广汉机场一次非典型局地强对流天气过程的诊断分析

干全

【摘 要】利用常规观测资料和NCEP FNL 1° X1°再分析资料，对2012年7月26日至28日广汉机场一次典型的局地强对流天气过程进行分析。结果表明：此次局地强对流天气是在两槽一脊的形势下发生的，对流层中高层受高值系统控制而辐散，低层偏南风向盆地输送高温高湿气流，且暖平流明显。对称不稳定是局地强对流形成的重要条件。湿位涡正压项MPV1反映了对称不稳定与对流不稳定共同作用的结果，斜压项MPV2反映了低空急流维持和发展在强对流天气形成中起到了重要作用。

【关键词】条件性对流不稳定；湿位涡；雷暴

Diagnostic study on a non-typical thunderstorm in Guanghan airport

GAN Quan

（Civil Aviation Flight University of China， Ghuanghan Sichuan 618307， China）

【Abstract】Using conventional observation and NCEP FNL 1° X1° data， a typical local strong convective weather process was analyzed in the days from July 26， 2012 to 28. The results show： under the condition of high pressure system， There is a local high temperature and high humidity caused by instability. Symmetric instability is an important condition for the formation of local strong convection. Wet potential vorticity barotropic term MPV1 reflects the results of symmetric instability and convective instability of joint action， and the baroclinic term MPV2 reflects the low-level jet maintenance and development plays an important role in the formation of strong convective weather.

【Key words】Conditional symmetric instability； MPV； Thunderstorm

0 引言

强对流天气虽然是中小尺度天气系统的产物，但往往离不开有利的大尺度环流形势，这类强对流过程只要掌握好大尺度环流形势，结合天气云图和雷达等工具，一般能提前准确预报出，而稳定天气形势下形成的局地性强对流，具有时空尺度小，系统性影响不显著，突发性强等特点，这使得这类强对流过程的预报难度大。由于强对流天气对航空飞行安全影响较大，常造成航班延误、取消甚至返航等，而广汉机场属于训练机场，强对流天气产生的大风、闪电等恶劣天气现象对训练飞机以及学生的安全影响更大，所以强对流天气的研究对于保障飞行训练安全等有着十分重要的意义。

近年来，利用各种诱发因子对局地性强对流天气进行的研究已经取得诸多成果[1-4]。对称不稳定，是指在对流稳定、水平运动惯性稳定时，空气作倾斜上升运动时的一种不稳定现象。广汉机场（104.22°E，30.93°N）位于川西平原中心偏北。北接秦岭山脉，西邻青藏高原，南面为云贵高原，川内也四周环山。机场东北面有沱江，西南面有岷江，两江之间河流纵横。复杂的地形环境及水汽分布为局地性天气的产生提供了有利的下垫面，盆地盛夏多出现热雷暴，而统计显示广汉机场1999年至2014年7-8月有很多局地热雷暴的发生有着共同特点，那就是其发生与发展都与对称不稳定的存在具有一定的必然联系。本文选取2012年7月26日至28日广汉机场一次典型的局地强对流天气过程，利用广汉机场历史观测资料和NCEP FNL 1° X1°再分析资料对这类天气进行天气诊断分析，以对局地强对流天气的研究提供一定的参考。

1 天气过程与形势分析

2012年7月26日至28日在广汉地区连续3天出现了短时局地雷暴天气过，据广汉机场气象观测显示，雷暴过程中出现了28mm/h以上的强降水，以及瞬时风最大达到16m/s以上的大风。

图1 2012年7月26-28日平均的500hPa和850hPa位势高度场（等值线，单位：gpm）以及风场（风向杆，单位：m/s）

从大尺度环流形势来看（图1），此次雷暴过程是发生在，500hPa中高纬两槽一脊的环流背景下，两槽分别位于巴尔克什湖和贝加尔湖，两湖之间为高脊控制。在副热带地区，西太平洋副热带高压脊线位于34°N，5880线西伸至110°E一带，盆地位于副高西侧边缘，受西南风控制，环流呈辐散形势。在对流层低层850hPa，从南海到四川盆地为一致的偏南气流，这有利于高温高湿气流的输送，并且盆地受东南风控制，从低层到中层风场呈顺时针旋转，表明有暖平流，这进一步有利于盆地对流不稳定的发展。而26日前两日的连续晴好天气，造成了盆地内高温高湿环境特征，此次雷暴过程是一次典型的“高值雷暴”天气过程。

2 大气层结特征

2.1 对流参数分析

由于对流参数可以较好地反映强对流天气过程中大气低层的温湿状况和不稳定度，因此参数估计成为了强对流潜势预报中的重要依据。表1给出了26日08时广汉机场（104°E，31°N）的常用对流不稳定指数值。从表中可见，SI、K、A、TT均明显反映了层结的不稳定性，但CAPE、CIN、LI值却为0，反映大气层结是稳定的。这种层结构特征很容易使预报员产生疏忽，在局地性强对流天气的预报工作中出现漏报。

表1 2012年7月26日08时广汉机场的对流参数

2.2 假相当位温和M-θ分布

图2 2012年7月26日等M面（a）和等θse面沿114°E经向剖面图（b）（虚线表示M线，实线表示θse线）

由图2a可见，在102°E以西为假相当位温的高值区，表明该区域储存有很高的能量，这就是青藏高原热源区，而在104°E附近800hPa以下假相当位温等值线呈垂直状且分布非常密集，表明该地区存在能量锋区。由于800hPa以上对流较为稳定，成都站T-lnP图中（图略），状态曲线始终不与层结曲线相交，能量参数对流有效位能CAPE、对流抑制能量CIN和抬升指数LI的值为零。这种层结结构反映了盛夏季节广汉机场在高值系统控制下，下垫面强烈的温湿度分布不均匀的特性。在高值天气系统下低层的高能气团是否受到扰动而被抬升则是局地强对流天气预报的关键点。

图2b给出了7月26日08时沿104°E绝对动量面M（M=ug-fy）和等位温面？坠？兹se的剖面图。在31°N南北两侧分别存在一个？兹se的高值中心，31°N附近在750hPa以下？兹se线陡立，说明层结是弱稳定或者中性的（？坠？兹se/？坠p≈0），并且700hPa以下等M面斜率明显小于等？兹se面斜率，由此可判断对称不稳定的存在。

3 湿位涡（MPV）分析

3.1 MPV1的时空分布及演变

湿位涡不仅仅代表了大气热力和动力属性，还考虑了水汽作用[7]，其由正压项MPV1和斜压项MPV2两项组成，正压项MPV1代表惯性稳定性和对流稳定性的作用，当大气为不稳定时，？坠？兹e/？坠p>0，MPV1<0。

从这次过程中02至20时各时次的MPV1剖面图（图3a-d）可以看出，雷暴发生前（图3b）08时，广汉机场（104°E，31°N）850hPa至600hPa附近为MPV1正值，而其它层次MPV1均小于0，这种分布形势表明本场地区处于弱的对流稳定，而在上游一带有对流不稳定在发展。

14时，MPV1中-0.4PVU已向上伸展至600hPa，对流层低层的MPV1由-0.8显著增长至-1.2PVU。机场上游750hPa以上为垂直对流区，机场750hPa以下则出现了一强度小于-0.4pvu的倾斜对流区，该区明显向冷区倾斜。通过前面分析可以认为，此处应是条件对称不稳定作用的结果。在对流不稳定和对称不稳定的共同作用下，促使了这次局地强雷暴发生，雷暴落区在MPV1正负梯度密集带的正值一侧。

20时到02时，垂直对流区和倾斜对流区MPV1逐渐减弱，强对流过程结束。由于本次雷暴过程发生在高值区内，并没有出现较明显的系统性动力因子，因此过程仅仅持续了不到两小时，可预报性较差。在14时到20时雷暴过程结束之后，MPV1负值强度仍然维持，表明雷暴过程仅发生在对流不稳定增长的过程中。20时本场天气出现多云的高值系统天气特征，上游700hPa以下任然维持较强的不稳定，表明了条件性对称不稳定在本次强对流过程发展中的重要性。

此次雷暴过程中还存在着弱的干冷空气从高空向下入侵的特征，对流层中高层的正值MPV1区对应低层负值MPV1区，以往的研究表明，这种“垂直叠加”形势十分有利于低层的对流不稳定能量释放以及发展。

图3 7月26日02时—20时每6小时MPV1（a-d）沿114°E经向剖面图（单位：PVU）

3.2 MPV2的时空分布及演变

斜压项MPV2表示风的垂直切变和相当位温水平梯度的贡献，MPV2负值越强，大气斜压性越强。从图4中MPV2的剖面图可以看出26日08时MPV2剖面图，在650hPa以下MPV2存在一中心强度大于0.12pvu的正值区，表明此处大气斜压性较为稳定。由于在近地转条件下，湿位涡的水平分量必为负值[8]，而在这里却出现了正值，说明此处并不满足地转平衡，大气是不稳定的。由前面对称不稳定分析可知，此处大气对流稳定并且惯性稳定，因此此处的不稳定可能为对称不稳定。MPV2的正值中心表明了700hPa高度低空急流的作用，即风的垂直切变和低层暖湿气流的输送，这与图1显示的广汉机场东北部为明显的偏南风急流，中心风速达到16m/s相一致。14时，MPV2在800hPa以下出现了由正值转为负值的区域，表明大气的斜压性明显增强。大气的湿斜压性的增强，导致垂直涡度的显著性发展，使局地对流得到加强并出现雷暴。

20时以后，MPV2负值中心向下游移动，800hPa以下MPV2发展为正值，大气的斜压性开始减弱。到27日02时，本场上空MPV2在800hPa形成一大于0.2pvu的正值中心，低空急流重新建立。这种低空急流的破坏与重建过程在26日、27日、28日重复出现，导致本场连续出现3天局地性雷暴天气过程，直到28日20时后，700hPa低空急流消失，本场上空正值MPV2中心消散，天气过程才结束。由此可见，低空急流在本次天气过程中起到了重要的作用。

图4 7月26日02时—20时每6小时MPV2（a-d）沿114°E经向剖面图（单位：PVU）

4 结论

对2012年7月26日-28日高值系统控制下广汉机场连续雷暴的天气形势及对流不稳定参数等进行了诊断分析，结论如下：

（1）通过M-θ分析了这次局地强对流过程中，在高压系统条件下，大气水平方向惯性稳定，垂直方向上对流稳定，但仍然存在对称不稳定。

（2）湿位涡分析中，MPV1显示对称不稳定形成的倾斜上升运动将低层的高温高湿大气带到中高层，与上游的对流不稳定共同作用，加剧了对流不稳定的发展。在强对流天气结束期间对流不稳定仍维持较高数值，显示了对称不稳定在强对流天气形成中起到了重要作用。MPV2正值反映了低空急流的活动，中低层MPV2由正值转为负值，加强了大气的斜压性，有利于对流不稳定发展。低空急流的减弱与重建导致了26日至28日连续性局地强对流天气的发生。

【参考文献】

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[责任编辑：王楠]