一次雷暴天气过程环境场分析

吴佳婕

摘 要 采用2.5°×2.5°NCEP再分析资料、MICAPS常规站点闪电和降水资料、FY-2E卫星云图相当黑体温度（TBB）、华北雷达拼图等资料，对2013年7月1日10时至2日06时京津冀地区一次伴有云对地闪电（地闪）的雷暴过程的实况进行了描绘，同时利用相关资料对环流场、能量特征值、TBB进行分析，并与同一季节一次无雷暴过程进行了对比。结果表明：此次伴有地闪的雷暴过程发生在一槽一脊的经向环流形式中，700 hPa西南风急流输送水汽和不稳定能量，切变线上较强的风速、风向辐合产生强的上升运动是产生雷暴的动力条件;动力强迫作用在这次雷暴过程中起到重要作用，与高空锋区、高空急流及低空急流相联系的次级环流上升支是这次雷暴的触发机制之一;TBB值越低对应云顶越高，对流越旺盛，加强了对流活动的强度。

关键词 地闪;雷暴过程;降水过程;环境场

引言

雷暴天气作为一种灾害性天气，一直以来都备受国内外研究人员的关注。京津冀地区常有雷暴天气发生，作为中国的经济中心，这对于经济会造成很大的损失，因此研究该地区的雷暴成因有助于做好防灾措施，尽可能减少经济损失。鉴于此，本文通过使用中国气象局雷电监测网统计数据和NCEP/NCAR的再分析资料，分析京津冀地区一次伴随有闪电现象的雷暴天气过程个例，通过其发生的大尺度环流背景和中小尺度特征等方面来全面分析伴随有闪电现象的雷暴发生时的有利条件，加深对雷暴天气过程的认识，为进行更加精准的雷暴预报做好基础工作。此外，本文还将选取该地区同一季节一次无雷暴过程的环境背景特征与所研究的个例进行对比分析，了解两者之间背景特征的差异，分析出有无雷暴天气过程时的背景场特征，进一步完善对于有闪电过程雷暴产生时的有利天气条件的认识[1]。

1资料

本文主要利用2013年7月逐小时MICAPS常规站点闪电和降水资料来分析降水和闪电过程的发生发展。NCEP/NCAR提供的气压场、风场和温度等六小时再分析资料，分辨率为2.5°×2.5°、NCEP中心fnl能量特征值资料、国家卫星气象中心FY-2E卫星云图TBB资料、华北雷达拼图，对此次雷暴过程进行综合分析。

2过程概况

2.1 个例选择

通过降水的站点资料，计算出京津冀地区7月份每小时，降水量大于20 mm的站点的降水平均值，并绘制出折线图（图1），选择出降水持续时间长、强度大的时间段，由图中可以看出，7月第24个时次左右的降水过程较其他过程更为显著，降水量达到35 mm以上，持续时间大约20小时，因此此次个例基本确定为2013年7月1日至2日。后通過降水量分布图及MICAPS图确定降水开始出现和结束的两个时间点，选择2013年7月1日10时至2日06时，作为所要研究的个例。以同样的方法，选择2日12时至2日15时，作为对比的无雷暴个例[2]。

2.2 地闪演变过程

在1日10时，地闪分布于河北的西北与东南部。在12时，地闪的范围开始扩大，地闪均匀地分布于京津冀的大部分地区，强度最高为200 kA。随着时间的推移，地闪区域总体呈现东移的趋势，到18时出现了强度、范围均很大的地闪区域，最大值甚至到达500 kA。在这之后，地闪沿着东南方向移动。2日06时地闪区域已经基本移出了京津冀地区，直到10时整个地闪才完全移出，但这段时间内的地闪的范围和强度已经很小，对京津冀影响较小，故此处不继续分析。总体来说，地闪的演变过程和降水类似[3]。

3环境场

3.1 对流层形势特点

在200 hPa高空图上有一哈萨克斯坦自我国内蒙古的槽，在1日14时开始至2日02时不断加深并南下，同时也为我国东北地区带来一股冷空气。这样的形势使得云系与冷空气结合，并使得TBB值降低，为对流性天气的形成提供了良好的条件。西南风高空急流（风速≥20 m/s）自孟加拉湾携带水汽进入京津冀地区，这为京津冀带来了良好的水汽条件。同时京津冀上空的辐散气流与850 hPa上的辐合气流相对应，形成了对流上升的动力条件，对雷暴的形成发展十分有利。与2日14时200 hPa高空图对比，此时京津冀地区上的影响系统为蒙古上空的高压脊，有暖空气吹向京津冀地区，同时上空气流转变为辐合气流，高空急流大幅减弱，这些均不利于对流产生。

3.2 能量分布分析

CAPE（对流不稳定能量）是指气块在给定环境中绝热上升时的正浮力所产生的能量的垂直积分，是风暴潜在强度的一个重要指标，目前在对流天气分析中应用较为广泛，被认为是能比较真实的描述大气的不稳定度的[6]。随着地闪活动强度和范围的增大，在1日14时CAPE强度增至1600 J/kg，且范围由原来的南部扩大至东南部。之后地闪活动加剧，至1日18时达到巅峰后开始衰落，CAPE值也逐渐衰弱[4]。

4中尺度分析

4.1 中尺度系统分析

分析1日08时地面图，可以看见天津南部没有明显的辐合线。而1日14时，在地面图上出现了明显的西北风和东南风构成的辐合线，呈气旋性弯曲。在20时，天津南部辐合带的气旋性增强，且辐合位置向东南移动了一段距离，说明左侧的西北风增强，西路冷空气加强，此时正是对流性活动最强的时刻。而与此同时也可以看出辐合线转为东北和西南风的辐合，辐合线左右两侧都为气旋性弯曲，这预示着天气状况的改变。在接下来的2日02时，可以在天津西南部看见明显的东北风和西南风的辐合，且辐合线左侧的西南风明显大于右侧的东北风，说明有西南暖湿气流流入，气旋性辐合减弱，对流性天气仍然维持一小段时间，但强度逐渐减弱。08时，京津冀地区已经没有了辐合线。对比2日14时地面图，此时京津冀地区及附近均已没有了辐合线，取而代之的是西北气流。

以上结果表明辐合线是产生此次地闪现象的中尺度系统，在地闪现象没有出现前并没有辐合线，而地闪现象出现的同时就出现了明显的辐合线，且使得地闪现象加强。同时，对流性天气也对辐合线有加强的反作用[5]。

4.2 TBB分析

TBB可以直接展示对流发展的旺盛程度，推断云团发展的强度及所处的阶段。1日10时有一高空槽云系自河北西部和北部缓慢东移，10时已经覆盖了河北北部及北京西部，此时京津冀地区开始出现少量的对流系统，对流还不是特别明显。12时，云系已经覆盖了京津冀北部大部地区，有零星云系已发展至河北南部。在云系移动过程中，其与冷空气中心汇合，云系中包含的冷空气中心使得TBB在移动过程中不断降低。在20时，后移入的云系由于移动速度较快，追赶上之前正移出的云系，在河北南部聚集成了一个更加强大的对流系统。由于云系中包含冷中心，使其中出现TBB值≤-70℃的区域，面积也占据了河北南部的大部地区。这时的对流强度已经非常强，对于雷暴天气的产生十分有利。

1日20时后，对流的范围和强度已经基本趋于稳定。在维持低TBB值的情况下，对流系统在不断地向东南移动。2日05时已经基本移出京津冀地区，06时完全移出。2日12时至15时的TBB图中，京津冀地区TBB值均为0，可见有地闪活动时的TBB值比无地闪活动的TBB值低。

在整个TBB演变过程中，其数值和移动对流的强度和位置关系是十分紧密的，冷空气中心对云系的影响导致了对流活动的增加。

5结束语

（1）此次伴有降水的地闪过程发生在一槽一脊的经向环流形式中。西南风急流输送水汽和不稳定能量，切变线上较强的风速、风向辐合以及次级环流上升支产生强的上升运动是产生雷暴的动力条件。在雷暴发生次数多，密集的時间段内，动力、热力、水汽条件都是有利于雷暴发展的。CAPE值越大，越有利于强对流的发展，发生地闪的概率越高。

（2）地面辐合线是产生此次地闪现象的中尺度系统，在地闪现象没有出现前并没有辐合线，而地闪现象出现的同时出现了明显的辐合线，且使得地闪现象加强。同时，对流性天气也对辐合线有加强的反作用。

（3）TBB与对流系统相结合，TBB低值范围的移动能够反映对流系统的移动和发展，其数值大小和移动路径与对流系统的强度和位置之间的关系是十分紧密的，雷达资料相比站点资料的实况图更加精细。

（4）与同季节无雷暴过程相对比，可知无雷暴过程没有本次雷暴过程的动力抬升、水汽、辐合线、冷空气等条件，CAPE值大于无雷暴过程，且TBB图和雷达拼图上都无低值区域和回波范围[7]。

参考文献

[1] 李如箭，逯曦，张华明，等.2008--2010年北京地区云地闪时空分布特征[J].气象与环境科学，2013，36（2）：53-56.

[2] 郄秀书，余哗，王怀斌，等.中国内陆高原地闪特征的统计分析[J].高原气象，2001，20（4）：395-401.

[3] 张敏锋，刘欣生，张义军，等.广东地区雷电活动的气候分布特征[J].热带气象学报，2000，16（1）：46-53.

[4] 赵海军，李喜平，黄真文，等.鹤壁市雷暴特征分析[J].河南气象，2006（3）：51.

[5] 张姣姣，介玉娥，陈兴周，等.小浪底蓄水库前后雷暴气候变化特征分析[J].气象与环境科学，2010，33（1）：52-56.

[6] 梁爱民，张庆红，申红喜，等.北京地区雷暴大风预报研究[J].气象，2006，32（11）：73-80.

[7] 周能，梁岱云.区域天气雷达拼图的应用[J].广西气象，2001（2）：51-52.