陇东地区雷暴天气过程环流分型
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摘要 利用2001―2009年陇东地区环县、庆城、西峰、镇原、华池、正宁6个气象站雷暴观测资料，从9年的观测资料中挑选出了192个雷暴记录。由于所选站点比较集中，1个站点发生雷暴就认为该地区有发生雷暴。根据雷暴发生个例，逐个查看2001―2009年5―9月MICAPS 8：00、20：00 500 hPa高度场，对雷暴天气过程进行划分，得到了陇东地区雷暴天气的主要环流形势为槽后西北气流型、横槽型、槽过境型、低涡后部型、阻塞高压型。其中，最有利于陇东地区发生雷暴的天气型是槽后西北气流型或横槽型，其次是槽过境型。
关键词 雷暴天气过程；环流分型；物理量；陇东地区
中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0204-03
Abstract By using the data of six meteorological stations in east Gansu，including Huanxian，Qingcheng，Xifeng，Zhenyuan，Huachi and Zhengning，during 2001-2009，192 thunderstorms cases were selected.Because those six stations were relative nearly，when thunderstorms occurred on one station，it could be consider thunderstorms occurred in all region of eastern Gansu.According to that 192 thunderstorm cases，the map of MICAPS from May to September during 2001-2009 at 8：00 and 20：00 on the 500 hPa height field had been researched，and finally the thunderstorm weather type in eastern Gansu was concluded，which could be divide into five types，such as northwest flow type，horizontal groove type，slot passage type，vortex type，and blocking high-pressure type. The most favorable weather type for thunderstorms occurred in eastern Gansu was northwest flow type or horizontal groove type，the second was slot passage type.
Key words thunderstorm process；circulation types；physical quantity；eastern Gansu region
强对流天气是指出现短时强降水、雷雨大风、龙卷风、冰雹等现象的灾害性天气，属于中小尺度天气系统，水平尺度一般小于200 km。强对流天气是历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气，往往会带来雷暴，常伴有大风、阵性降雨或冰雹。雷电常常造成火灾，大风造成房屋、树木损毁，暴雨引起山洪爆发、泥石流，冰雹造成果木蔬菜等农作物损失严重。强对流天气一直受到国内外学者的关注，对其形成机制和预防方法也展开了许多讨论，提出各种新的对流参数，以用于研究和预报业务的开展[1-5]，如对流有效位能、风暴强度指数、里查逊数等。在雷电的形成过程、定位技术、活动情况及其特征等方面开展了许多研究[6-7]，还提出许多新方法，如地面多站电场变化测量反演等，并对闪电的时空分布、预报预警等进行了探讨[8-12]。
庆阳市位于甘肃省东部，陕、甘、宁3个省区的交会处。习称“陇东”，素有“陇东粮仓”之称。全市总土地面积27 119 km2，总人口256万人，辖环县、华池、庆城、镇原、宁县、正宁、合水7个县和西峰区。庆阳东接陕西省的宜君、黄陵、富县、甘泉、志丹等县；北邻陕西省吴旗、定边及宁夏回族自治区的盐池县；西与宁夏的同心、固原县接壤；南与本省的泾川县及陕西的长武、彬县、旬邑县相连。属黄河中游内陆地区。介于东经106°20′～108°45′与北纬35°15′～37°10′之间。东倚子午岭，北靠羊圈山，西接六盘山，东、西、北三面隆起，中南部低缓，故有“盆地”之称。区内东西之间208 km，南北相距207 km。庆阳市地势南低北高，海拔在885～2 082 m之间。山、川、塬兼有，沟、峁、梁相间，高原风貌雄浑独特。气候类型属干旱半干旱气候，年均气温7～10 ℃，年日照时数2 250～2 600 h，无霜期140～180 d。年均降雨量480～660 mm。特殊的地理位置和复杂多变的地形地貌特点使其夏季多雷暴灾害发生。
本文利用2001―2009年陇东地区环县、庆城、西峰、镇原、华池、正宁6个气象站雷暴观测资料，首先从9年的观测资料中，将有雷暴发生的观测记录挑选出来，然后根据雷暴发生的特点对雷暴天气过程进行划分，并从天气学角度出发，查看MICAPS历史资料，从而对2001―2009年陇东雷暴天气过程进行环流分型，普查了造成雷暴天气系统500 hPa高空气压场的特点，进一步确定了有利于陇东雷暴天气产生的主要环流分型，并给出了陇东地区雷暴发生的有利环境场特征和预报着眼点，从而为雷暴天气预报提供一定依据，对提高陇东地区雷暴天气的预测预报能力有一定积级作用。
1 资料与方法
研究资料为2001―2009年陇东地区环县、庆城、西峰、镇原、华池、正宁6个气象观测站逐日雷暴资料，2001―2009年MICAPS历史资料。在统计雷暴天气日数时（气象日界为北京时20：00，下同），如果某次雷暴跨越20：00，按2个雷暴日计算；当某日雷暴过程出现2次或2次以上时，按1个雷暴出现日计算。
据统计2001―2009年总共出现了192个雷暴日，从雷暴天气过程发生月份可见雷暴高发期是6―8月。并且大多发生午后对流，发生较早的2例雷暴分别发生于2006年4月8日14：00、2009年4月15日14：00，发生较晚的2例雷暴分别发生在2006年10月3日14：00、2009年11月10日8：00，将其与其他月份比较，发现其对环流分型的贡献较小，故不考虑。本文主要参考和引用纪晓玲等[13]的研究方法进行数据处理及查看MICAPS历史资料，对陇东雷暴天气过程进行环流分型。
2 结果与分析
2.1 雷暴天气环流分型
逐个查看MICAPS历史资料中2001―2009年各个雷暴日8：00、20：00时500 hPa高度场，对2001―2009年192例雷暴天气8：00、20：00时500 hPa高度场图进行综合分析，总结得到陇东地区雷暴天气的主要环流形势分为槽后西北气流型、横槽型、槽过境型、低涡后部型、阻塞高压型。
其中槽后西北气流型发生186次（占总发生次数的48.44%）、横槽型发生82次（占总发生次数的21.35%）、槽过境型发生76次（占总发生次数的19.79%）、低涡后部型发生36次（占总发生次数的9.37%）、阻塞高压型发生4次（占总发生次数的1.05%）。
将各型雷暴发生时典型的500 hPa环流形势列举如下：图1为槽后西北气流型，该型雷暴发生时环流形势的主要特点是中高纬度地区500 hPa一般为两槽一脊，巴尔喀什湖、贝加尔湖处于高压脊的控制之下，陇东地区处于500 hPa高空槽后强西北气流下，高空强西北气流使得高空逐渐变冷，致使槽进一步加深，这样反馈作用的结果使得高低空之间的温度差越来越大，大气越来越不稳定，达到一定程度便发生了雷暴天气。
例如，2001年6月22日的雷暴就是在这样的环流形势下发生的，8：00陇东地区处于500 hPa高空槽后强西北气流下，并有-12 ℃闭合冷中心配合，使槽加深。查看MICAPS提供的物理量资料，可见700 hPa陇东地区相对湿度维持在50%～60%，处于0散度线附近。受槽后不断南下的冷空气的补充，该日出现了雷暴天气过程。
图2为横槽型，该型雷暴发生时环流形势的主要特点是：中高纬度地区500 hPa一般为两槽一脊，贝加尔湖处于高压脊的控制之下，陇东地区处于500 hPa横槽中，横槽内有冷空气南下，致使高空变冷，高低空温差进一步加大，从而发生对流雷暴过程。
例如，2001年6月23日的雷暴就是在这种形势下发生的，20：00陇东地区处于500 hPa横槽中，横槽内有冷空气南下，致使高空变冷，查看MICAPS提供的物理量资料，可见700 hPa陇东地区相对湿度维持在40%～50%，处于弱散度控制区。横槽内冷空气不断补充南下，使得高低空温差进一步增大，进而发生雷暴天气。
图3为槽过境型，该型雷暴发生时环流形势的主要特点是：中高纬度地区500 hPa一般为两槽一脊，贝加尔湖处于高压脊的控制之下，陇东地区处于500 hPa槽线附近，由天气学原理有关知识可知槽前的上升气流有利于发生对流性雷暴过程。
例如，2002年5月12日的雷暴就是在这种形势下发生的，20：00陇东地区处于500 hPa槽前上升气流中，查看温度场的分布可见陇东地面处于高温控制下，700 hPa上陇东已经处于温度槽附近，低层暖高层冷的环境场有利于陇东地区发生强对流，进而查看MICAPS提供的物理量资料，可见700 hPa陇东地区相对湿度维持在60%～70%，处于弱的正散度控制区。槽前暖湿气流的不断上升致使陇东地区发生对流性雷暴过程[13-16]。
图4为低涡后部型，该环型雷暴发生时流形势的的主要特点是：中高纬度地区500 hPa一般为一槽两脊，贝加尔湖处于高压脊的控制之下，陇东地区处于500 hPa冷性低涡后部，冷性低涡在缓慢旋转过程中，引导冷空气南下影响陇东地区。
例如，2002年6月3日的雷暴就是在这种形势下发生的，8：00陇东地区处于500 hPa冷性低涡后部，冷性低涡在缓慢旋转过程中，引导冷空气南下，使得高空变冷。查看MICAPS提供的物理量资料，可见700 hPa陇东地区相对湿度维持在50%～60%，处于零散度控制区。冷空气不断南下，陇东地区因此发生对流性雷暴过程。
图5为阻塞高压型，该型雷暴发生时环流形势的的主要特点是：中高纬度地区500 hPa一般为两槽一脊，贝加尔湖处于高压脊的控制之下，陇东地区处于500 hPa冷空气堆下，低层暖高层冷的结果导致对流发生，配合一定的水汽条件和风切变，便产生雷暴天气过程。
例如，2004年6月9日的雷暴就是在这种形势下发生的，8：00陇东地区处于500 hPa冷空气堆下，低层暖高层冷的环境场有利于陇东地区发生强对流，进而查看MICAPS提供的物理量资料，可见700 hPa陇东地区相对湿度维持在60%～70%，处于弱的正散度控制区。高空冷空气堆不断增厚，低层暖湿气流的不断输送使陇东地区发生对流性雷暴过程。
2.2 与雷暴有关的物理量
K指数是描述大气暖湿程度和稳定度的综合性指标。一般来说，K指数越大，大气层结越不稳定。经验表明，当K>35 ℃时，大气具有较高的潜能。
查看2001―2009年各个雷暴日MICAPS资料中K指数，发现陇东地区发生雷暴的K指数范围为28～40 ℃，T850-T500≥20 ℃。
未饱和湿空气块上升，直到气块内水汽全部凝结降落后，再按干绝热下沉到1 000 hPa处，此时气块所具有的温度称为该气块的假相当位温，通常以θse表示。它相当于湿空气通过假绝热过程将其水汽全部凝结降落后所具有的位温。在假相当位温中，不仅考虑了气压对温度的影响，也考虑了水汽的凝结和蒸发对温度的影响。它实际上是把温度、气压、湿度包括在一起的一个综合物理量。对于干绝热、湿绝热、假绝热过程同一气块的θse值都保守不变。θse的这一特性常被用来鉴别气团，因气团移动中其θse值等于常数。查看各个雷暴日MICAPS资料中θse850～θse500，其差值为2～12。
为了判断方便，现定义槽强度指数（兰伯特投影下）：将槽形象地认为是一个角，当槽角度小于150°时，即有可能发生雷暴。图6是在所做雷暴统计中最浅的槽。当槽角比图6的槽还浅时，认为雷暴发生的可能性很小。
3 结论与讨论
通过对陇东地区雷暴天气过程发生月份的分析，可见雷暴高发期是6―8月，并且大都发生在午后对流，发生较早的2例雷暴分别发生于2006年4月8日14：00、2009年4月15日14：00，发生较晚的2例雷暴分别发生在2006年10月3日14：00、2009年11月10日8：00，将其与其他月份比较，可见其发生的概率很小，故可认为，冬季（12月至次年2月）陇东地区无雷暴天气过程发生。通过对陇东地区雷暴天气过程的几种主要环流型特点的分析发现，发生雷暴天气过程时，陇东地区往往处于500 hPa槽后西北气流或横槽中，700 hPa湿度基本维持在50%～70%；700 hPa以下陇东地区一般处于0散度线附近或弱的正散度区，一般不超过10。高层不断有西北气流扩散，低层不断有不稳定暖湿气流抬升时，容易形成强对流天气，产生雷暴。因此，预报时可以从以下几点考虑。
（1）每年5―9月，中高纬度范围出现两槽一脊、一槽一脊，陇东地区处于槽后西北气流、横槽、槽线附近、冷性低涡后部、阻塞高压等形势下时，中低层如果有暖湿不稳定能量和辐合抬升条件出现时，就要考虑是否有雷暴发生的可能性。
（2）如果已经出现有利于雷暴出现的环境场和环流型时，还要考虑各种物理量因子K指数、散度场等，以进一步判断是否能发生雷暴。
（3）在日常预报业务中，应该充分利用雷达、卫星等多元气象探测资料，结合雷暴天气不同预报方法进行比较，以提高预报的准确率。
（4）本文主要针对区域性雷暴天气过程及大尺度环流背景进行分析，但雷暴的发生是中小尺度系统的产物，局地性强，因此只是一种理想的方法。
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