民航贵州空管分局，贵州 贵阳

收稿日期：2022年10月19日；录用日期：2023年4月20日；发布日期：2023年4月29日

摘要

本文利用常规观测等资料，对贵阳机场2022年1月4日、2020年1月6日两次初雷的异同点进行分析，得到以下结论：1) 两次初雷空中至地面均有影响系统，均有低空急流，温度层结垂直分布相同，但2020年低层更暖湿。2) 探空图2020年的形状细长，湿层深厚，2022年的形状为喇叭状，上干下湿。3) 雷雨发生前都是低层辐合高层辐散的结构，2020年初雷的辐合辐散区域和中心强度均大于2022年。4) 水汽垂直分布相似，但2020年的过程水汽值强于2022年的。5) 两次初雷对流初生地不同，移向移速不同，这与引导气流密切相关。

关键词

初雷，大风，引导气流

Comparative Analysis of the Two Initial Thunder Weather at Guiyang Airport

Xuan Luo, Hongguo Zhang

Guizhou ATC Branch Meteorological Observatory, Guiyang Guizhou

Received: Oct. 19^th, 2022; accepted: Apr. 20^th, 2023; published: Apr. 29^th, 2023

ABSTRACT

Based on conventional observation data, this paper analyzes the similarities and differences between the two initial thunders at Guiyang Airport on January 4, 2022 and January 6, 2020, and draws the following conclusions: 1) The two initial thunders have an impact system from the air to the ground, and both have low-level jets, with the same vertical distribution of temperature stratification, but the lower level is warmer and wetter in 2020. 2) The shape of the sounding map is thin and long in 2020, and the wet layer is deep. The shape is trumpet-shaped in 2022, and the top is dry and the bottom is wet. 3) Before the thunder, it was a low-level convergence and high-level divergence structure. At the beginning of 2020 initial thunder, the intensity of the convergence and divergence area and center of the thunder was greater than that of 2022. 4) The vertical distribution of water vapor is similar, but the process water vapor value in 2020 is stronger than that in 2022. 5) The two initial thunders have different origins and different moving speeds, which are closely related to the steering flow.

Keywords:First Thunder, Gale, Steering Flow

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1. 引言

贵州位于云贵高原的东部，地形多山地、丘陵。贵阳市位于贵州中部，而贵阳机场位于贵阳市西南方向，海拔高度为1037米。从气候统计上看，贵阳机场一年四季均有可能出现雷雨，2008~2021年间机场平均初雷日在2月27日，最早的初雷日为1月5日(2016年)，最晚的初雷日为3月20日(2010年) [1] 。

一直以来，雷暴天气就是气象部门和机场关注的重要天气，雷雨天气对飞行安全和航班正常率影响极大。曼吾拉·卡德尔 [2] 分析了乌鲁木齐机场一次春季雷雨天气，发现强对流发生前夕，中低层存在切变线和水平风的垂直切变。王乐 [3] 分析了2022年武汉天河机场的初雷过程，认为此次雷雨过程是由高空槽、中低层低涡以及西南急流共同配合，同时地面有冷空气南下激发形成的。李娜等 [4] 对廊坊地区一次强对流暴雨天气过程进行分析，认为925 hPa θse能量锋区是本次强对流系统发生发展的重要强迫因子。白慧等 [5] 对2020年冬季贵州中东部大范围混合强对流天气过程进行分析，认为西北太平洋副热带高压显著偏强偏西偏北，西南低空急流强盛，与高空急流形成耦合形势，为大范围强对流天气的发生、发展提供了暖湿不稳定背景和动力抬升条件。吴和俐等 [6] 对2021年5月贵州省一次强对流天气过程进行综合分析，认为此次天气过程是在高空冷槽的背景下，配合低层的切变线以及南风急流，在中尺度辐合线的触发下发生的强对流天气过程。

北京时间2022年1月4日18:37~19:35时贵阳机场发生了弱到中雷雨天气，伴随出现17米/秒的大风天气，5个航班受雷雨影响，这是机场2022年的初雷，也是近15年以来最早发生的初雷，与2016年的初雷相比，此次雷雨强度更强，影响更大，是自2008年以来最早的初雷。贵州全省均受到影响，中西部地区出现强对流天气，部分地区出现冰雹和8级以上的大风。

一般而言，冬季因气温低，不稳定能量小，极少出现雷雨 [7] ，贵阳机场此次初雷天气发生不仅时间最早，强度也较大，具有其特殊性和研究的价值。与此次雷雨相似的还有2020年1月6日的初雷，当日16:48~20:16机场也出现了弱–中雷雨伴短时24米/秒大风。两次雷雨天气发生时间均在1月初的傍晚至夜间，均出现了地面大风天气，但2020年的过程持续时间较长(约3个小时)，并且地面大风风速更大，为了对以后初雷的预报提供依据，总结预报指标，本文利用常规观测资料对比分析两次初雷天气的异同点，计算相关物理量场，总结了两次过程发生前的环流特点、动热力和水汽条件。文章选取的资料时间为天气发生前当日8时(北京时)的实况探测资料。

2. 环流形势分析

2.1. 高空形势

对比分析2022年1月4日和2020年1月6日两次初雷，在8时中尺度分析图上(图1)，2020年1月6日的雷雨发生前的形势(图1(a))为200 hPa，由图可知，贵州位于高空急流入口区的高空辐散区，有利于辐散抽吸增强上升运动，500 hPa高空槽位于100˚E附近，贵州处于槽前西南气流中，700 hPa空中槽分别位于川东和滇西地区，贵州受槽前西南急流影响，强劲的西南急流源源不断地将暖湿空气输送至贵州地区，850 hPa切变线位于川东–重庆地区，200 hPa~850 hPa系统配置，有利形成系统性大范围上升运动，同时850 hPa低空急流位于贵州东南部，贵阳位于低空急流轴左侧的辐合区，有利于水汽和不稳定能量在贵阳附近累积。地面上在贵州受热低压控制，中部有辐合线存在，其为对流天气的发生提供了触发因子。分析水汽条件，贵州地区是850 hPa的显著湿区(温度露点差小于5℃，图中绿色锯齿线)，850 hPa比湿为10 g/kg，低层水汽充沛饱和。在垂直方向上，贵州受700 hPa、850 hPa暖脊控制，贵州中部850 hPa和500 hP为温差24℃ (图1黄色虚线区域内温度差大于22℃)，下暖上冷，层结极不稳定，此温差也达到了贵阳发生强对流的阈值。此次过程从天气系统的配置看，是一次低层暖平流强迫类的强对流天气，雷暴出现在低空暖湿不稳定环境下，水汽、不稳定层结达到了强对流天气发生的条件，由于低层极强的暖平流强迫，导致上下层温度直减率大，因此在寒冷的冬季也发生了雷暴大风。

图1. 天气情况的中尺度分析图：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时

分析2022年1月4日8时的中尺度分析图(图1(a))。雷暴发生前，贵阳位于200 hPa高空急流右侧的辐散区，850 hPa低空急流左侧的辐合区，形成了高层辐散低层辐合的垂直结构，根据尤西林尼等人研究 [8] 在高低空急流轴趋于正交和平流强度最大时，对流不稳定易发生。同时，贵州大部分区域位于在500 hPa槽线、700 hPa空中槽和850 hPa切变线前部，地面在中部有辐合线存在，天气尺度系统的配置也有利于上升运动发展。700 hPa西南急流位于贵州中部地区，贵州中部以南受低层暖脊控制，西北部有冷空气堆积，随着系统过境，冷暖气流交汇有利于强对流天气发生；在垂直方向上，850 hPa和500 hPa温差为24℃。水汽条件，贵州是850 hPa的显著湿区，贵阳站850 hPa温度露点差为0℃，比湿为8 g/kg，700 hPa温度露点差为为0℃，比湿6 g/kg，低层水汽充沛并达到饱和。从天气系统的配置看，也是一次低层暖平流强迫类的强对流天气，低层强烈的暖湿气流为强对流的发生起了主要作用。

通过分析两次过程的天气形势，相同点在于两次过程均是低层暖平流强迫类的强对流天气，对流天气发生在低空暖区里，高空均有500 hPa、700 hPa空中槽，850 hPa切变线，地面在中部有辐合线，且两次过程切变线，地面辐合线位置相近。中低层均有700 hPa、850 hPa低空急流，温度层结垂直分布相同，下暖上冷，850 hPa和500 hPa温差均为24℃，并且都是水汽大值区。主要区别在于850 hPa的温度和水汽含量，2020年的初雷，850 hPa温度为12℃，比湿为10 g/kg，2022年为9℃、8 g/kg，2020年低层更暖湿。

2.2. 探空图和物理量分析

在贵阳站的探空图上(图2)，2020年1月6日各指数的数值为(见表1)，K指数36，SI为−0.57，CAPE值为209.2，订正后490，DCAPE为4.6，2022年1月4日各指数的数值，K指数34.1，为−0.14，CAPE值为0，订正后为0.7，DCAPE为243.4。两次初雷发生前CAPE值不高，一般而言，高值CAPE有利于强对流的发展，但低值CAPE并不能排除对流风暴的发生 [9] 。而K指数和SI达到了机场发生雷雨的阈值，因此在强对流天气预报时不能只单一分析某个指数，而应更全面考虑，在各指数没达到阈值时，是否仍有不稳定的层结存在。DCAPE值两次过程差异大，但在实况中均有地面大风出现，并且2020年的过程风速更大，但DCAPE值仅为4.6，因此在贵阳机场的地面大风预报中，DCAPE值只能作为参考，不能由其判断是否有雷暴大风出现。

图2. 贵阳站探空图：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时

表1. 探空图各物理量数值

从探空图的形状上看，两次过程差别较大，2020年的形状细长，湿层深厚，2022年的形状为喇叭状，上干下湿，是雷暴和大风出现的典型形式，由于2020年的湿层深厚，也导致其持续时间较2022年的初雷更长的原因之一。

两次过程前，2020年的探空图上，对流凝结高度、0℃层高度和−20℃层高度均高于2022年的初雷。贵州春季降雹0℃高度在3500~4500米之间，−20℃层高度在6600~7600米之间，而冬季降雹因个例较少还未做统计，但从这次过程看，冬季降雹时0℃层和−20℃层高度会略低于春季降雹的平均高度。

3. 物理量条件分析

3.1. 动力条件分析

图3(a)、图3(b)是散度垂直剖面(沿106˚E)。两次过程在21˚N至30˚N之间，均是低层辐合高层辐散的垂直结构，但2020年的辐合区更大，地面至400 hPa的是辐合区(图3(a)虚线区域)，中心强度为−12 × 10⁻⁵ s⁻¹，400 hPa以上为辐散区，中心强度为24 × 10⁻⁵ s⁻¹，而2022年的过程，辐合区(图3(b)虚线区域)仅从低面至700 hPa，中心强度为−6 × 10⁻⁵ s⁻¹。700 hPa以上均是辐散区，辐散中心在700 hPa~500 hPa之间，中心值为4 × 10⁻⁵ s⁻¹。两次过程对比，2020年初雷的辐合辐散区域和中心强度均大于2022年，可见虽然雷雨发生前基本都存在低层辐合高层辐散的结构，但更强的辐合辐散更有利于对流的发生和维持。

图3. 散度垂直剖面图(单位：10⁻⁵ s⁻¹)：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时

3.2. 水汽条件分析

图4(a)、图4(c)是比湿垂直剖面图(沿106˚E)，两次过程的比湿分布相似。在机场(26˚N) 700 hPa以下的中低层，比湿均大于6 g/kg，700 hPa~850 hPa比湿在7~8 g/kg，达到了贵阳雷雨天气发生的阈值。但2020年的过程的比湿值要略大于2022年的，在26N˚附近，2020年的比湿值在8~9 g/kg，2022年的比湿值为7~8 g/kg。

水汽通量散度剖面图(沿106˚E，图4(b))上，两次过程在26˚N附近，低层均是是水汽的辐合区，但在具体的分布上还是略有差异。2020年的过程辐合中心值为−1.6 g/(cm²∙hPa∙s)，辐合区高度从地面至850 hPa，850 hPa~500 hPa是水汽辐散区，中心值为0.6 g/(cm²∙hPa∙s)。而2022年的过程，辐散区达到700 hPa，中心值为−1.4 g/(cm²∙hPa∙s)，而700 hPa~500 hPa是水汽辐散区，中心位于600 hPa附近，中心值为0.8 g/(cm²∙hPa∙s)。虽然在机场(26˚N)上空，水汽均是低层是辐合，中层是辐散，但两次过程水汽输送强度还是有所差异，2020年的过程从中心强度看，要强于2022年的初雷。

两次过程从比湿、水汽通量散度的垂直分布上都比较相似，但在具体的强度上还是有差异，2020年的过程的比湿值和水汽通量散度的中心强度均强于2022年的，可见较好水汽条件也是有利对流的增强和维持。

图4. 8时各水汽物理量垂直剖面图：(a) 2020年1月6日比湿垂直剖面图(单位：g/kg)；(b) 2020年1月6日水汽通量散度(单位：g/(cm²∙hPa∙s))垂直剖面图；(c) 2022年1月4日比湿垂直剖面图(单位：g/kg)；(d) 2022年1月4日水汽通量散度(单位：g/(cm²∙hPa∙s))垂直剖面图

4. 雷达图像分析

两次过程从雷达回波分析(图5)，差别较明显。2020年初雷，初始回波是从贵州西南部关岭地区生成并逐渐向西北方向移动，后续在雷暴回波达到机场后，在关岭附近仍不断有对流生成并向西北移动，形成“列车效应” [10] ，回波的这种发展特征与500 hPa高空槽的影响有关，槽前西南气流也是对流移动的引导气流，而高空槽的长时间维持也是导致机场雷雨持续时间较长的原因之一。2022年初雷，初始回波从贵州西部纳雍附近生成并向东偏南移动，并且回波主体移动至贵阳附近后，后续并无新的对流生成，而且回波移速较快，约30公里/小时，较快的移速和偏东南的移向与500 hPa高空槽快速过境有关，因此2022年初雷虽然强度较强，但持续时间短。

图5. 贵阳机场雷达PPI图像(仰角2.5˚)

5. 结论

本文利用地面高空填图资料、相关物理量场资料，对贵阳机场2020年1月6日、2022年1月4日两次初雷天气进行对比分析，得到以下结论：

1) 两次初雷均有空中槽、切变线、地面辐合线，且切变线、地面辐合线位置相近，均有低空急流，温度层结垂直分布相同，均为低层暖平流强迫类的强对流天气。主要区别是850 hPa的温度和水汽含量，2020年低层更暖湿。

2) 探空图差别较大，2020年的形状细长，湿层深厚，2022年的形状为喇叭状，上干下湿。

3) 散度垂直剖面图，雷雨发生前都是低层辐合高层辐散的结构，2020年初雷的辐合辐散区域和中心强度均大于2022年，更强的辐合辐散有利于对流的发生和维持。

4) 水汽物理量垂直分布都比较相似，但2020年的过程的比湿值和水汽通量散度的中心强度均强于2022年，较好水汽条件也是有利对流的增强和维持。

5) 两次初雷对流初生地不同，移向移速不同，这与500 hPa的引导气流密切相关。

文章引用

罗 璇,张宏国. 贵阳机场两次初雷天气对比分析
Comparative Analysis of the Two Initial Thunder Weather at Guiyang Airport[J]. 地理科学研究, 2023, 12(02): 287-294. https://doi.org/10.12677/GSER.2023.122026

参考文献