2013年8月17日黄山莲花峰重大雷电灾害的气象分析

吴有训， 陈晓红， 钱叶青， 张从贵， 吴永泽

(1.安徽省黄山气象管理处,安徽 黄山 242709;2.安徽省气象台,安徽 合肥 230061;3.安徽威尔利防雷科技有限责任公司,安徽 合肥 230031)

2013年8月17日黄山莲花峰重大雷电灾害的气象分析

吴有训1， 陈晓红2， 钱叶青3， 张从贵1， 吴永泽1

(1.安徽省黄山气象管理处,安徽 黄山 242709;2.安徽省气象台,安徽 合肥 230061;3.安徽威尔利防雷科技有限责任公司,安徽 合肥 230031)

用安徽省黄山气象站地面观测气象资料、美国NCEP全球分析FNL资料，对2013年8月17日黄山莲花峰雷电灾害进行气象分析.主要结果如下：我国东北伸到长江下游为冷槽，测站受其影响；低层东伸的湿舌为测站提供了丰富的水汽.T-lnp图上对流有效位能为397J/kg,对大气对流具有重要作用.低空假相当位温随高度减小，表明存在潜在的对流性不稳定条件；受日射作用，测站中午前后低层空气被下垫面加热，使气层变得不稳定，均有利于对流天气的出现.黄山地形对气流的抬升作用，触发或加强对流天气产生.

安徽黄山；雷电灾害；对流有效位能；假相当位温

引 言

黄山自然景观堪称世界一流，以“奇松、怪石、云海、瀑布”四绝称奇，古人有“五岳归来不看山，黄山归来不看岳”之说.黄山风景区年接待游客百万，主要集中在夏半年，冬季黄山为明显旅游淡季[1-2].夏天容易出现雷电灾害[3],严重影响山岳旅游的开展；2013年8月17日16时40分左右，黄山风景区出现雷雨，莲花峰峰顶处(海拔高度1864米)发生雷电伤人事故,造成1名男游客死亡,3名女游客受伤.因此对雷雨天气过程进行分析,为开展黄山旅游气象服务提供科学依据显得十分必要.

关于雷电天气方面的研究已经取得了很多的成果[4-8],这些成果包括以下几方面：雷电出现的时间分布、雷电出现的空间分布、雷电出现的热力条件和动力条件的分析等.本文对2013年8月17日雷电天气过程进行分析,研究环流特征、物理量分布和形成机理，以期提高雷电天气预报水平.

1 资料选取

本文所用的基本资料分为两部分，①美国NCEP全球分析资料(Final Operational Global Analysis,简称“FNL资料”),空间水平分辨率1°×1°,垂直分为26层,时间间隔为6小时的GRIB1码全球资料.②安徽省黄山气象站(118°09′E，30°08′N；海拔高度1840.4m)地面观测气象资料.

图1 2013年8月16日2时-18日20时本站气象要素时间演变图

2 雷暴天气过程实况

图1是2013年8月16日2时-18日20时本站气象要素时间演变.17日11时气温24.4℃为极大值，到17时下降到19.3℃为极小值，在20时气温略有上升，主要是中低层冷平流及降水影响产生的降温.17日14时绝对湿度20.5hPa为极大值，表明大气中水汽含量大，到20时降至18.5hPa，是因为水汽凝结成云致雨，绝对湿度出现极小值.从气压时间分布曲线上可见，17日平均气压较前后两天为一明显低谷，是高空低槽东移过境产生的波动.17日降水出现时间为15时25分-16时40分、18时20分-44分，总降雨量20.7mm；雷暴出现时间15时20分-17时32分.莲花峰顶雷电事故出现时间16时40分左右.

4 大气环流特征

图2 2013年8月17日14时500hPa气温(虚线)和位势高度(实线)场(单位：℃；dagpm)

图2是2013年8月17日14时500hPa温度和位势高度场.我国东北到勒拿河为一冷涡，504dagpm冷涡中心位置在大兴安岭，从冷涡中心经黄海南伸到长江下游为低槽，测站处在低槽底部，并受冷平流影响；在高原以南到孟加拉湾为低槽.20时东北冷涡减弱东移，其低槽也随之东移入海；孟加拉湾低槽加深东移至中南半岛.

图3是2013年8月17日14时700hPa气温和位势高度场.与500 hPa位势高度场对应，我国东北到勒拿河为一冷涡，260dagpm冷涡中心位置在大兴安岭以南，从冷涡中心经黄海南伸到沿海为低槽，测站处在低槽后部，并受冷平流影响.20时东北冷涡减弱东移，其低槽也随之东移入海，西太平洋副热带高压增强，洋面上出现316dagpm的闭合高压环流.

图4是2013年8月17日14时850hPa气温和位势高度场.与高层对应，我国东北到鄂霍次克海以西为低压环流，冷温度槽位置偏西未能与高度槽重叠，从低压环流中心经黄海南伸到东海为低槽，测站处在高原东伸的高压环流前部，受冷平流影响.20时东北冷涡及其南伸低槽减弱东移，中低纬度环流经向度减小，趋于平直西风环流.

图3 2013年8月17日14时700hPa气温(虚线)和位势高度(实线)场(单位：℃；dagpm)

图4 2013年8月17日14时850hPa气温(虚线)和位势高度(实线)场(单位：℃；dagpm)

5 物理量的垂直剖面图分布特征

图5是2013年8月17日14时气温(点划线)、相对湿度(短虚线)、垂直速度ω(实线,<0为虚线)垂直剖面；左图为500 hPa高度场.垂直剖面图近纬向，过测站附近.从低层到高层气温呈东高西低型，主要是西部有温度槽存在. 在低层为一东伸的湿舌，在850hPa高度上90%的相对湿度线伸至测站，低层的湿空气平流，其上层覆盖一干气层，造成对流性不稳定层结[9].从测站低层到400hPa高度垂直速度ω>0，850hPa高度附近为0.2Pa/s的闭合等值线，表明存在明显的下沉气流.图6是2013年8月17日14时118°09′E，30°08′N假相当位温高度分布图.低空1000-750hPa为假相当位温随高度减小层(θse/Z<0)，表明存在潜在的对流性不稳定条件；受日射作用，测站11时气温达24.4℃，中午前后低层空气被下垫面加热(∂T/∂t>0)，高层(∂T/∂t=0)，使气层变得不稳定，均有利于对流天气的出现.

由以上讨论可知，低层东伸的湿舌为测站提供了丰富的水汽；∂θse/∂Z<0存在潜在的对流性不稳定条件和黄山地形等抬升条件，触发或加强对流天气产生.

图7是2013年8月17日14时118°09′E，30°08′N温度对数压力(T-lnp)图.抬升凝结高度(LCL)为1000hPa，即测站超过1000hPa就有水汽凝结，表明凝结层厚度大、云底低.自由对流高度(LCF)约在975hPa高度上，平衡高度(EL)伸至440hPa，在T-lnp图上，对流有效位能(CAPE)正比于气块上升曲线和环境温度曲线从自由对流高度(LFC)至平衡高度(EL)所围成的区域的面积，为397J/kg,这部分能量能转化成气块的动能，对大气对流具有重要作用[10]，到20时CAPE减小到104J/kg.另外，计算了K指数，它同时反映了大气层结稳定度和中低层的水汽条件，K指数值为25℃，一般有孤立雷雨出现[9].

6 物理量的时间演变特征

图8是2013年8月14日02时-21日02时118°09′E，30°08′N相对湿度演变.从16日2时到18日2时，500hPa相对湿度<10%，700 hPa相对湿度<20%，在低层850hPa相对湿度>80%，气层上干下湿明显，高层干平流叠加在低层湿平流之上，这种湿度分布造成对流性不稳定[11].在图中除这一时段外，无明显上干下湿的湿度垂直分布.

图9是2013年8月14日02时-21日02时118°09′E，30°08′N垂直速度ω演变.17日各时次ω>0，为下沉气流、14时850hPa、700hPa、500hPa垂直速度分别为0.295Pa/s 、0.155Pa/s 、0.122Pa/s，没有明显系统性的垂直上升气流.

图8 2013年8月14日02时-21日02时118°09′E，30°08′N相对湿度演变(850hpa实线、700hpa短虚线、500hpa点划线；单位：%)

图9 2013年8月14日02时-21日02时118°09′E，30°08′N垂直速度ω演变(850hpa实线、700hpa短虚线、500hpa点划线；单位：Pa/s)

7 结束语

本文对2013年8月17日黄山莲花峰雷电灾害天气过程，分析了大气环流形势,物理量时空演变特征，得到以下初步结论：我国东北伸到长江下游为冷槽，冷平流明显，测站受其影响；低层东伸的湿舌为测站提供了丰富的水汽，测站位于舌尖端，上层覆盖一干气层；使对流性不稳定增强.T-lnp图上对流有效位能为397J/kg, 这部分能量能转化成气块的动能，对大气对流具有重要作用.低空为假相当位温随高度减小层，表明存在潜在的对流性不稳定条件.夏季黄山裸露岩石山体在中午前后受日射作用升温显著，使低层空气加热，气层变得不稳定，均有利于对流天气的出现；黄山地形相对海拔高度高，对气流有显著抬升作用，触发或加强对流天气产生.

此外，美国NCEP全球分析FNL资料中，气温值略偏小，在分析应用中应注意到这一点.

[1] 吴有训,胡安霞,程筱农,等.黄山旅游气候资源之优势[J].安徽师范大学学报：自然科学版,2002,25(2):190-193.

[2] 吴有训,王克强,杨保桂,等.黄山连续性云海过程的天气学分析[J].气象,2005,31(4):309-316.

[3] 柴贾然,肖稳安,王学良.我国中部 5 省闪电活动季节性对比[J].南京信息工程大学学报：自然科学版,2012，4 (6):506-511.

[4] 李京校，宋海岩，肖稳安，等.北京及其周边地区闪电活动的时空特征[J].大气科学学报,2013,36(2):235-245.

[5] 魏鸣，雷欢欢，程周杰，等.能量位涡在雷雨大风天气诊断分析中的应用[J].大气科学学报,2013,36(2):158-164.

[6] 于波,张明英.2008年残奥会期间北京地区的一次雷电过程分析[J].气象,2008,34(12):89-92.

[7] 张翠华,言穆弘,董万胜,等.青藏高原雷暴天气层结特征分析[J].气象,2005,24(5):741-747.

[8] 袁铁,郄秀书.青藏高原中部闪电活动与相关气象要素[J].气象学报,2005,63(1):123-127.

[9] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法[M].第3版.北京:气象出版社,2000:302-425.

[10] Price C, D Rind. A simple lightning parameterization for calculating globallightning distributions[J]. J Geophys Res,1992,97: 9919-9933.

[11] 吴有训，胡雯，袁野,等.江淮地区夏季环流分型及其云水气候特征[J].安徽师范大学学报：自然科学版,2008, 31(3):274-278.

AnalysisonLightningDisasterofHuangshanLotusPeakonAugust17,2013

WU You-xun1， CHEN Xiao-hong2， QIAN Ye-qing3， ZHANG Cong-gui1， WU Yong-ze1

(1.Huangshan Meteorological office, Anhui Province, Huangshan 242709, China; 2.Anhui Meteorological office, Hefei 230061, China; 3.Anhui Weierli Lightning Protection Technology Co., Ltd, Hefei 230031, China)

Based on the meteorological data in Huangshan of Anhui province, and NCEP FNL global analysis data，we did meteorological analysis on lightning disaster of Huangshan lotus peak on August 17, 2013. Our results showed that it was the cold trough stretching to the lower reaches of the Yangtze River in Northeast China, and affected Huangshan. Wet tongue extended eastward in low layer, and provided abundant water vapor to Huangshan. Convective available potential energy was 397J/kg in T-lnp diagram, and it played an important role in atmospheric convection. Low altitude potential pseudo-equivalent temperature decreaseed with height, which indicated the presence of potentially unstable convection conditions. Lower layer air of Mount Huangshan around noon was heated by underlying surface under solar radiation, and it made the atmosphere unstable. Both of them were favorable to the appearance of convection weather. The produce of convective weather was triggered or enhanced by Mount Huangshan terrain uplifting.

Huangshan; lightning disaster; CAPE; potential pseudo-equivalent temperature

2014-02-12

国家自然科学基金(40875078)；2009年度公益性行业(气象)科研专项(GYHY200906001).

吴有训(1953-)，男，安徽歙县人，高级工程师，主要从事天气气候分析和预报研究.

吴有训，陈晓红，钱叶青，等.2013年8月17日黄山莲花峰重大雷电灾害的气象分析[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2014，37(4)：378-382.

P446

A

1001-2443(2014)04-0378-05