基于天气分型的镇海地区雷暴特征及预报研究

胡晓++孙甦胜++蒋飞燕++许可++朱纯阳

摘要 利用镇海一般气象站2009—2013年的雷暴观测资料和闪电定位仪的监测资料分析了镇海地区雷暴天气的时空分布特征，并在此基础上结合雷暴日的天气图对镇海地区的天气形势作了划分。针对镇海地区出现雷雨大风、冰雹、短时暴雨等强对流天气的强雷暴天气形势特征进行着重分析研究，归纳出有利于镇海强对流天气出现的天气形势，总结出了不同强对流天气类型的环流特征和预报指标，供预报员在分析和预报强雷暴天气时参考。

关键词 雷暴天气特征；天气分型；强雷暴；预报指标；浙江宁波；镇海区

中图分类号 P427 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）16-0195-03

雷暴天气是中国夏半年经常出现的天气现象，随着社会经济建设的快速发展，由雷暴灾害带来的损失也越来越大。由于对流性天气具有范围小、发展快等特点，对于雷暴的落区、强度、时间有一定难度。由于产生雷暴的电场条件及氣象条件具有较大差异，不同天气类型下的雷暴电荷结构也很不相同[1]；并且强对流的发生发展都是在一定的环流背景下各种尺度系统相互作用的结果[2]，因此在对雷暴天气的预报研究过程中可根据不同的天气类型来预报。熊亚军等[1]通过天气学分型的方式对北京和江苏地区的雷暴天气预报展开了研究。

该文首先利用人工观测资料和闪电定位仪资料对镇海地区的雷暴时空分布特征做了分析，并在此基础上，将镇海地区的雷暴日进行天气学分型，按照环流形势、影响系统为主的原则对镇海地区的雷暴日环流背景进行分型，归纳出有利于镇海强对流天气出现的天气形势，并通过分析确定预报指标，总结出容易出现强雷暴天气的环流特征和预报指标，对于今后的雷暴预报工作有较大的参考和指示意义。

1 镇海区雷暴特征分析

1.1 资料选取

选用镇海国家一般气象站2009—2013年的人工观测资料作为分析依据，考虑到镇海建站时间短，可选择的强对流雷暴样本数较少，因此在资料选择上，选取与镇海相邻的北仑站观测资料来增加统计样本的个数。在雷暴特征分析中某一日记录雷暴天气现象，就记为一个雷暴日[3]。并且选取宁波地区闪电定位仪资料对镇海区雷暴的空间分布特征进行分析。

1.2 雷暴基本特征分析

雷暴是镇海区夏季最常见的天气现象。近几年镇海区最早出现雷暴的日期为2月10日，最晚出现雷暴的日期为11月9日，2009—2013年共出现雷暴日为200 d。一年中7月、8月是雷暴发生的最多月份，合计占全年雷暴总数的51%。

从图1可以看出，镇海区白天产生雷暴占总数的66%，夜间占34%，其中产生于白天并延续到夜间的占3.5%，纯粹产生于夜间的雷暴占30.5%。对于白天发生的雷暴，分析各次雷暴天气过程的发生时间可以发现，13：00—14：00是白天雷暴开始发生最多的时次，占白天雷暴的 37.1%；而8：00—12：00，产生雷暴数仅占白天雷暴的26.5%；15：00-18：00时开始发生的雷暴占34.1%；而在19：00以后发生的雷暴仅占2.3%。

雷暴天气一般伴有暴雨以及大风、冰雹等强对流性天气。将伴随有瞬时风速达17 m/s以上的大风或出现冰雹以及12 h降水量在30 mm以上的雷暴天气称为强雷暴天气；将12 h降水量大于10 mm，但小于30 mm的雷暴天气称为中常雷暴天气；将12 h降水量小于10 mm的雷暴天气称为一般雷暴天气。分析镇海地区发生雷暴时出现强雷暴的次数为30次，占雷暴总次数的15%，中常雷暴的发生概率为27%，而发生一般雷暴天气的概率为58%；其中在强雷暴天气中，出现暴雨的次数为26次，出现大风的次数为5次，出现冰雹的次数仅为1次，其中出现冰雹的这次强对流过程也同时出现了暴雨和大风。因此，可以看出镇海区的强对流天气过程中出现暴雨的概率是最大的[4]。

1.3 雷暴空间分布特征分析

根据宁波市闪电定位仪监测资料进行分析，2009—2013年镇海区陆域的平均地闪密度为10.8个/km2。从图2

可以看出，镇海区东南区域庄市街道区域的地闪密度要远远高于其他区域，年平均有18次以上，其次是中部骆驼街道和东北部的澥浦镇，地闪密度最低的区域为西北部的九龙湖地区。

2 雷暴天气分型

2.1 雷暴天气分型

在分析了镇海区雷暴活动的基本特征的基础上，对产生雷暴天气的雷暴日的环流形势进行着重分析。雷暴是对流活动的结果，长期的预报经验表明，绝大多数雷暴天气发生发展的环境条件与对流层中高层的环流形势密切相关。根据高低空以及地面形势将其进行了分类，虽然引发雷暴天气可能是多个系统配合共同作用的结果，根据主要的影响系统的原则，将影响镇海地区的雷暴天气分为高空槽型、低层切变型、副高边缘型、台风型、低压倒槽型和复合型（高空槽和切变同时存在）。

不同天气类型下雷暴发生的次数，以及各类天气形势下雷暴天气的强度如图3所示。可以看出，高空槽型、副高型是镇海地区出现雷暴的主要天气形势，均出现了45次以上，低层切变型和复合型其次，分别有39次和31次。而台风型和低压倒槽型所引发的雷暴天气次数相对比较少，分别都只有9次和14次。从雷暴的强度来看，高空槽型最容易引起强雷暴天气的发生，这种天气形势的强雷暴日有10 d，占镇海区强雷暴日的1/3；而低层切变型、副高边缘型和复合型出现强雷暴天气的日数均约有5 d。各形势下中常雷暴发生的次数跟强雷暴天气的变化规律较一致。而从一般雷暴来看，高空槽型和副高边缘型是发生次数最多的天气形势。

2.2 强雷暴天气形势特征分析

在对雷暴天气形势进行初步分析的基础上，发现各天气形势所引发的强雷暴共有30 d，将这30 d的天气形势特征进行了重点分析，并总结出了一些特征，各类天气形势引发强雷暴天气的代表形势如图4所示。

2.2.1 高空槽型。在30 d的强雷暴天气中，有10 d是出现在500 hPa有高空槽东移的天气形势下，占强雷暴出现天数的1/3，并且这10 d的强雷暴天气，有6 d出现了30 mm以上的降水，有4 d出现了8级以上的大风。分析天气形势发现，夏季有强雷暴出现时，当日8：00的天气图上，500 hPa 高空槽一般东移至在30°～40°N，110°～120°E的范围，槽底在30°N附近，槽的强度不一定很强，槽线位置一般在华东一带，500 hPa常配合有副热带高压活动；在中低层700 hPa镇海一般为西南风控制，风速一般≥8 m/s，说明水汽条件较好，有利于对流天气的产生；如果500 hPa高空槽的强度比较强，在它东移的过程中，除了引发雷暴天气的产生，常伴随有大风出现。

2.2.2 复合型。复合型天气形势下发生强雷暴天气共有5 d，5 d均出现了30 mm以上的降水，其中有1 d还同时出现了大风和冰雹。复合型天气形势较高空槽型有类似的地方，比如500 hPa有槽东移，但同时不同的地方在于这种天气形势下中低层常配合有切变或低涡东移，地面有冷空气活动等，这种高低空均有天气系统配合的复合型天气形势下引发的雷暴天气较单纯的高空槽型所引发的对流天气会表现得更为剧烈。具体分析复合型的雷暴天气形势发现，此类天气形势常出现于春季或秋季，冷空气活动较活跃的季节，具体表现为500 hPa有南支槽东移，槽线位于110°E左右的位置，镇海处于槽前西南气流控制；中低层700 hPa有切变东移，切变位于苏南到浙北一带，镇海位于切变的南侧，常常伴有风速 ≥12 m/s的低空急流，切变在东移的过程中常发展为低涡东移，镇海处于低涡的南侧；地面在中高纬有冷空气的堆积，伴随着高空槽东移，引导冷空气南下，因此激发出强烈的对流天气。

2.2.3 低压倒槽型。低压倒槽型引发的强雷暴天气天数较少，只有2 d，均出现了30 mm以上的降水，此类天气形势多出现于梅雨季节即6—7月。分析此类天气形势发现最典型的特征就是在地面图上，在云南、四川一带有一个北顶的倒槽，槽线呈东北—西南走向；中低层镇海受强盛的西南气流控制，同样也伴有风速≥12 m/s的低空急流，当倒槽东移北顶至浙西地区时，镇海常出现雷雨天气，并可能出现暴雨。此类天气形势也是通常引发梅汛期暴雨的天气形势。

2.2.4 副高边缘型。由副高边缘型引发的强雷暴天气共有5 d，均出现在夏季的7—8月，这5 d均伴有30 mm以上的降水天气出现。分析这几天的天气形势可以看出，雷暴当日8：00，500 hPa西太平洋副热带高压脊主体位于120°E以东洋面上，588外围线西伸至江西一带，副高脊线整体呈东—西走向，镇海处于副高北缘，受其北侧的西南偏西气流控制。在副高北侧的中低层常存在西南风与东北风的气旋性切变，容易产生不稳定降水或产生雷暴。特别是当副高正处于减弱东退过程中，500 hPa有高空槽配合东移，镇海区处于槽前西南气流控制，既有利于上升运动，也有利于水汽的增加，因此往往产生较为剧烈的雷暴天气。

2.2.5 低层切变型。由低层切变型引发的强雷暴天气形势也有5 d，均出现了30 mm以上的降水天气。分析这几天的天气形势它们具有的共同特点是高空500 hPa无明显低槽东移，副高较强盛，基本控制了我国的南方地区，西伸脊可达云贵川地区，镇海被强大的副高控制，受副高北缘西南气流影响，水汽条件充沛，低层700 hPa在华东地区有一个明显的气旋性低涡切变存在，受冷涡南部冷空气南下影响，镇海具有一定的辐合抬升动力条件，并具有较好的热力不稳定和水汽条件，不稳定能量累积较好，容易产生短时强降水、雷暴大风等强对流天气。

2.2.6 台风型。由台风型产生的强雷暴天气共有3 d，通常登陆浙中南或是正面影响镇海的台风都会带来暴雨天气和大风，但是当台风影响镇海时，若有北方冷空气南下与之相遇，就能在台风的外围螺旋云带中激发中尺度的对流系统，产生强雷暴和增强降水。比如1323号“菲特”台风影响时，高空500 hPa配合有西风槽东移，带来弱冷空气，加强了台风西北侧的位势不稳定，触发不稳定能量的释放，另外台风外围持续的偏东急流和水汽输送，给镇海带来了充足的水汽；同时低层在浙北还存在风向切变，以及地面台风倒槽都提供了持续强劲上升运动的条件，有利于强对流天气的发生发展。

3 强雷暴天气预报指标分析

在对出现强雷暴天气的各类天气形势总结分型的基础上，将着重分析各类型天气的雷暴预报指标，指标按性质可分为热力性、动力性和综合指标，以便为今后的预报工作提供参考。

3.1 高空槽型

通过分析镇海地区高空槽型强雷暴天气发生的环流背景总结出下列预报参考指标：①在非夏季出现的高空槽引发的强雷暴天气中，当日8：00天气图上500 hPa有华北槽和南支槽两类；它们在发展加强的同时均有明显的冷温槽配合，南支槽位于25°～40° N，105°～115° E之间，一般表現为前倾的形势；而对于夏季出现的高空槽引发的强雷暴天气中，500 hPa高空槽一般东移至在30°～40°N，110°～120°E的范围，槽底在30°N附近，槽的振幅常达10个纬距或以上，槽线在30°N纬线上的位置一般在115°E或以东；②中低层（700 hPa）相对湿度≥60%，850 hPa假相当位温θse≥65 ℃，低空有西南急流，杭州站西南风≥12 m/s；③上游杭州站若14：00实况已出现雷暴，并且满足上述条件，则镇海地区出现强雷暴概率更大。

3.2 复合型

分析由复合型引发的强雷暴天气，总结出以下指标可作为强雷暴天气的预报指标：①如高空有华北槽（30°～40°N、110°～120°E）东移，引导弱冷空气从东路南下，850、700 hPa切变线位于30°N附近，镇海位于切变线南缘；如是南支槽东移，500 hPa切变线位于32°～34°N附近，700 hPa切变线位于30°～32°N，850 hPa切变线位于29°～30°N，且以气旋式切变为主；②850 hPa或700 hPa有西南急流，中低层相对湿度 ≥70%，850 hPa假相当位温θse≥60 ℃。

3.3 低压倒槽型

分析低压倒槽引发的强雷暴天气形势，与梅汛期暴雨的天气形势相类似，分析总结了以下几个预报指标：①云贵川地区有低压槽发展，并向江南扩展，倒槽北顶至30°～32°N附近；②低压槽内有风切变形成，镇海处于切变南侧，受西南风（或偏南风）控制，同样也伴有风速≥12 m/s的低空急流，暖湿气流大量北上，水汽在江南及华南堆积，③地面在30°N附近有一条东西向的静止锋存在，锋面抬升运动有利于对流产生，出现雷暴，并可能伴有暴雨。

3.4 副高型

分析由副高型引发的强雷暴天气，发现以下指标可作为强雷暴天气的预报指标：①500 hPa副高主体位于120°E以东的洋面，通常较完整，强大，副高脊线位于25°N附近；②镇海位于副高北缘，来自南海的西南暖湿气流强盛，水汽供应充沛，中低层（700 hPa）相对湿度≥70%，850 hPa假相当位温θse≥70 ℃；③在副高北侧的中低层江苏、安徽一带，也就是在在30°～35°N，115°～120°E之间常存在西南风与东北风构成的辐合型切变线，具备较好的上升运动条件；④镇海自身受副高控制，8：00地面气温≥29 ℃，气温上升较快，午后热对流条件较好，容易出现强雷暴天气。

3.5 切变线型

分析由切变线型引发的强雷暴天气，发现该型天气系统一般出现在夏季，以下指标可作为强雷暴天气的预报指标：①低层原为西南暖湿气流控制，并有西南急流，未来12 h北部有高空浅槽东移，引导弱冷空氣从东路南下，带来不稳定能量；②不稳定能量大于500、850 hPa假相当位温θse≥70 ℃。

3.6 台风型

分析由台风型引发的强雷暴天气，发现以下指标可作为强雷暴天气的预报指标：①热带气旋位于20°～35°N、120°～130°E的海面，35°～40°N、125°～140°E一带有副热带高压存在，并将在未来12 h里西伸，124°E、25°～35°N有东北风与东南风的切变线存在，并在未来12 h内东移至121°E；②镇海位于切变线南缘，850、700 hPa都有低空急流影响，850 hPa假相当位温θse≥75 ℃，700、850 hPa相对湿度≥70%。

4 结论

通过对镇海地区雷暴天气时空分布特征进行分析，结果表明：镇海地区7—8月是雷暴多发的月份，从发生时间来看13：00—14：00最容易出现雷暴；从空间分布来看，庄市街道、骆驼街道和澥浦镇的雷暴发生概率最高。同时镇海地区容易引发雷暴的天气形势进分别有高空槽型、低层切变型、副高边缘型、台风型、低压倒槽型和复合型，并在此基础上总结分析了各类天气形势特征，提取强雷暴预报指标，为今后的预报工作提供了参考。

5 参考文献

[1] 熊亚军，廖晓农，于波，等.基于天气分型的北京地区雷电潜势预报预警系统[J].灾害学，2012，27（2）： 67-71.

[2] 覃彦英，黄庆国，罗思泽.岑溪市雷暴天气形势特征及预报[J].气象研究与应用，2009，30（3）：28-32.

[3] 张旭晖，高苹，许祥.江苏省雷暴日发生规律及其大气环流预报模型的建立[J].气象科技，2006，34（5）：532-537.

[4] 徐桂玉，杨修群.我国南方雷暴气候特征研究[J].气象科学，2001（3）：299-307.