长沙黄花机场雷暴特征数据分析及应对措施

2023-06-20张海澜

中国科技纵横 2023年8期

张海澜

（民航湖南空管分局，湖南长沙 410000）

0.引言

在我国，因为恶劣气象条件而导致的飞行事故约占事故总数的1/3[1]。恶劣天气主要有雷电、暴雨、大风、急流等，会对飞行安全产生不同程度的影响。在国外的航空安全报告中指出，雷雨天气造成飞行事故的数量占总数的32%。雷暴天气是飞机飞行的天敌，过程中伴随有颠簸、积冰、风切变等极端恶劣的天气现象[2]。雷暴天气是目前被世界上公认的严重危害飞行安全的灾害性天气。雷暴天气已经成为影响航班飞行安全与提升经济效益的重要因素之一。在长沙黄花机场雷暴等危险性天气出现频次越来越多的趋势下，加大科技研发和精力投入，认真总结归纳雷暴发生特征规律，对提升预报员的气象预报准确率，保障航班飞行安全有着十分重大的意义。

1.长沙黄花机场雷暴天气时间分布特征

1.1 雷暴日数年变化特征

长沙黄花机场雷暴具有明显的年际变化特征。通过对2012—2021 年长沙黄花机场气象观测数据统计得出，长沙黄花机场近10 年累计雷暴日数为415d，年平均雷暴日数为41.5d，属于多雷区，高于平均值的有5 年。年最多雷暴出现在2012 年，51d，最少雷暴数出现在2019 年，34d，近10 年，长沙黄花机场雷暴日数总体上呈波动减少变化趋势，这与张敏锋等学者研究的我国 30 年来雷暴日数总体在波动中呈减少趋势一致。如图1 所示。

图1 2012年—2021年雷暴日数变化图

1.2 雷暴月际变化特征

通过分析图2 可以发现长沙黄花机场雷暴集中出现在春季（3 ～5 月）和夏季（6 ～8 月），该时间段雷暴日数占年累计总数的 90.60%。2 月、9 月偶有雷暴天气出现，其他月份（1 月、10 月、11 月、12 月）几乎无雷暴天气。

图2 2012—2021年长沙黄花机场累月平均雷暴日数图

从春季开始长沙黄花机场西南暖湿气流和冷空气都很活跃，暖湿气流提供了水汽和不稳定能量，冷空气入侵和西南气流中的中小尺度波动都可以提供对流触发机制，易形成雷暴。而在夏季副热带锋区和雨带北移出湖南地区，在相对稳定的副高控制下，机场水汽和系统性的触发机制不如春季多，系统性雷暴显著减少，但是夏季气温高不稳定能量大，午后热力加热不均匀成为雷暴的主要触发机制，容易形成雷暴天气。秋、秋冬两季虽然锋面、槽、切变线等天气系统活跃，能够提供雷暴的触发机制，但是受冷性系统影响，气温低，不稳定能量小，少有雷暴发生。

1.3 雷暴日变化特征

通过图3 可知，近10 年长沙黄花机场雷暴天气的日变化比较显著，从12 时到20 时雷暴频次不断增多，到20 时达到高峰，雷暴频次达84 次，而从20 时到次日12时，雷暴频次不断减少或者波动减少。通过长沙黄花机场雷暴频次日变化不难发现，机场各个时刻均可能出现雷暴天气，大部分雷暴出现在午后至前半夜（12 时～24 时），该时段雷暴频次达821 次，占日总频次的66.05%。特别是傍晚前后出现频次最多，17 时、18 时、20 时累计雷暴频次均达到80 次以上。而从日变化来看，中午至前半夜出现雷暴天气的频次多，一是因为太阳辐射的日变化造成气温发生变化，中午至傍晚前后是长沙黄花机场一天中热力条件和不稳定性条件最佳的时间；二是因为夜晚高空槽的过境配合西南暖湿气流的加强增加了雷暴发生的可能。

图3 2012—2021年长沙黄花机场雷暴频次日变化

1.4 雷暴持续时间

2012—2021 年中，持续时间在0h ～1h 的雷暴最多，为334 次，约占累年平均雷暴次数的57.79%；其次是持续时间在1h ～2h 的雷暴，为152 次，约占总数的26.30%；2h ～4h的雷暴排第三，为76 次，约占总次数的13.15%；4h ～6h 和6h ～12h 的雷暴很少出现，仅占总次数的2.77%；长沙黄花机场没有出现持续时间超过12h 的雷暴。

长沙黄花机场除了春夏季有出现雷暴持续时间在4h～12h 外，其余季节多以持续时间4h 以内的雷暴为主。其中持续时间0h ～1h 的雷暴最多是在3 月份，平均7.2次，其次是5 月份和7 月份（平均5.3 次）；而持续时间为1h ～2h 的雷暴最多出现在8 月份，平均为3.2 次，其次是3 月份（平均2.8 次）；持续时间为2h ～4h 的雷暴最多出现在4 月份和9 月份，平均为1.6 次，其次是6 月份，平均为1.2 次；4h 以上的雷暴仅出现在3 月～8 月。长沙黄花机场雷暴一是在夏季触发或加强机场东面的午后热力对流天气；二是在春季和夏初配合冷空气和西南急流形成独特的强对流天气，主要影响系统为冷暖锋、低涡、高空槽和切变线在这些时期，长沙黄花机场的热力作用旺盛，有时伴有系统性天气（如锋面、高空槽、切变线等），因此雷暴发生时间较长。

2.雷暴天气的应对措施

雷暴天气是中小尺度天气共同作用的结果，其出现往往伴随雷电、强降雨、大风、低云低能见度等天气现象，会造成机场航班延误、返航、备降，甚至会引发航空安全事故。长沙黄花机场主要出现雷暴的季节是春季和夏季，春季多以系统性雷暴为主，夏季多以热力性雷暴为主，做好雷暴天气下的气象预报服务工作，对保障航空正常安全至关重要。

2.1 春季雷暴

春季雷暴所属于系统性雷暴，单次雷暴持续时间长，影响较大。春季长沙黄花机场主要影响系统有：高空槽、中低空切变线、冷锋、静止锋、中低层西南急流、西南涡、地面气旋、西南倒槽。

长沙黄花机场春季处于南方暖湿气流与北方冷空气的交绥地带，冷暖空气的活动都很频繁，两者交替控制机场地区。当暖湿空气势力较强时，强冷空气的过境，容易产生较强的雷暴天气。当冷空气过境后，冷高压东移南下入海，西南气流重新加强控制机场，西南倒槽发展，造成不稳定能量的聚集，也容易触发雷暴天气。

春季需要密切关注冷暖空气交汇时造成的雷暴以及冷空气过境后西南气流加强配合中低层槽线切变线过境时的雷暴天气。

2.2 夏季雷暴

夏季雷暴所属于系统性雷暴和热力性雷暴，其中以热力性雷暴居多。夏季长沙黄花机场主要影响系统有：副热带高压、台风、高空槽、中低空切变线、中低层西南急流、西南涡、东风波、热带低压。

机场处于初夏时期，低槽和切变线活动依旧频繁，西南急流活跃，常有西南低涡沿着切变线东移，天气形势不稳定，容易产生大范围的雷雨天气。6 月底至7 月初，副高第一次北跳，机场主要受副高或其北侧控制，受副高外围的西南暖湿气流、低槽和切变线共同影响，容易引发雷暴天气。7 月下旬至8 月上旬副高第二次北跳，机场受副高或副高南侧控制，受热带低值系统上的东风波、倒槽、热带低压、台风等影响，容易有雷雨天气发生。

夏季需要密切关注副高的跳跃以及各种系统的影响，由于热力雷暴主要出现在05UTC 至11UTC 这个时段内，持续时间短，时间位置随机，需要在雷达上密切关注对流回波的发展动态。热力雷暴常伴随有阵风锋和风切变，对航空安全威胁较大，在雷达图上需要密切监测强回波前沿的外流边界，常容易引发大风天气，同时对雷暴的发展和消亡也有一定的指导作用。