宁波机场一次台风外围雷暴过程分析

奴开 陶俞锋 吴艾黎

中国民用航空宁波空中交通管理站 浙江 宁波 315000

引言

雷暴是世界民航局公认的能够严重威胁航空飞行安全的天气现象[1]。它是一种由发展旺盛的积雨云引起的强对流天气，有着发展迅速、破坏性强的特点。常伴随强降水、雷暴大风、低空风切变等危害性天气，造成航班延误、取消甚至返航等，给航空部门带来巨大的经济损失。我国东南沿海地区常年受台风影响，且台风边缘或外围时常会出现雷暴等强对流天气，目前国内不少学者对于台风外围的雷暴天气已有不少的研究。贺忠等[2]曾对热带气旋边缘的雷暴天气做了研究分析；黄忠等[3]从水汽、CAPE值、垂直速度和海风辐合等方面对2004年8月台风云娜外围发生的强对流天气进行了综合分析；闵爱莲等[4]对2004年7月5日发生在吉林省的一次典型台风外围雨带降水天气过程进行了分析；

本文利用NCEP1°×1°的再分析资料和多普勒雷达数据资料，对2021年9月11日宁波机场发生的一次台风外围雷暴天气过程进行诊断分析，旨在研究台风外围雷暴发生前后的天气形势和物理量变化情况，对往后宁波机场的强对流天气预报工作提供一定的理论和数据依据。

1 资料选取及处理

环流资料和物理量诊断使用NCEP1°×1°逐6h再分析资料以及华东地区多普勒雷达拼图数据。具体分析宁波栎社机场（29.8°N，121.5°E）以及周边区域，通过对雷暴过程的环流形势和物理量等进行诊断分析，对2021年9月11日发生在宁波机场的一次台风外围雷暴过程加以探讨研究，初步分析其特征及原因。

2 环流背景分析

2021年9月11日00时（世界时，下同）500hPa宁波地区上空受西南气流影响，宁波机场位于副高边缘外侧，上游安徽-赣北地区有高空槽逐渐东移；中低层700hPa及850hPa在苏南到赣北一带有弱切变辐合；地面图上（图略）00时台风“灿都”位于台湾东南海域并向西北偏北方向移动，宁波机场受第14号台风“灿都”外围云系影响，云量较多，水汽条件较好，以东北风为主；06时浙江东部地区存在风向的辐合，主要是台风外围的偏东气流和内陆的西北气流相交汇，风向的辐合为当日下午宁波地区发生雷暴天气提供了动力抬升机制。

3 物理量诊断分析

强雷暴的形成往往需要充足的水汽、大量的不稳定能量和强的冲击力来配合，因此本文将从水汽条件、层结条件和动力条件3个方面来分析诊断此次台风外围雷暴过程。

3.1 水汽条件

水汽输送是形成强对流天气的重要条件之一，雷雨天气的维持也需要源源不断的水汽供应。从11日00时和06时700hPa的水汽通量分布图（图略）可以看出，随着第14号台风“灿都”不断靠近，水汽逐渐在南海海域聚集，并不断从南海输送至宁波沿海海域，建立了一条较强的水汽输送通道。

3.2 层结条件

层结不稳定有利于强雷暴天气的发生，用于判断强对流的物理参数有很多，李勇等[5]通过对2006年5-9月国内发生的雷暴天气进行了统计分析发现，各物理量指数对于强对流天气发生呈现不同的概率分布。田琨等[6]通过分析35种不同的对流参数发现：处于不稳定的对流参数的个数与雷暴发生的概率呈正相关，并且总结出CAPE值等11个与雷暴强度相关性较好的对流参数。本文通过K指数和对流有效位能CAPE来诊断分析此次雷暴过程的层结不稳定状态。

本文根据NCEP1°×1°的再分析资料绘制出宁波机场上空的T-logP探空图，从9月11日00时的探空图来看，探空曲线呈“喇叭口”，上干下湿配置，900～950hPa之间存在一浅薄的逆温层，使得不稳定能量可以在近地面积聚。

K指数是用来反映大气潜在能量的一种物理量，经常用于分析大气层结的稳定程度，K指数和大气层结的不稳定程度成正比，K指数越大出现强对流天气的可能性越大[7]。由探空图可知，11日00时宁波上空的K指数为29℃，大气层结接近一个不稳定的状态。

对流有效位能（CAPE）值也是判断大气稳定度的一个常用指数，它能反映出对流上升运动的强度，研究表明[3]在浙江省范围内，当对流有效位能数值在500到4000J/kg之间时，发生雷暴等强对流天气的概率最大，探空图表明宁波机场上空的对流有效位能值为1939J/kg，同时对流抑制位能（CIN）值很小，仅为3J/kg，综合表明宁波机场出现强对流天气的概率非常大。

3.3 热力条件

假相当位温θse表现了大气中温度、气压和湿度的综合特征，其水平或垂直分布情况往往对雷暴天气的发生以及发展产生重要影响。研究表明[8]，当气层中θse随高度降低会造成对流不稳定层结，从而促进强对流天气的发生以及发展。

9月11日00时和06时宁波上空的假相当位温θse均随高度上升而降低，表明宁波上空大气存在不稳定层结。06时和12时宁波东部30-33°N区域内从低层到高层，θse等值线接近垂直，说明θse随高度上升缓慢，即∂θse/∂p＞0，但值很小。金小霞等[8]对2011年11月4日-5日江苏的一次强雷暴天气过程进行分析时发现，强雷暴区对应着明显的θse密集区，∂θse/∂p越小，对应的上升辐合运动越大。因此，宁波东部30-33°N区域的不稳定能量较高，存在不稳定层结。

图1 2021年9月11日00时（a）和06时（b）沿121.5°E假相当位温纬度-高度剖面图

3.4 动力条件

垂直速度是能够体现动力强迫及稳定度等多种因素作用的物理量。大气的垂直运动可以影响水汽的凝结，从而进一步带来降水过程，不稳定能量也需要有一定的上升运动条件才能从大气层结中释放，同时水汽以及热量等的垂直输送也需要由垂直运动来提供，这些都是强对流天气形成的必要条件。图2为2021年9月11日12时沿宁波机场经度121.5°E作垂直速度剖面图，分析表面，11日12时，在28°N-30°N之间1000hPa以上垂直速度均为负值，表面宁波上空气块总体呈抬升状态，气流上升运动最大的区域在850～500hPa之间，速度为-0.8Pa/s，强烈的抬升运动符合雷暴天气的特征，对于水汽和能量向高层输送是有利的，产生了位势不稳定层结。

图2 2021年9月11日12时121.5°垂直速度-高度剖面图

3.5 多普勒雷达图

雷达是监测强对流天气系统最有效的手段，分析雷达回波资料能够更好地分析其发展以及演变的过程。

从宁波市气象局的多普勒雷达图可以看出，11日05时雷达回波主要分两大块，北面部分位于浙北杭州湾、湖州至上海区域，南面部分位于东海洋面上，两者都是受台风外围云系影响，往西北方向移动。07时北面对流回波在移动过程中，强度明显减弱；另外在浙江省内受副高边缘的影响，局地性热对流开始发展起来。08时原先北面对流回波基本减弱消失，而大范围的强对流回波主要集中在浙江东部沿海地区，尤其是浙东北宁波地区更甚，这与地面形势场上在浙东地区存在风场辐合有着很好的对应关系。09时浙东及洋面上的对流回波范围较大，其中强的回波是热对流合并而成，而稍弱的对流回波是由台风外围云系引起的。到11时热对流回波明显减弱，宁波地区仅有小范围的存在，强度也减弱，台州及洋面上的对流回波基本是台风云系引起的。

4 结束语

本文对2021年9月11日宁波栎社机场的一次强对流雷雨天气过程进行分析，得到的主要结论如下：

前期宁波机场位于副高外侧，上游有高空槽逐渐东移，中低层有弱切变辐合，地面受第14号台风“灿都”外围云系影响，水汽条件较好，后期受台风外围偏东气流和内陆西北气流的辐合，为此次的雷暴天气提供了动力抬升条件。

11日00时宁波上空的K指数为29℃，对流有效位能（CAPE）值为1939J·kg-1，对流抑制位能（CIN）值为3；同时宁波上空θse均随高度上升而降低，表明宁波上空大气存在不稳定层结。

雷暴可分为两个部分，前期由台风外围云系引起，回波在移动过程中逐渐减弱；后期受副高边缘的影响，局地性热对流开始发展起来，随着台风外围水汽条件以及风向辐合的配合，最终发展成为热力性雷暴天气过程。