宁波机场一次雷暴过程分析

朱王杰 任婧 杨琦堡

中国民用航空宁波空中交通管理站 浙江 宁波 315154

引言

雷暴通常是指在积雨云中发生的雷电交错的剧烈放电现象，发生时可伴随有强降水、大风、龙卷等天气现象。在民航飞行活动中，雷暴对航空器的飞行安全危害极大，一旦飞行器进入雷暴区域，会遇到颠簸、冰雹、闪电、下击暴流等一系列威胁，对飞行器造成巨大的伤害，甚至造成安全事故。

近年来，国内外很多学者对雷暴做了大量研究工作。唐钱奎、张涛[1]在对成都一次雷暴大风的中尺度特征分析研究中，表明了地面辐合线、层结不稳定和较大的对流有效位能为雷暴大风的发生提供了有利的环境条件。沈杭锋等[2]对2014年7月26日浙江盛夏一次强对流过程进行分析，发现了当低层925hpa的中尺度辐合线和700hpa的垂直上升运动区相重合时，中尺度辐合线附近在未来6小时内产生了强对流。庆涛等[3]对南京地区2000-2012年的雷暴天气特征进行了分析，结果表明天气尺度垂直上升运动的强度是造成雷暴强度偏强、瞬时大风等灾害天气更加剧烈的重要原因。本文采用宁波机场（121.5°E，29.8°N）观测资料、NCEP/FNL再分析资料对2020年5月15日宁波机场午后发生的一次雷暴天气过程进行分析，以期为今后宁波机场类似天气的服务保障工作提供一定的参考。

1 天气实况

2020年5月15日上午，宁波机场风向稳定，为偏南风，风速1-5m/s。白天升温明显，8：00（北京时，下同）宁波机场气温为25.8℃，14：00，温度达到33.2℃，露点温度稳定在20～21℃。雷暴过程从15:16时开始，21:41时结束。降水过程从15:43时开始，22:50时结束，过程累积降水量为15.4mm，最大降水量出现在21时，达到13.1mm，其他时次小时降水量都不超过1mm。

图1 5月15日温度、露点温度、小时降水量变化

2 天气形势

分析从2020年5月15日14时（北京时，下同）环流形势场可以看出：（a）：在500hpa（图略）图上，影响宁波机场的高空槽从我国东北向南延伸经渤海湾到长江中下游地区，宁波机场处在高空槽前的西南气流当中，有利于动力抬升作用；（b）：700hpa和850hpa（图略）形势相似，影响宁波的是从朝鲜半岛附近向西南方向延伸出来的高空槽，宁波处于槽前西南急流中，低空西南急流有利于将低空暖湿气流平流至长江中下游地区，并且在此使水汽辐合上升，大气产生不稳定层结，有利于雷暴的产生；（c）：地面图上（图略），长江中下游地区处在弱气压场中，江浙沪皖四省交界处有明显的地面辐合线，为宁波机场午后雷暴的产生提供抬升触发机制。

综合上述分析可知，2020年5月15日宁波机场的雷暴天气是在多种天气尺度系统共同构成的有利环流条件里产生的。高空槽、低空西南急流和地面辐合线的抬升触发导致了此次过程的产生。

3 物理量场诊断分析

根据天气学原理[4]，雷暴的发生通常需要三个条件：充沛的水汽、强盛的上升运动、大量的不稳定能量。下面就通过动力条件、层结条件、水汽条件这三方面对这次的雷暴进行诊断分析。

3.1 动力条件

本文沿着121.5°E分别绘制涡度、垂直速度的垂直剖面分布图。通过分析2020年5月15日14时垂直速度剖面图（图2a）可知，宁波机场上空600hpa高度层以下有明显的上升运动，垂直速度为-0.2～-0.4×10-5hPa·s-1，中心位于700hpa高度层，垂直速度为-0.4×10-5hPa·s-1，强烈的上升运动，有利于雷暴的发生发展。结合分析14时涡度垂直剖面图（图2b）可知，宁波机场上空850hpa以下，涡度为正值，在0～9×10-5s-1之间，属于辐合上升区域。850hpa以上500hpa以下，涡度为负值，在0～-3×10-5s-1之间，属于辐散区域。这样的高层辐散，低层辐合结构，有利于强对流的形成,这与李晓霞[5]的研究：大气的垂直运动能够提供水汽、能量等物理量的垂直输送，而且大气层结的不稳定能量需要一定的上升运动才能释放，这一结论相一致。

图2 2020年5月15日14时垂直速度剖面图（单位： hPa·s-1）、涡度垂直剖面图 （单位： s-1）

3.2 层结条件

层结不稳定是雷暴发生的一个重要条件，层结越不稳定，雷暴越容易发生。张雯[6]分析2014-2018年绵阳机场短期雷暴的发生与各对流参数气候特征间的关系，结果表明：K指数、LI指数、SI指数、CAPE等在雷暴发生前有很好的指示作用。樊李苗等[7]对杭州地区夏季午后雷暴大风环境条件分析中表明雷暴CAPE平均值在1000 J·kg-1以上。从15日14时的探空图（图3）中可以看到， K指数为36℃，LI抬升指数为-3℃，对流有效位能为1442 J·kg-1，对流抑制能量为43 J·kg-1，对流条件较好。在宁波机场上空低层900 hPa以下是浅薄的逆温层，逆温层的存在有利于底层静力能的积累，一旦温度升高，逆温层被破坏，就会产生较强的雷暴。但是整层层结曲线和露点曲线距离较大，这表明宁波机场上空的水汽条件较差，要产生雷暴等强对流天气，需要有其他的水汽来源。

图3 2020年5月15日14时宁波站探空资料

3.3 水汽条件

从2020年5月15日14时850hpa水汽通量场（图略）可以看出，水汽沿着低空急流从西南地区输送到华东中部地区。浙江省内的水汽通量大值区位于浙江西部地区和浙江北部地区，水汽通量最大值达到1.8g·（s· hPa· cm）-1。对比分析850hpa水汽通量散度（图略）可以发现，14时浙江东北部地区出现明显的水汽辐合上升区，宁波机场处于水汽辐合区内，水汽通量散度达到-2.5×10-5g·（s· hPa· cm2）-1， 这表明低空西南急流有利于将西南暖湿气流输送至浙江地区，并在浙江地区产生水汽辐

合上升，为此次雷暴天气过程提供水汽条件。

4 结束语

本文通过分析2020年5月15日宁波栎社机场的一次雷暴过程进行分析，得到以下结论：

本次雷暴过程产生于高空槽、低空西南急流和地面辐合线的抬升共同影响下。高空槽前上升气流配合地面辐合线，以及中午地面温度明显上升，为午后的雷暴提供触发机制；低空西南急流将暖湿气流输送到浙江东部，给雷暴的产生提供了有利的温湿条件。

较强的上升运动是雷暴发生发展的动力条件之一。高层辐散和底层辐合为此次雷暴天气提供了较好的动力条件。

K指数、LI抬升指数以及对流有效位能等对流指数表明了本次过程大气层结不稳定，较高的位势不稳定为雷暴提供了较好的不稳定层结条件，整层水汽较差表明需要有其他的水汽输送才能导致较强的雷暴天气。

虽然原大气中相对湿度较差，但是从水汽通量和水汽通量散度分布来看，低空西南急流将西南暖湿气流输送到浙江地区，并在此辐合上升，为此次对流天气提供了有利的水汽条件。