內(nèi)蒙古一次強(qiáng)雷暴天氣過程分析及雷電防護(hù)對策

楊振華

摘要：本文選擇地面觀測資料、NCEP再分析資料、臺站觀測資料等對2019年7月27日出現(xiàn)在內(nèi)蒙古的一次強(qiáng)雷暴天氣過程進(jìn)行分析，并給出了相關(guān)雷電防護(hù)對策。結(jié)果表明：在貝加爾湖低壓中心與蒙古高原高空槽向東移動的共同作用下，內(nèi)蒙古上空有冷暖空氣交匯，引發(fā)了強(qiáng)雷暴天氣過程；在強(qiáng)雷暴天氣還沒有出現(xiàn)之前，內(nèi)蒙古的不穩(wěn)定參數(shù)比閾值要高，說明有大量不穩(wěn)定能量積聚；大氣上層干冷下層暖濕的形勢，促進(jìn)了強(qiáng)雷暴天氣的出現(xiàn)；而低空輻合、高層輻散的配置，再加上強(qiáng)雷上升運(yùn)動，為雷暴天氣的出現(xiàn)提供了動力條件。氣象部門應(yīng)分別從加大雷電災(zāi)害知識宣傳、消除防雷安全隱患、強(qiáng)化落實(shí)防雷減災(zāi)責(zé)任等方面，將雷電防護(hù)工作做好。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)雷暴天氣；環(huán)流形勢；物理量場；雷電防護(hù)

隨著全球氣候變暖現(xiàn)象不斷加劇，我國極端災(zāi)害性天氣事件頻繁出現(xiàn)，而作為極端災(zāi)害性天氣中的一種，雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)往往伴隨著強(qiáng)降水、大風(fēng)、冰雹、下?lián)舯┝鞯葒?yán)重災(zāi)害性天氣，同時(shí)還有強(qiáng)烈的閃電現(xiàn)象。通常情況下，閃電主要包括云閃和云地閃，尤以地閃對人類的危害更大，可導(dǎo)致人畜傷亡、引發(fā)森林和建筑物火災(zāi)、油庫和化工廠爆炸事故，還會導(dǎo)致電力和通信設(shè)備中斷，對電子和微電子設(shè)備的干擾較大，嚴(yán)重的情況下會損毀設(shè)備，威脅著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。雷電災(zāi)害是“國際減災(zāi)十年”委員會公布的最嚴(yán)重十種自然災(zāi)害之一，并被國際電工委員會稱之為“電子化時(shí)代的一大公害”。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年因雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億—100億元人民幣，而人員傷亡達(dá)到3 000—4 000人左右，對社會的影響較大。

近年來，因雷暴及其帶來的強(qiáng)對流天氣具有較強(qiáng)的破壞性和突發(fā)性特征，一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。隨著觀測技術(shù)和預(yù)報(bào)精細(xì)化水平的增強(qiáng)，對雷暴天氣的研究不斷深入。如，Doswell[1]指出雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)需要水汽、不穩(wěn)定層結(jié)、抬升機(jī)制的互相配合，并提出了“配料法”，這就是預(yù)報(bào)雷暴天氣的基本方法；張引[2]得出了在良好的天氣系統(tǒng)配合下，有充沛的水汽輸送，較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量以及觸發(fā)機(jī)制，從而使得這次雷雨過程能夠較長時(shí)間的維持。楊杰堯[3]通過對2014年南京市一次強(qiáng)雷暴天氣過程進(jìn)行分析，得出了雷暴發(fā)生前南京數(shù)日持續(xù)高溫累積了大量不穩(wěn)定能量是先決條件，冷空氣南下觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放是觸發(fā)機(jī)制；劉維等[4]指出了2019年5月24日海南北部夜間雷暴天氣過程發(fā)生在高層輻散，低層輻合的環(huán)流形勢下，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，大尺度抬升條件好，地面溫度上升引起的海陸風(fēng)效應(yīng)，觸發(fā)了此次夜間雷暴的發(fā)生發(fā)展；呂勝輝等[5]得出了雷雨天氣發(fā)生時(shí)有不穩(wěn)定層結(jié)、源源不斷的水汽供應(yīng)和上升運(yùn)動維持；風(fēng)廓線雷達(dá)探測的低層下沉速度強(qiáng)度變化基本同降水強(qiáng)度有很好的對應(yīng)關(guān)系；方俏嫻等[6]得出了大氣電場變化曲線和時(shí)頻譜特征可以反映雷暴的生成、發(fā)展和消亡過程，電場變化率、頻域能量及雷達(dá)回波大值區(qū)與地閃爆發(fā)時(shí)段有很好的對應(yīng)關(guān)系。

由于內(nèi)蒙古自治區(qū)地形復(fù)雜、地域遼闊，是雷暴活動及雷電災(zāi)害頻繁出現(xiàn)的省份之一，且雷暴天氣呈現(xiàn)出多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢，以往對內(nèi)蒙古雷暴天氣的研究主要在雷暴天氣時(shí)空分布特征方面的研究，對雷暴天氣過程的分析相對較少。因此，本文選擇地面觀測資料、NCEP再分析資料、臺站觀測資料等對2019年7月27日出現(xiàn)在內(nèi)蒙古的一次強(qiáng)雷暴天氣過程進(jìn)行分析，并給出了雷電防護(hù)對策，以及雷暴天氣預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)，為防災(zāi)減災(zāi)工作的開展提供參考借鑒。

1? ? 環(huán)流形勢

通過分析2019年7月26日不同高度處的環(huán)流場時(shí)（圖1），在20時(shí)500 hPa處，亞歐大陸中高緯度地區(qū)呈現(xiàn)出“三槽兩脊”的環(huán)流形勢，而在西西伯利亞到里海一帶、蒙古高原以及東北部沿海地區(qū)分別是三個(gè)槽所在位置；而在貝加爾湖西南方向則是低壓中心所在區(qū)域，此時(shí)低壓的中心強(qiáng)度達(dá)到了564 dagpm，說明該低壓中心與蒙古高原高空槽的共同作用引發(fā)了強(qiáng)雷暴天氣過程。隨著時(shí)間的推移，在西風(fēng)帶的作用下槽脊與低壓中心不斷向東轉(zhuǎn)移；到了7月27日08時(shí)，低壓槽從蒙古高原一帶不斷朝著內(nèi)蒙古中西部地區(qū)移動，而槽前西南氣流幾乎控制內(nèi)蒙古大部分地區(qū)。另外，因內(nèi)蒙古上空位于上層西北干冷氣流與下層西南暖濕氣流交匯處，對于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

2? ? 物理量場分析

2.1 不穩(wěn)定層結(jié)

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，內(nèi)蒙古強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)過程中，對應(yīng)的K指數(shù)閾值在30 ℃左右。在27日08時(shí)，內(nèi)蒙古境內(nèi)的K指數(shù)達(dá)到了35 ℃左右，說明大氣層結(jié)較不穩(wěn)定，且到了當(dāng)天14時(shí)，隨著時(shí)間的變化，K指數(shù)超過了45 ℃，增加幅度較為明顯，該數(shù)值要比閾值高出很多，說明大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，對于強(qiáng)雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

在27日08時(shí)，內(nèi)蒙古大部分地區(qū)的對流有效位能在150～300 J/kg之間，說明有較弱的不穩(wěn)定能量存在；到了當(dāng)天14時(shí)，對流有效位能不斷增加，此時(shí)的對流有效位能數(shù)值在1 050～1 350 J/kg之間，比當(dāng)?shù)貜?qiáng)對流天氣出現(xiàn)的閾值還要高出很多，大氣層結(jié)的不穩(wěn)定能量積聚的較多，由于能量積累的較多，促進(jìn)了強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展。除此之外，500 hPa處的大氣環(huán)境溫度與地面抬升到500 hPa氣塊的溫度之差稱之為抬升指數(shù)，若是該指數(shù)為負(fù)值，說明氣塊的不穩(wěn)定性較強(qiáng)，負(fù)值越大說明氣塊對應(yīng)的不穩(wěn)定能量就越大，對流性天氣出現(xiàn)概率較高。在27日08時(shí)，內(nèi)蒙古地區(qū)的抬升指數(shù)位于-2～-1 ℃之間，比當(dāng)?shù)貜?qiáng)對流天氣出現(xiàn)的閾值要低，且在內(nèi)蒙古西部地區(qū)是抬升指數(shù)低值區(qū)，且在時(shí)間變化過程中，抬升指數(shù)的低值區(qū)向東轉(zhuǎn)移的趨勢較為明顯，到了14時(shí)，抬升指數(shù)位于-4～-5 ℃之間，對于強(qiáng)對流天氣的出現(xiàn)有促進(jìn)作用。

2.2 水汽條件

結(jié)合7月27日14時(shí)比濕垂直剖面圖（圖2），在強(qiáng)雷暴天氣還沒有出現(xiàn)之前，大氣層結(jié)以上干下濕的不穩(wěn)定形勢為主，到了14時(shí)，近地面處的比濕數(shù)值增大到了16 g/kg，相較于08時(shí)增加幅度為2 g/kg，大氣垂直方向上有不斷增加的濕度梯度值，也就說明上干下濕的不穩(wěn)定形勢有一定加強(qiáng)趨勢。通過分析呼和浩特市單站14時(shí)的溫度-對數(shù)壓力情況沒在650 hPa高度以下，隨著高度的增加，風(fēng)向呈現(xiàn)出順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變化，說明暖平流較為明顯；在500 hPa中高空處以上，隨著高度的增加風(fēng)向呈現(xiàn)出順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說明高層有冷平流存在，隨著冷空氣的入侵會使大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性加劇。另外，在650～700 hPa高空處，大氣溫度幾乎接近露點(diǎn)溫度，也就是趨于飽和狀態(tài)，說明該層有較好的濕度條件，在650 hPa高度以上，大氣溫度距離露點(diǎn)溫度線越來越遠(yuǎn)，此時(shí)的空氣相對濕度不斷下降，說明大氣中的上層干冷下層暖濕的垂直分布特征較為明顯，且聚集有大量的不穩(wěn)定能量，對于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

在500 hPa高度處，內(nèi)蒙古西部地區(qū)的水汽通量高值區(qū)在西南氣流的作用下向內(nèi)蒙古境內(nèi)不斷輸送水汽，且隨著時(shí)間的變化，風(fēng)向以偏西風(fēng)為主；27日14時(shí)，內(nèi)蒙古500 hPa高空處的水汽通量數(shù)值在6～10 g·s-1·hPa-1·cm-1。在850 hPa低空處，此時(shí)內(nèi)蒙古主要以南風(fēng)和西南風(fēng)為主，在流場的作用下，來自河套平原東部黃河流域的水汽不斷朝著內(nèi)蒙古境內(nèi)輸送，使得當(dāng)?shù)厮吭?0～14 g·s-1·hPa-1·cm-1之間，再加上風(fēng)速強(qiáng)度較大，為雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展提供了較為充足的水汽條件。

2.3 動力條件

結(jié)合7月27日14時(shí)垂直速度與垂直剖面圖（圖3），在強(qiáng)雷暴天氣出現(xiàn)前后，內(nèi)蒙古境內(nèi)的垂直上升運(yùn)動區(qū)極為深厚，在600 hPa高度處附近存在上升速度中心，此時(shí)的中心速度數(shù)值為-2.5×10-3 hPa-1·s-1，有抬升運(yùn)動較為強(qiáng)烈，促進(jìn)了內(nèi)蒙古境內(nèi)強(qiáng)雷暴天氣的出現(xiàn)。另外，結(jié)合散度垂直剖面圖，內(nèi)蒙古境內(nèi)600 hPa上空處的散度數(shù)值在0～8×10-5 s-1，主要表現(xiàn)為散度輻散區(qū)；在600 hPa高度以下，主要表現(xiàn)為散度輻合區(qū)，此時(shí)的中心強(qiáng)度值為-16×10-5 s-1，而在850 hPa高度處附近存在輻合大值中心。這種低層輻合、高層輻散的結(jié)構(gòu)配置，再加上較為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，為強(qiáng)雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動力條件。

3? ? 雷電防護(hù)對策

3.1 加大雷電災(zāi)害知識宣傳

對于內(nèi)蒙古各級氣象主管部門來說，應(yīng)嚴(yán)抓各區(qū)域典型的雷電災(zāi)害事例，并借助于電視、手機(jī)短信、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙、微信、微博、QQ、拉橫幅、張貼宣傳畫等方式在內(nèi)蒙古加大防雷減災(zāi)知識宣傳工作，不斷提升社會大眾的防雷減災(zāi)意識，同時(shí)還要將人民群眾對防雷避險(xiǎn)方法進(jìn)行熟練掌握作為防雷宣傳重點(diǎn)。為了爭取各界及各級政府部門對防雷減災(zāi)工作的支持度，需要?dú)庀蟛块T向當(dāng)?shù)卣筒块T積極匯報(bào)和宣傳，確保全區(qū)防雷減災(zāi)工作持續(xù)穩(wěn)定開展。

3.2 消除防雷安全隱患

①結(jié)合內(nèi)蒙古雷暴發(fā)生發(fā)展規(guī)律及對當(dāng)?shù)馗鱾€(gè)行業(yè)的影響特點(diǎn)，氣象部門加強(qiáng)與當(dāng)?shù)卣块T的溝通協(xié)作，以共同制定符合全區(qū)的雷電防護(hù)方案，加大資金投入力度，在全區(qū)內(nèi)構(gòu)建起完善的防雷減災(zāi)監(jiān)測網(wǎng)，確保面向全區(qū)不同行業(yè)的雷暴天氣預(yù)報(bào)工作順利開展；②加強(qiáng)部門聯(lián)合，各級氣象部門應(yīng)與當(dāng)?shù)爻墙ā⑺?、林業(yè)、國土等部門之間的溝通交流，并成立起聯(lián)合檢查組開展防雷安全檢查相關(guān)工作。針對拒不配合防雷檢查、檢測及新建建筑物雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)審核、竣工驗(yàn)收或存在安全隱患拒不進(jìn)行整改或者是從事防雷工程設(shè)計(jì)、施工中沒有相關(guān)資質(zhì)，應(yīng)嚴(yán)格按照法規(guī)要求，對相關(guān)責(zé)任人追究責(zé)任；③做好內(nèi)蒙古雷電災(zāi)害調(diào)查工作，以對全區(qū)防雷形式進(jìn)行全面分析，為制定雷電防護(hù)對策提供參考依據(jù)；針對危險(xiǎn)行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，如化工場所、易燃易爆場所及人員密集場所、大型建設(shè)工程等對應(yīng)項(xiàng)目，需要將雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估工作做好；同時(shí)還要將內(nèi)蒙古專項(xiàng)防雷安全檢查工作做好，及時(shí)排除雷擊隱患，確保防雷整改工作盡快落到實(shí)處。

3.3 強(qiáng)化落實(shí)防雷減災(zāi)責(zé)任

①為了將內(nèi)蒙古雷電災(zāi)害防御工作規(guī)劃做好，需要?dú)庀蟛块T嚴(yán)格履行自身的職能職責(zé)。在審核新建、改建和擴(kuò)建項(xiàng)目雷電防護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)分段監(jiān)督管理雷電防護(hù)裝置檢測和竣工驗(yàn)收工作，從源頭將防雷設(shè)計(jì)和施工關(guān)口把控好；同時(shí)還要定期對雷電防護(hù)裝置進(jìn)行檢測，并勒令責(zé)任人在限定期限內(nèi)對不符合規(guī)范或存在安全隱患的雷電防護(hù)裝置進(jìn)行整改；嚴(yán)格查處違反防雷減災(zāi)法律法規(guī)的行為，可借助于媒體曝光典型案例；②由于防雷減災(zāi)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要花費(fèi)較長時(shí)間，為了確保內(nèi)蒙古防雷工作的順利實(shí)施，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，使用科學(xué)有效的方法制定出切實(shí)可行的防雷工作制度，如災(zāi)情收集、調(diào)查、評估制度等。③為盡快落實(shí)防雷安全管理責(zé)任制，應(yīng)始終堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針政策，盡減少防雷安全隱患。

4? ? 結(jié)論

（1）在貝加爾湖低壓中心與蒙古高原高空槽向東移動的共同作用下，內(nèi)蒙古上空有冷暖空氣交匯，引發(fā)了強(qiáng)雷暴天氣過程。

（2）在強(qiáng)雷暴天氣還沒有出現(xiàn)之前，內(nèi)蒙古的不穩(wěn)定參數(shù)比閾值要高，說明有大量不穩(wěn)定能量積聚；大氣上層干冷下層暖濕的形勢，促進(jìn)了強(qiáng)雷暴天氣的出現(xiàn)；而低空輻合、高層輻散的配置，再加上強(qiáng)雷上升運(yùn)動，為雷暴天氣的出現(xiàn)提供了動力條件。

（3）由于雷暴引起的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，應(yīng)將內(nèi)蒙古雷電防護(hù)工作做好，不斷降低災(zāi)害性天氣造成的損失。

參考文獻(xiàn)

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