内蒙古一次强雷暴天气过程分析及雷电防护对策

杨振华

摘要：本文选择地面观测资料、NCEP再分析资料、台站观测资料等对2019年7月27日出现在内蒙古的一次强雷暴天气过程进行分析，并给出了相关雷电防护对策。结果表明：在贝加尔湖低压中心与蒙古高原高空槽向东移动的共同作用下，内蒙古上空有冷暖空气交汇，引发了强雷暴天气过程；在强雷暴天气还没有出现之前，内蒙古的不稳定参数比阈值要高，说明有大量不稳定能量积聚；大气上层干冷下层暖湿的形势，促进了强雷暴天气的出现；而低空辐合、高层辐散的配置，再加上强雷上升运动，为雷暴天气的出现提供了动力条件。气象部门应分别从加大雷电灾害知识宣传、消除防雷安全隐患、强化落实防雷减灾责任等方面，将雷电防护工作做好。

关键词：强雷暴天气；环流形势；物理量场；雷电防护

随着全球气候变暖现象不断加剧，我国极端灾害性天气事件频繁出现，而作为极端灾害性天气中的一种，雷暴天气出现时往往伴随着强降水、大风、冰雹、下击暴流等严重灾害性天气，同时还有强烈的闪电现象。通常情况下，闪电主要包括云闪和云地闪，尤以地闪对人类的危害更大，可导致人畜伤亡、引发森林和建筑物火灾、油库和化工厂爆炸事故，还会导致电力和通信设备中断，对电子和微电子设备的干扰较大，严重的情况下会损毁设备，威胁着国民经济发展和人民生命财产安全。雷电灾害是“国际减灾十年”委员会公布的最严重十种自然灾害之一，并被国际电工委员会称之为“电子化时代的一大公害”。根据不完全统计，我国每年因雷电灾害造成的直接经济损失高达50亿—100亿元人民币，而人员伤亡达到3 000—4 000人左右，对社会的影响较大。

近年来，因雷暴及其带来的强对流天气具有较强的破坏性和突发性特征，一直是国内外研究的热点问题。随着观测技术和预报精细化水平的增强，对雷暴天气的研究不断深入。如，Doswell[1]指出雷暴天气出现时需要水汽、不稳定层结、抬升机制的互相配合，并提出了“配料法”，这就是预报雷暴天气的基本方法；张引[2]得出了在良好的天气系统配合下，有充沛的水汽输送，较强的不稳定能量以及触發机制，从而使得这次雷雨过程能够较长时间的维持。杨杰尧[3]通过对2014年南京市一次强雷暴天气过程进行分析，得出了雷暴发生前南京数日持续高温累积了大量不稳定能量是先决条件，冷空气南下触发不稳定能量的释放是触发机制；刘维等[4]指出了2019年5月24日海南北部夜间雷暴天气过程发生在高层辐散，低层辐合的环流形势下，大气层结不稳定，大尺度抬升条件好，地面温度上升引起的海陆风效应，触发了此次夜间雷暴的发生发展；吕胜辉等[5]得出了雷雨天气发生时有不稳定层结、源源不断的水汽供应和上升运动维持；风廓线雷达探测的低层下沉速度强度变化基本同降水强度有很好的对应关系；方俏娴等[6]得出了大气电场变化曲线和时频谱特征可以反映雷暴的生成、发展和消亡过程，电场变化率、频域能量及雷达回波大值区与地闪爆发时段有很好的对应关系。

由于内蒙古自治区地形复杂、地域辽阔，是雷暴活动及雷电灾害频繁出现的省份之一，且雷暴天气呈现出多发、频发态势，以往对内蒙古雷暴天气的研究主要在雷暴天气时空分布特征方面的研究，对雷暴天气过程的分析相对较少。因此，本文选择地面观测资料、NCEP再分析资料、台站观测资料等对2019年7月27日出现在内蒙古的一次强雷暴天气过程进行分析，并给出了雷电防护对策，以及雷暴天气预报提供基础，为防灾减灾工作的开展提供参考借鉴。

1    环流形势

通过分析2019年7月26日不同高度处的环流场时（图1），在20时500 hPa处，亚欧大陆中高纬度地区呈现出“三槽两脊”的环流形势，而在西西伯利亚到里海一带、蒙古高原以及东北部沿海地区分别是三个槽所在位置；而在贝加尔湖西南方向则是低压中心所在区域，此时低压的中心强度达到了564 dagpm，说明该低压中心与蒙古高原高空槽的共同作用引发了强雷暴天气过程。随着时间的推移，在西风带的作用下槽脊与低压中心不断向东转移；到了7月27日08时，低压槽从蒙古高原一带不断朝着内蒙古中西部地区移动，而槽前西南气流几乎控制内蒙古大部分地区。另外，因内蒙古上空位于上层西北干冷气流与下层西南暖湿气流交汇处，对于强对流天气的发生发展提供了有利条件。

2    物理量场分析

2.1 不稳定层结

根据相关研究结果表明，内蒙古强对流天气出现过程中，对应的K指数阈值在30 ℃左右。在27日08时，内蒙古境内的K指数达到了35 ℃左右，说明大气层结较不稳定，且到了当天14时，随着时间的变化，K指数超过了45 ℃，增加幅度较为明显，该数值要比阈值高出很多，说明大气层结极不稳定，对于强雷暴天气的发生发展提供了有利条件。

在27日08时，内蒙古大部分地区的对流有效位能在150～300 J/kg之间，说明有较弱的不稳定能量存在；到了当天14时，对流有效位能不断增加，此时的对流有效位能数值在1 050～1 350 J/kg之间，比当地强对流天气出现的阈值还要高出很多，大气层结的不稳定能量积聚的较多，由于能量积累的较多，促进了强对流天气的发生发展。除此之外，500 hPa处的大气环境温度与地面抬升到500 hPa气块的温度之差称之为抬升指数，若是该指数为负值，说明气块的不稳定性较强，负值越大说明气块对应的不稳定能量就越大，对流性天气出现概率较高。在27日08时，内蒙古地区的抬升指数位于-2～-1 ℃之间，比当地强对流天气出现的阈值要低，且在内蒙古西部地区是抬升指数低值区，且在时间变化过程中，抬升指数的低值区向东转移的趋势较为明显，到了14时，抬升指数位于-4～-5 ℃之间，对于强对流天气的出现有促进作用。

2.2 水汽条件

结合7月27日14时比湿垂直剖面图（图2），在强雷暴天气还没有出现之前，大气层结以上干下湿的不稳定形势为主，到了14时，近地面处的比湿数值增大到了16 g/kg，相较于08时增加幅度为2 g/kg，大气垂直方向上有不断增加的湿度梯度值，也就说明上干下湿的不稳定形势有一定加强趋势。通过分析呼和浩特市单站14时的温度-对数压力情况没在650 hPa高度以下，随着高度的增加，风向呈现出顺时针旋转变化，说明暖平流较为明显；在500 hPa中高空处以上，随着高度的增加风向呈现出顺时针旋转，说明高层有冷平流存在，随着冷空气的入侵会使大气层结的不稳定性加剧。另外，在650～700 hPa高空处，大气温度几乎接近露点温度，也就是趋于饱和状态，说明该层有较好的湿度条件，在650 hPa高度以上，大气温度距离露点温度线越来越远，此时的空气相对湿度不断下降，说明大气中的上层干冷下层暖湿的垂直分布特征较为明显，且聚集有大量的不稳定能量，对于强对流天气的发生发展提供了有利条件。

在500 hPa高度处，内蒙古西部地区的水汽通量高值区在西南气流的作用下向内蒙古境内不断输送水汽，且随着时间的变化，风向以偏西风为主；27日14时，内蒙古500 hPa高空处的水汽通量数值在6～10 g·s-1·hPa-1·cm-1。在850 hPa低空处，此时内蒙古主要以南风和西南风为主，在流场的作用下，来自河套平原东部黄河流域的水汽不断朝着内蒙古境内输送，使得当地水汽通量在10～14 g·s-1·hPa-1·cm-1之间，再加上风速强度较大，为雷暴天气的发生发展提供了较为充足的水汽条件。

2.3 动力条件

结合7月27日14时垂直速度与垂直剖面图（图3），在强雷暴天气出现前后，内蒙古境内的垂直上升运动区极为深厚，在600 hPa高度处附近存在上升速度中心，此時的中心速度数值为-2.5×10-3 hPa-1·s-1，有抬升运动较为强烈，促进了内蒙古境内强雷暴天气的出现。另外，结合散度垂直剖面图，内蒙古境内600 hPa上空处的散度数值在0～8×10-5 s-1，主要表现为散度辐散区；在600 hPa高度以下，主要表现为散度辐合区，此时的中心强度值为-16×10-5 s-1，而在850 hPa高度处附近存在辐合大值中心。这种低层辐合、高层辐散的结构配置，再加上较为强烈的上升运动，为强雷暴天气的发生发展提供了有利的动力条件。

3    雷电防护对策

3.1 加大雷电灾害知识宣传

对于内蒙古各级气象主管部门来说，应严抓各区域典型的雷电灾害事例，并借助于电视、手机短信、网络、报纸、微信、微博、QQ、拉横幅、张贴宣传画等方式在内蒙古加大防雷减灾知识宣传工作，不断提升社会大众的防雷减灾意识，同时还要将人民群众对防雷避险方法进行熟练掌握作为防雷宣传重点。为了争取各界及各级政府部门对防雷减灾工作的支持度，需要气象部门向当地政府和部门积极汇报和宣传，确保全区防雷减灾工作持续稳定开展。

3.2 消除防雷安全隐患

①结合内蒙古雷暴发生发展规律及对当地各个行业的影响特点，气象部门加强与当地政府部门的沟通协作，以共同制定符合全区的雷电防护方案，加大资金投入力度，在全区内构建起完善的防雷减灾监测网，确保面向全区不同行业的雷暴天气预报工作顺利开展；②加强部门联合，各级气象部门应与当地城建、水利、林业、国土等部门之间的沟通交流，并成立起联合检查组开展防雷安全检查相关工作。针对拒不配合防雷检查、检测及新建建筑物雷电防护装置设计审核、竣工验收或存在安全隐患拒不进行整改或者是从事防雷工程设计、施工中没有相关资质，应严格按照法规要求，对相关责任人追究责任；③做好内蒙古雷电灾害调查工作，以对全区防雷形式进行全面分析，为制定雷电防护对策提供参考依据；针对危险行业建设项目，如化工场所、易燃易爆场所及人员密集场所、大型建设工程等对应项目，需要将雷电灾害风险评估工作做好；同时还要将内蒙古专项防雷安全检查工作做好，及时排除雷击隐患，确保防雷整改工作尽快落到实处。

3.3 强化落实防雷减灾责任

①为了将内蒙古雷电灾害防御工作规划做好，需要气象部门严格履行自身的职能职责。在审核新建、改建和扩建项目雷电防护装置时，应分段监督管理雷电防护装置检测和竣工验收工作，从源头将防雷设计和施工关口把控好；同时还要定期对雷电防护装置进行检测，并勒令责任人在限定期限内对不符合规范或存在安全隐患的雷电防护装置进行整改；严格查处违反防雷减灾法律法规的行为，可借助于媒体曝光典型案例；②由于防雷减灾是一项系统性工程，需要花费较长时间，为了确保内蒙古防雷工作的顺利实施，需要结合当地实际，使用科学有效的方法制定出切实可行的防雷工作制度，如灾情收集、调查、评估制度等。③为尽快落实防雷安全管理责任制，应始终坚持“预防为主，防治结合”的方针政策，尽减少防雷安全隐患。

4    结论

（1）在贝加尔湖低压中心与蒙古高原高空槽向东移动的共同作用下，内蒙古上空有冷暖空气交汇，引发了强雷暴天气过程。

（2）在强雷暴天气还没有出现之前，内蒙古的不稳定参数比阈值要高，说明有大量不稳定能量积聚；大气上层干冷下层暖湿的形势，促进了强雷暴天气的出现；而低空辐合、高层辐散的配置，再加上强雷上升运动，为雷暴天气的出现提供了动力条件。

（3）由于雷暴引起的人员伤亡和经济损失严重，应将内蒙古雷电防护工作做好，不断降低灾害性天气造成的损失。

参考文献

[1] DOSWELL C A.The distinction between large-scale andmesoscale contribution to severe convection：A casestudy example[J].Weather and Forecasting，1987，2（1）：3-16.

[2] 张引.2012年7月6日上海地区雷雨天气过程分析[J].中国航班，2019（11）：0156-0157.

[3] 杨杰尧.2014年南京市一次强雷暴天气过程分析[J].气候变化研究快报，2020，9（5）：570-575.

[4] 刘维，周黎明，佟树军，陈凯.海南北部地区夏季一次夜间雷暴天气过程分析[J].气象科技进展，2020，10（4）：141-143.

[5] 吕胜辉，马芳.2018年8月8日天津地区多次雷雨天气过程分析[J].现代农业科技，2020（6）：186-188.

[6] 方俏娴，殷启元，蔡占文，李翔.基于大气电场突变特征的一次雷暴天气过程分析[J].农业灾害研究，2022，12（4）：129-132，135.