寧波機(jī)場一次雷暴過程分析

朱王杰 任婧 楊琦堡

中國民用航空寧波空中交通管理站 浙江 寧波 315154

引言

雷暴通常是指在積雨云中發(fā)生的雷電交錯(cuò)的劇烈放電現(xiàn)象，發(fā)生時(shí)可伴隨有強(qiáng)降水、大風(fēng)、龍卷等天氣現(xiàn)象。在民航飛行活動(dòng)中，雷暴對航空器的飛行安全危害極大，一旦飛行器進(jìn)入雷暴區(qū)域，會遇到顛簸、冰雹、閃電、下?lián)舯┝鞯纫幌盗型{，對飛行器造成巨大的傷害，甚至造成安全事故。

近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者對雷暴做了大量研究工作。唐錢奎、張濤[1]在對成都一次雷暴大風(fēng)的中尺度特征分析研究中，表明了地面輻合線、層結(jié)不穩(wěn)定和較大的對流有效位能為雷暴大風(fēng)的發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件。沈杭鋒等[2]對2014年7月26日浙江盛夏一次強(qiáng)對流過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)蛯?25hpa的中尺度輻合線和700hpa的垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)相重合時(shí)，中尺度輻合線附近在未來6小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生了強(qiáng)對流。慶濤等[3]對南京地區(qū)2000-2012年的雷暴天氣特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明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)、瞬時(shí)大風(fēng)等災(zāi)害天氣更加劇烈的重要原因。本文采用寧波機(jī)場（121.5°E，29.8°N）觀測資料、NCEP/FNL再分析資料對2020年5月15日寧波機(jī)場午后發(fā)生的一次雷暴天氣過程進(jìn)行分析，以期為今后寧波機(jī)場類似天氣的服務(wù)保障工作提供一定的參考。

1 天氣實(shí)況

2020年5月15日上午，寧波機(jī)場風(fēng)向穩(wěn)定，為偏南風(fēng)，風(fēng)速1-5m/s。白天升溫明顯，8：00（北京時(shí)，下同）寧波機(jī)場氣溫為25.8℃，14：00，溫度達(dá)到33.2℃，露點(diǎn)溫度穩(wěn)定在20～21℃。雷暴過程從15:16時(shí)開始，21:41時(shí)結(jié)束。降水過程從15:43時(shí)開始，22:50時(shí)結(jié)束，過程累積降水量為15.4mm，最大降水量出現(xiàn)在21時(shí)，達(dá)到13.1mm，其他時(shí)次小時(shí)降水量都不超過1mm。

圖1 5月15日溫度、露點(diǎn)溫度、小時(shí)降水量變化

2 天氣形勢

分析從2020年5月15日14時(shí)（北京時(shí)，下同）環(huán)流形勢場可以看出：（a）：在500hpa（圖略）圖上，影響寧波機(jī)場的高空槽從我國東北向南延伸經(jīng)渤海灣到長江中下游地區(qū)，寧波機(jī)場處在高空槽前的西南氣流當(dāng)中，有利于動(dòng)力抬升作用；（b）：700hpa和850hpa（圖略）形勢相似，影響寧波的是從朝鮮半島附近向西南方向延伸出來的高空槽，寧波處于槽前西南急流中，低空西南急流有利于將低空暖濕氣流平流至長江中下游地區(qū)，并且在此使水汽輻合上升，大氣產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)，有利于雷暴的產(chǎn)生；（c）：地面圖上（圖略），長江中下游地區(qū)處在弱氣壓場中，江浙滬皖四省交界處有明顯的地面輻合線，為寧波機(jī)場午后雷暴的產(chǎn)生提供抬升觸發(fā)機(jī)制。

綜合上述分析可知，2020年5月15日寧波機(jī)場的雷暴天氣是在多種天氣尺度系統(tǒng)共同構(gòu)成的有利環(huán)流條件里產(chǎn)生的。高空槽、低空西南急流和地面輻合線的抬升觸發(fā)導(dǎo)致了此次過程的產(chǎn)生。

3 物理量場診斷分析

根據(jù)天氣學(xué)原理[4]，雷暴的發(fā)生通常需要三個(gè)條件：充沛的水汽、強(qiáng)盛的上升運(yùn)動(dòng)、大量的不穩(wěn)定能量。下面就通過動(dòng)力條件、層結(jié)條件、水汽條件這三方面對這次的雷暴進(jìn)行診斷分析。

3.1 動(dòng)力條件

本文沿著121.5°E分別繪制渦度、垂直速度的垂直剖面分布圖。通過分析2020年5月15日14時(shí)垂直速度剖面圖（圖2a）可知，寧波機(jī)場上空600hpa高度層以下有明顯的上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度為-0.2～-0.4×10-5hPa·s-1，中心位于700hpa高度層，垂直速度為-0.4×10-5hPa·s-1，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，有利于雷暴的發(fā)生發(fā)展。結(jié)合分析14時(shí)渦度垂直剖面圖（圖2b）可知，寧波機(jī)場上空850hpa以下，渦度為正值，在0～9×10-5s-1之間，屬于輻合上升區(qū)域。850hpa以上500hpa以下，渦度為負(fù)值，在0～-3×10-5s-1之間，屬于輻散區(qū)域。這樣的高層輻散，低層輻合結(jié)構(gòu)，有利于強(qiáng)對流的形成,這與李曉霞[5]的研究：大氣的垂直運(yùn)動(dòng)能夠提供水汽、能量等物理量的垂直輸送，而且大氣層結(jié)的不穩(wěn)定能量需要一定的上升運(yùn)動(dòng)才能釋放，這一結(jié)論相一致。

圖2 2020年5月15日14時(shí)垂直速度剖面圖（單位： hPa·s-1）、渦度垂直剖面圖 （單位： s-1）

3.2 層結(jié)條件

層結(jié)不穩(wěn)定是雷暴發(fā)生的一個(gè)重要條件，層結(jié)越不穩(wěn)定，雷暴越容易發(fā)生。張雯[6]分析2014-2018年綿陽機(jī)場短期雷暴的發(fā)生與各對流參數(shù)氣候特征間的關(guān)系，結(jié)果表明：K指數(shù)、LI指數(shù)、SI指數(shù)、CAPE等在雷暴發(fā)生前有很好的指示作用。樊李苗等[7]對杭州地區(qū)夏季午后雷暴大風(fēng)環(huán)境條件分析中表明雷暴CAPE平均值在1000 J·kg-1以上。從15日14時(shí)的探空圖（圖3）中可以看到， K指數(shù)為36℃，LI抬升指數(shù)為-3℃，對流有效位能為1442 J·kg-1，對流抑制能量為43 J·kg-1，對流條件較好。在寧波機(jī)場上空低層900 hPa以下是淺薄的逆溫層，逆溫層的存在有利于底層靜力能的積累，一旦溫度升高，逆溫層被破壞，就會產(chǎn)生較強(qiáng)的雷暴。但是整層層結(jié)曲線和露點(diǎn)曲線距離較大，這表明寧波機(jī)場上空的水汽條件較差，要產(chǎn)生雷暴等強(qiáng)對流天氣，需要有其他的水汽來源。

圖3 2020年5月15日14時(shí)寧波站探空資料

3.3 水汽條件

從2020年5月15日14時(shí)850hpa水汽通量場（圖略）可以看出，水汽沿著低空急流從西南地區(qū)輸送到華東中部地區(qū)。浙江省內(nèi)的水汽通量大值區(qū)位于浙江西部地區(qū)和浙江北部地區(qū)，水汽通量最大值達(dá)到1.8g·（s· hPa· cm）-1。對比分析850hpa水汽通量散度（圖略）可以發(fā)現(xiàn)，14時(shí)浙江東北部地區(qū)出現(xiàn)明顯的水汽輻合上升區(qū)，寧波機(jī)場處于水汽輻合區(qū)內(nèi)，水汽通量散度達(dá)到-2.5×10-5g·（s· hPa· cm2）-1， 這表明低空西南急流有利于將西南暖濕氣流輸送至浙江地區(qū)，并在浙江地區(qū)產(chǎn)生水汽輻

合上升，為此次雷暴天氣過程提供水汽條件。

4 結(jié)束語

本文通過分析2020年5月15日寧波櫟社機(jī)場的一次雷暴過程進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

本次雷暴過程產(chǎn)生于高空槽、低空西南急流和地面輻合線的抬升共同影響下。高空槽前上升氣流配合地面輻合線，以及中午地面溫度明顯上升，為午后的雷暴提供觸發(fā)機(jī)制；低空西南急流將暖濕氣流輸送到浙江東部，給雷暴的產(chǎn)生提供了有利的溫濕條件。

較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)是雷暴發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力條件之一。高層輻散和底層輻合為此次雷暴天氣提供了較好的動(dòng)力條件。

K指數(shù)、LI抬升指數(shù)以及對流有效位能等對流指數(shù)表明了本次過程大氣層結(jié)不穩(wěn)定，較高的位勢不穩(wěn)定為雷暴提供了較好的不穩(wěn)定層結(jié)條件，整層水汽較差表明需要有其他的水汽輸送才能導(dǎo)致較強(qiáng)的雷暴天氣。

雖然原大氣中相對濕度較差，但是從水汽通量和水汽通量散度分布來看，低空西南急流將西南暖濕氣流輸送到浙江地區(qū)，并在此輻合上升，為此次對流天氣提供了有利的水汽條件。