2018-07-26宁波机场强雷暴天气过程分析

虞本颖



2018-07-26宁波机场强雷暴天气过程分析

虞本颖

（中国民用航空宁波空中交通管理站，浙江 宁波 351514）

利用NECP的1°×1°再分析资料、宁波机场气象观测资料、多普勒天气雷达产品和MICAPS常规观测资料对2018-07-26宁波机场出现的强雷暴天气进行了分析。结果表明，此次雷暴过程是在高层东风波的环流背景下，局地热力抬升结合地面中尺度辐合线触发了雷暴的发生发展；其天气环流形势呈现高层低压、中低层副高系统的配置；热力不稳定条件极好，具有“高层干冷、低层暖湿”不稳定层结；低层弱的水汽辐合使局地的水汽得到一定的积累，并且海陆风的水汽输送为强对流的发生创造了水汽条件；高空辐散区叠加在地面辐合区之上，强大的抽吸效应为地面辐合上升运动加强提供了良好的动力条件；高层东风波偏东气流的动量下传推动和引导了地面辐合区，在一定程度上维持了雷暴的发展，并且使下沉气流加强，造成了大风和阵风锋。

雷暴；高层东风波；中尺度辐合线；动量下传

雷暴是指积雨云中发生的雷电交错的激烈放电现象[1]，具有突发性强、空间尺度小等特点，对航空飞行安全危害极大。雷暴天气的分析和预报一直以来是日常预报工作中的重点和难点。

近年来，国内外许多学者利用多种探测手段和资料对强雷暴天气的发生发展和预报业务进行了大量研究。俞小鼎等[2]综述了目前的临近预报业务所使用的主要技术手段，着重讨论了雷暴和强对流天气临近预报问题；陈雷等[3]对长三角地区近10年雷暴天气个例进行统计分析，从天气学角度将这些雷暴个例大体分为槽前型、副高边缘型、冷涡（槽后）型、副高热对流型、东风波型；张树民等[4]对副热带高压脊线附近的江苏两次雷暴天气进行了对比分析，表明在副高控制下，若有足够的抬升机制，在500 hPa脊线附近也会触发强对流天气；费海燕等[5]对2004—2013年中国强雷暴天气下的大风进行了气候特征统计，其主要发生在中国中东部地区，发生时云型最多为团状；陈勇明等[6]利用GFS0.5°×0.5°分析资料和自动气象站、雷达等资料分析了2015-07-29浙江1次强对流过程的环流背景和触发机制，指出当高层有东风波时配合有利的环境物理量场，再结合地面中尺度辐合线，非常容易产生强对流天气。

2018-07-26午后，宁波地区自西向东出现了1次全市性的雷雨大风天气，范围广、影响大，其中鄞州、海曙、镇海等部分地区观测到了冰雹。当日，宁波机场雷暴持续时间长达3 h 19 min，对宁波机场正常运行造成了很大的影响，较多架次的航班延误和备降。

本文利用NECP的1°×1°再分析资料、宁波机场气象自动观测系统（AWOS）和自动气象站观测资料、多普勒天气雷达产品和MICAPS常规观测资料对本次过程的天气特征及触发机制等进行分析，以期为今后类似的天气形势下强对流天气的预报和预警提供参考。

1 天气概况

2018-07-26上午，宁波机场为较弱的偏南风，晴空无云，升温明显。08：00（北京时间，下同），气温为31.1 ℃。 12：14，达到当天最高温度38.7 ℃，露点温度一直稳定在25 ℃以上。12：30前后，宁波机场被大范围对流云团覆盖。12：43，本场出现大雷雨，降雨量较大且集中。大阵雨持续时间1 h 15 min，过程雨量为43.2 mm，最大小时雨强达到24.2 mm/h。期间能见度下降至1 000 m，温度迅速下降了5 ℃。12：45，31号跑道瞬时风速突然增大至26.3 m/s，12：48风速略减小到21.3 m/s，12：55迅速减小到8 m/s。这段时间内13号跑道最大瞬时风速为12.5 m/s。说明此次的雷暴大风是具有局地性的下击暴流，受雷暴高压影响，本场风速较大，并且风向变化频繁。

2 环流形势和主要影响系统分析

如图1（a）所示，2018-07-26T08：00，高空200 hPa形势呈鞍型场，我国东南沿海有一类似于台风倒槽的低压系统，其属于高层东风波[7]，槽线位于124°E左右，宁波机场正好位于高层东风波的槽前。鞍型场中的东风波前后都容易形成强辐散，大范围的强对流都发生在鞍型场中。

如图1（b）所示，高空500 hPa中高纬度呈两槽一脊形势，中西伯利亚有一深厚的高空槽，槽底位于40°N附近。我国东北地区有一冷涡，冷槽向西南延伸至黄河下游地区。西太平洋副热带高压（以下简称“副高”）非常强盛，呈东北—西南走向，西脊点西伸至110°E，120°E脊线位置在30°N附近。588线控制华东、华中及华南地区大部分地区， 590线高压环流中心位于朝鲜半岛及其以东洋面。从风场看，浙江全省有弱的风的辐散，宁波机场位于中心附近。700 hPa和850 hPa（图略）配置和500 hPa较一致，本场处于低层副高环流中心附近，高空引导气流弱，无明显的水汽输送。地面图（图略）上，我国东北地区被冷性高压控制，浙江省东部沿海存在明显的气旋性曲率。从地面到高空500 hPa气压场均较弱。

3 水汽和稳定度特征分析

本文选取2018-07-26T08：00宁波机场上游地区杭州站和衢州站探空图资料，由表1两站的对流稳定度参数可见，2018-07-26T08：00杭州站和衢州站的对流有效位能（Cape值）已经有了一定的积聚，分别为2 708 J/kg和2 282.2 J/kg，指数、沙氏指数均非常理想，抬升凝结高度LCL较低。

图1 2018-07-26T08：00的200 hPa和500 hPa的高度场和风场

表1 2018-07-26T08：00的杭州站和衢州站探空物理量参数

站点K/℃SI/℃Cape/（J/kg）CIN/（J/kg）LCL/hPaLFC/hPa 杭州站40－3.362 708160.1959.3797.3 衢州站40－4.822 282.2118.7983.5795.5

注：，，，，，分别表示为指数、沙氏指数、对流有效位能、对流抑制有效位能、抬升凝结高度、自由对流高度。

图2 2018-07-26T08：00的杭州站探空图及订正结果

图2给出了2018-07-26T08：00的杭州站探空图，从图2中可见，杭州上空水汽垂直结构呈上干下湿的状态分布，近地面层和700～850 hPa之间有相对湿度≥80%的湿层，为局地强降水发生提供了一定的水汽条件。另外，近地面有浅薄的逆温层存在。低层以西南气流为主，垂直风切变非常弱且风随高度顺转，有暖平流；500 hPa以上风随高度逆转，说明高层还是有弱冷空气的渗透。“高层干冷、低层暖湿”这样不稳定的大气层结易发生雷暴大风天气。弱的垂直风切变通常表示弱的环境气流，并且使这次的雷暴天气移动非常缓慢，基本稳定在原地少动。400 hPa以上为偏东到东北风，200 hPa风速达18 m/s，这正是高层东风波槽前的偏东气流。利用2018-07-26T12：00的宁波机场的气压、温度和露点对其进行了订正，Cape值极高，达到了10 258 J/kg，近地面稍有扰动，极易触发对流。

充足的水汽是雷暴天气发生的重要条件之一，水汽的垂直分布也可以体现大气的层结稳定度。图3是沿121.5°E的相对湿度经向垂直剖面图，可以看出2018-07-26T08：00宁波机场上空850 hPa附近和近地面层有一定湿区，925 hPa附近有一个相对干区，这可能与逆温层的存在有关，呈现出上干下湿的特征。2018-07-26T14：00雷暴发生的后期，干区已经消失，本场700 hPa以下都是较大的湿区，近地面层相对湿度明显大于2018-07-26T08：00的湿度。高空各层水汽通量（图略）并没有出现大值区，环境风场非常弱，没有明显的水汽输送，但1 000 hPa的水汽通量散度（图略）显示是有弱的水汽辐合。2018-07-26雷暴发生前的露点温度一直维持在25 ℃以上，说明前期地面弱的辐合使局地的水汽已经有了一定的积累，并且上午出现的海陆风为宁波机场输送了充足的水汽。

图3 2018-07-26T08：00（a）和2018-07-26T14：00（b）沿121.5°E的相对湿度经向垂直剖面图（单位：%）

4 触发条件分析

通过天气形势分析发现，2018-07-26这一天的大尺度环流背景与常见的雷暴天气背景不太一致，但热力不稳定条件非常有利于对流天气的发生。除了不稳定层结和一定的水汽条件，雷暴的发生还需要有抬升触发条件。

当日宁波机场地面强烈升温，最高温度达到38.7 ℃，具有较好的局地热力抬升条件。2018-07-26T10：00左右，浙江省自动站风场资料（图略）显示宁波东北部沿海开始有偏东风向内陆推进。除了系统性环境风的原因，由于宁波地理位置及地形的原因，夏季海陆热力差异，白天在宁波沿海会有海风由杭州湾或象山港入侵内陆，在市区产生1条或2条中尺度辐合线，在弱的大尺度环流场中尤为明显，对对流天气的发生有触发作用，并为内陆地区输送大量的水汽。

2018-07-26T12：35，宁波洪塘-三江口-下应形成明显偏西风和偏东风的风场辐合线，其走向大致与镇海北仑的海岸线平行，并且一直维持稳定少动；2018-07-26T13：20，地面辐合线逐渐消失。辐合的风场受雷暴高压影响，变成明显的辐散场，雷暴高压前部有大风区。

图4（a）绘制的是 2018-07-26T08：00沿121.5°E的涡度垂直剖面图，可以看出2018-07-26T08：00在宁波机场上空200 hPa是较强的正涡度中心，这与高层东风波相对应；500～850 hPa为负涡度，辐散下沉；近地面层有正涡度中心，辐合上升。高空辐散区叠加在地面辐合区之上，强大的抽吸效应使地面辐合上升运动加强，加剧了雷暴过程。

图4 2018-07-26T08：00沿121.5°E的涡度垂直剖面图（a）（单位：1/s×10-5）和2018-07-26T14：00沿121.5°E的U分量经向剖面图（b）（单位：m/s）

图4（b）绘制了2018-07-26T14：00沿121.5°E的U分量经向剖面图，负值表示东风，正值表示西风。可以看出，在高层东风波在西移过程中，东风气流发生了动量下传，2018-07-26T14：00宁波机场上空变为较一致的偏东风。由于NECP再分析资料时间精度为6 h，不能完全判断宁波地面中尺度辐合线的形成是否也与高层东风波的偏东气流动量下传有关，因此，需要其他资料进行进一步分析。但是高空的动量下传一方面在一定程度上维持了雷暴的发生发展，配合地面辐合线使雷暴不断加强，范围向东北方向扩大；另一方面，下沉气流加强，在地面形成气压梯度，造成了大风和阵风锋。随着高层东风波向西移动，推动和引导了地面辐合区，在2018-07-26T14：30杭州萧山机场也发生了伴有大风的雷暴天气，并持续到2018-07-26T19：00前后。

5 多普勒雷达回波特征分析

宁波机场一直沿用市气象局的多普勒雷达，其位于慈溪达蓬山顶。该雷达显示从2018-07-26T09：30开始，机场西南面25 km周公宅附近已经有单独的对流回波生成。2018-07-26T11：30前后，本场西面、西南面航路开始有大范围分散对流回波生成，回波强度45 dBz以上，原地生消，稳定少动。2018-07-26T12：30，本场上空云系突然增多，据值班观测员报告，本场上空基本上都为浓积云或积雨云。如5（a）所示，2018-07-26T12：38本场西南5 km左右突然有孤立强的对流回波生成，中心强度有50～60 dBz，回波范围逐渐向东北方向扩大。

图5 2018-07-26T12：38（a）和2018-07-26T13：45（b）的1.5°仰角基本反射率图

之后本场西南面的回波与西面、北面连成一片，由于环境风场很弱，地面辐合抬升强，回波的强度持续加强，范围不断扩大，几乎覆盖了整个宁波市区，慈溪、余姚等部分地区。如5（b）所示，2018-07-26T13：45雷暴主体的前沿有一段10～20 dBz的回波窄带，与浙江省自动站瞬时风场资料（图略）地面雷暴高压前沿的雷暴大风较为匹配。本场一直被对流云团覆盖，雨势非常明显，大阵雨从2018-07-26T13：43持续到2018-07-26T13：57，维持了1 h 14 min，本场上空的对流云团从2018-07-26T14：07才开始逐渐消散，并缓慢移出本场，雷暴主体移动至本场东面，雨势减小。

6 结束语

2018-07-26宁波机场发生的雷暴过程带来了短时大风和强降水等危险天气，通过以上分析，得到以下结论：①此次雷暴过程范围广、影响大，天气环流形势呈现高层低压、中低层副高系统的配置，高层东风波是此次雷暴过程的主要影响系统。②热力不稳定条件极好，有大量不稳定能量的积聚，高层有弱冷空气渗透，形成了“高层干冷、低层暖湿”有利于对流发生的层结条件，弱的垂直风切变使雷暴移动缓慢；低层弱的水汽辐合使局地的水汽得到一定的积累，并且海陆风的水汽输送为强对流的发生创造了水汽条件。③当日地面强烈升温，最高温度达到38.7 ℃，有较好的局地热力抬升条件；结合地面中尺度辐合线触发了此次雷暴的发生，同时，高空辐散区叠加在地面辐合区之上，强大的抽吸效应使地面辐合上升运动加强，为本次雷暴提供了良好的动力条件。④高层东风波偏东气流的动量下传推动和引导了地面辐合区，一方面在一定程度上维持了雷暴的发展；另一方面，使下沉气流加强，造成了大风和阵风锋。⑤雷达资料显示发生雷暴的对流云团稳定少动，强度持续加强，中心强度有50～60 dBz，范围不断向东北扩大，其长时间维持在宁波机场上空，造成了此次雷暴天气过程。

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2095－6835（2018）20－0034－04

V321.227

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.034

虞本颖（1988—），女，工程师，主要从事气象预报工作。

〔编辑：张思楠〕