能量的垂直積分，是風(fēng)暴潛在強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，目前在對(duì)流天氣分析中應(yīng)用較為廣泛，被認(rèn)為是能比較真實(shí)的描述大氣的不穩(wěn)定度的[6]。隨著地閃活動(dòng)強(qiáng)度和范圍的增大，在1日14時(shí)CAPE強(qiáng)度增至1600 J/kg，且范圍由原來的南部擴(kuò)大至東南部。之后地閃活動(dòng)加劇，至1日18時(shí)達(dá)到巔峰后開始衰落，CAPE值也逐漸衰弱[4]。

4中尺度分析

4.1 中尺度系統(tǒng)分析

分析1日08時(shí)地面圖，可以看見天津南部沒有明顯的輻合線。而1日14時(shí)，在地面圖上出現(xiàn)了明顯的西北風(fēng)和東南風(fēng)構(gòu)成的輻合線，呈氣旋性彎曲。在20時(shí)，天津南部輻合帶的氣旋性增強(qiáng)，且輻合位置向東南移動(dòng)了一段距離，說明左側(cè)的西北風(fēng)增強(qiáng)，西路冷空氣加強(qiáng)，此時(shí)正是對(duì)流性活動(dòng)最強(qiáng)的時(shí)刻。而與此同時(shí)也可以看出輻合線轉(zhuǎn)為東北和西南風(fēng)的輻合，輻合線左右兩側(cè)都為氣旋性彎曲，這預(yù)示著天氣狀況的改變。在接下來的2日02時(shí)，可以在天津西南部看見明顯的東北風(fēng)和西南風(fēng)的輻合，且輻合線左側(cè)的西南風(fēng)明顯大于右側(cè)的東北風(fēng)，說明有西南暖濕氣流流入，氣旋性輻合減弱，對(duì)流性天氣仍然維持一小段時(shí)間，但強(qiáng)度逐漸減弱。08時(shí)，京津冀地區(qū)已經(jīng)沒有了輻合線。對(duì)比2日14時(shí)地面圖，此時(shí)京津冀地區(qū)及附近均已沒有了輻合線，取而代之的是西北氣流。

以上結(jié)果表明輻合線是產(chǎn)生此次地閃現(xiàn)象的中尺度系統(tǒng)，在地閃現(xiàn)象沒有出現(xiàn)前并沒有輻合線，而地閃現(xiàn)象出現(xiàn)的同時(shí)就出現(xiàn)了明顯的輻合線，且使得地閃現(xiàn)象加強(qiáng)。同時(shí)，對(duì)流性天氣也對(duì)輻合線有加強(qiáng)的反作用[5]。

4.2 TBB分析

TBB可以直接展示對(duì)流發(fā)展的旺盛程度，推斷云團(tuán)發(fā)展的強(qiáng)度及所處的階段。1日10時(shí)有一高空槽云系自河北西部和北部緩慢東移，10時(shí)已經(jīng)覆蓋了河北北部及北京西部，此時(shí)京津冀地區(qū)開始出現(xiàn)少量的對(duì)流系統(tǒng)，對(duì)流還不是特別明顯。12時(shí)，云系已經(jīng)覆蓋了京津冀北部大部地區(qū)，有零星云系已發(fā)展至河北南部。在云系移動(dòng)過程中，其與冷空氣中心匯合，云系中包含的冷空氣中心使得TBB在移動(dòng)過程中不斷降低。在20時(shí)，后移入的云系由于移動(dòng)速度較快，追趕上之前正移出的云系，在河北南部聚集成了一個(gè)更加強(qiáng)大的對(duì)流系統(tǒng)。由于云系中包含冷中心，使其中出現(xiàn)TBB值≤-70℃的區(qū)域，面積也占據(jù)了河北南部的大部地區(qū)。這時(shí)的對(duì)流強(qiáng)度已經(jīng)非常強(qiáng)，對(duì)于雷暴天氣的產(chǎn)生十分有利。

1日20時(shí)后，對(duì)流的范圍和強(qiáng)度已經(jīng)基本趨于穩(wěn)定。在維持低TBB值的情況下，對(duì)流系統(tǒng)在不斷地向東南移動(dòng)。2日05時(shí)已經(jīng)基本移出京津冀地區(qū)，06時(shí)完全移出。2日12時(shí)至15時(shí)的TBB圖中，京津冀地區(qū)TBB值均為0，可見有地閃活動(dòng)時(shí)的TBB值比無地閃活動(dòng)的TBB值低。

在整個(gè)TBB演變過程中，其數(shù)值和移動(dòng)對(duì)流的強(qiáng)度和位置關(guān)系是十分緊密的，冷空氣中心對(duì)云系的影響導(dǎo)致了對(duì)流活動(dòng)的增加。

5結(jié)束語

（1）此次伴有降水的地閃過程發(fā)生在一槽一脊的經(jīng)向環(huán)流形式中。西南風(fēng)急流輸送水汽和不穩(wěn)定能量，切變線上較強(qiáng)的風(fēng)速、風(fēng)向輻合以及次級(jí)環(huán)流上升支產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生雷暴的動(dòng)力條件。在雷暴發(fā)生次數(shù)多，密集的時(shí)間段內(nèi)，動(dòng)力、熱力、水汽條件都是有利于雷暴發(fā)展的。CAPE值越大，越有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展，發(fā)生地閃的概率越高。

（2）地面輻合線是產(chǎn)生此次地閃現(xiàn)象的中尺度系統(tǒng)，在地閃現(xiàn)象沒有出現(xiàn)前并沒有輻合線，而地閃現(xiàn)象出現(xiàn)的同時(shí)出現(xiàn)了明顯的輻合線，且使得地閃現(xiàn)象加強(qiáng)。同時(shí)，對(duì)流性天氣也對(duì)輻合線有加強(qiáng)的反作用。

（3）TBB與對(duì)流系統(tǒng)相結(jié)合，TBB低值范圍的移動(dòng)能夠反映對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)和發(fā)展，其數(shù)值大小和移動(dòng)路徑與對(duì)流系統(tǒng)的強(qiáng)度和位置之間的關(guān)系是十分緊密的，雷達(dá)資料相比站點(diǎn)資料的實(shí)況圖更加精細(xì)。

（4）與同季節(jié)無雷暴過程相對(duì)比，可知無雷暴過程沒有本次雷暴過程的動(dòng)力抬升、水汽、輻合線、冷空氣等條件，CAPE值大于無雷暴過程，且TBB圖和雷達(dá)拼圖上都無低值區(qū)域和回波范圍[7]。

參考文獻(xiàn)

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