臨夏地區(qū)對流天氣過程環(huán)流分型

馬學(xué)文++孫玉蓮++韋伯龍++馬旭潔

摘要 利用2005—2014年臨夏地區(qū)永靖、東鄉(xiāng)、廣河、和政、康樂5個氣象站雷暴觀測資料，從10年的觀測資料中，挑選出了213個雷暴記錄。由于所選站點(diǎn)比較集中，一個站點(diǎn)發(fā)生雷暴就認(rèn)為該地區(qū)有發(fā)生對流。根據(jù)雷暴發(fā)生個例，逐個查看2005—2014年5—9月MICAPS 8：00、20：00的500 hPa高度場，將對流天氣過程進(jìn)行劃分，得到了臨夏地區(qū)對流天氣的主要環(huán)流形勢為：槽后西北氣流型、橫槽型、槽過境型、低渦后部型。其中，最有利于臨夏地區(qū)發(fā)生對流的天氣型是槽后西北氣流型或橫槽型，其次是槽過境型。

關(guān)鍵詞 對流天氣過程；環(huán)流分型；甘肅臨夏

中圖分類號 P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0230-03

Classification of Convection Processes With Circumfluence Types in Linxia Area

MA Xue-wen 1 SUN Yu-lian 2 WEI Bo-long 2 MA Xu-jie 2 YANG Zhen-xin 2

（1 Guanghe Meteorological Bureau in Gansu Province，Guanghe Gansu 731300； 2 Linxia Meteorological Bureau）

Abstract By using the data of 5 meteorological stations in Linxia area，including Yongjing，Dongxiang，Guanghe，Hezheng and Kangle，during 2005-2014，213 thunderstorms cases were selected. Because those 5 stations are relative nearly from each other，when thunderstorms occur at one station，it can be considered convection occurs in Linxia area. According to the 213 thunderstorm cases，the maps of MICAPS from May to September during 2005-2014 at 8：00 and 20：00 on 500 hPa height field were researched，and finally the weather type of convection occurred in Linxia area were concluded，which could be divided into 4 kinds，including northwest flow type，horizontal groove type，slot passage type and vortex type. The most advantage weather type of convection occurred in Linxia area was northwest flow type or horizontal groove type，followed by slot passage type.

Key words convection process；circulation type；Linxia Gansu

氣象學(xué)中將在出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、冰雹并伴有短時間內(nèi)強(qiáng)降水等情況的災(zāi)害天氣定義為強(qiáng)對流天氣，該天氣一般是中小尺度的天氣系統(tǒng)（水平尺度小于200 km），但該天氣往往伴有雷暴、冰雹等，是一種短時間內(nèi)天氣急劇變化，并經(jīng)常造成非常強(qiáng)的破壞的災(zāi)害性天氣。由于該天氣出現(xiàn)到消失一般只有幾個小時，并且水平范圍也非常小、破壞力強(qiáng)，因此對其如何預(yù)報(bào)，一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。彭治班等[1]提出研究強(qiáng)對流天氣，要綜合運(yùn)用各種參數(shù)，并不斷引進(jìn)新的參數(shù)，才能更加準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)。因此，陳 艷等[2]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)對流有效位能有較好的指示作用，是對風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)、里查遜數(shù)的補(bǔ)充[3-4]。

自20世紀(jì)80年代開始我國對不同地區(qū)的雷暴發(fā)生特征和強(qiáng)對流天氣過程等進(jìn)行研究[5-8]，同時不同學(xué)者[9-12]探討了我國雷暴、閃電氣候及雷電災(zāi)情特征；但對流的發(fā)生具有突發(fā)性、局地性強(qiáng)、損失嚴(yán)重等特點(diǎn)，不僅給預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)造成很大難度，也給預(yù)報(bào)服務(wù)造成了很大的壓力。因此，使用新的環(huán)流分型分析強(qiáng)對流天氣，可以較準(zhǔn)確的進(jìn)行對流天氣成因和預(yù)報(bào)，降低強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的自然災(zāi)害造成的損失。

本文利用2005—2014年臨夏地區(qū)永靖、東鄉(xiāng)、廣河、和政、康樂5個氣象站雷暴觀測資料，首先從10年的觀測資料中，挑選發(fā)生了雷暴的觀測記錄，進(jìn)行分析，同時，查看MICAPS歷史資料，從而對2005—2014年臨夏地區(qū)對流天氣過程進(jìn)行環(huán)流分型，并給出了臨夏地區(qū)對流發(fā)生的有利環(huán)境場特征和預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，對提高臨夏地區(qū)的強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)有一定的理論指導(dǎo)。本文在寫作過程中主要參考和引用紀(jì)曉玲等[13]的研究方法處理數(shù)據(jù)及查看MICAPS歷史資料，對臨夏地區(qū)對流天氣過程進(jìn)行了環(huán)流分型。

1 資料與方法

2005—2014年臨夏地區(qū)永靖、東鄉(xiāng)、廣河、和政、康樂5個氣象觀測站逐日雷暴資料；2005—2014年MICAPS歷史資料。在統(tǒng)計(jì)雷暴天氣日數(shù)時，以氣象日界為20：00（北京時，下同），如果某次雷暴跨越20：00，按2個雷暴日計(jì)算；當(dāng)某日雷暴過程出現(xiàn)2次或2次以上時，按1個雷暴出現(xiàn)日計(jì)算。

據(jù)統(tǒng)計(jì)2005—2014年總共出現(xiàn)了213個雷暴日，從雷暴天氣過程發(fā)生月份可見，對流高發(fā)期是6—8個月，并且大多發(fā)生在午后對流，發(fā)生較早的2例雷暴分別發(fā)生于2008年4月12日14：00、2009年4月13日14：00，發(fā)生較晚的2例雷暴分別發(fā)生在2007年11月8日14：00、2009年11月9日8：00，與其他月份比較發(fā)現(xiàn)，其對環(huán)流分型的貢獻(xiàn)較小，故不考慮。

2 結(jié)果與分析

2.1 對流天氣環(huán)流分型

逐個查看MICAPS歷史資料中2005—2014年各個雷暴日8：00、20：00時500 hPa高度場，對2005—2014年213例雷暴天氣8：00、20：00的500 hPa高度場圖進(jìn)行綜合分析，總結(jié)得到臨夏地區(qū)對流天氣的主要環(huán)流形勢為：槽后西北氣流型、橫槽型、槽過境型、低渦后部型。其中槽后西北氣流型發(fā)生86次（占總發(fā)生次數(shù)的40.38%）、橫槽型發(fā)生82次（占總發(fā)生次數(shù)的38.50%）、槽過境型發(fā)生35次（占總發(fā)生次數(shù)的16.43%）、低渦后部型發(fā)生10次（占總發(fā)生次數(shù)的4.69%）。將各型雷暴發(fā)生時典型的500 hPa環(huán)流形勢列舉如下。

圖1為槽后西北氣流型，該型對流發(fā)生時環(huán)流形勢的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，巴爾喀什湖、貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，臨夏地區(qū)處于500 hPa高空槽后強(qiáng)西北氣流下，高空強(qiáng)西北氣流使得高空逐漸變冷，致使槽進(jìn)一步加深，這樣反饋?zhàn)饔玫慕Y(jié)果使得高低空之間的溫度差越來越大，大氣越來越不穩(wěn)定，達(dá)到一定程度便發(fā)生了對流天氣。例如，2013年8月10日的對流就是在這樣的環(huán)流形勢下發(fā)生的，8：00臨夏地區(qū)處于500 hPa高空槽后強(qiáng)西北氣流下，并有-12 ℃閉合冷中心配合，使槽加深。查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa臨夏地區(qū)相對濕度維持在50%～60%，處于零散度線附近。受槽后不斷南下的冷空氣的補(bǔ)充，該日出現(xiàn)了對流天氣過程。

圖2為橫槽型，該型對流發(fā)生時環(huán)流形勢的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，臨夏地區(qū)處于500 hPa橫槽中，橫槽內(nèi)有冷空氣南下，致使高空變冷，高低空溫差進(jìn)一步加大，從而發(fā)生對流過程。例如，2014年7月29日的對流就是在這種形勢下發(fā)生的，20：00臨夏地區(qū)處于500 hPa橫槽中，橫槽內(nèi)有冷空氣南下，致使高空變冷，查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa臨夏地區(qū)相對濕度維持在40%～50%，處于弱散度控制區(qū)。橫槽內(nèi)冷空氣不斷補(bǔ)充南下，使得高低空溫差進(jìn)一步增大，進(jìn)而發(fā)生對流天氣。

圖3為槽過境型，該型對流發(fā)生時環(huán)流形勢的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為兩槽一脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，臨夏地區(qū)處于500 hPa槽線附近，由天氣學(xué)原理有關(guān)知識可知槽前的上升氣流有利于發(fā)生對流過程。例如，2012年5月20日的對流就是在這種形勢下發(fā)生的，20：00臨夏地區(qū)處于500 hPa槽前上升氣流中，查看溫度場的分布可見臨夏地面處于高溫控制下，700 hPa上臨夏已經(jīng)處于溫度槽附近，低層暖高層冷的環(huán)境場有利于臨夏地區(qū)發(fā)生強(qiáng)對流，進(jìn)而查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa臨夏地區(qū)相對濕度維持在60%～70%，處于弱的正散度控制區(qū)。槽前暖濕氣流的不斷上升致使臨夏地區(qū)發(fā)生對流過程。

圖4為低渦后部型，該環(huán)型對流發(fā)生時環(huán)流形勢的主要特點(diǎn)是：中高緯度地區(qū)500 hPa一般為一槽兩脊，貝加爾湖處于高壓脊的控制之下，臨夏地區(qū)處于500 hPa冷性低渦后部，冷性低渦在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，引導(dǎo)冷空氣南下影響臨夏地區(qū)。例如，2007年6月24日的對流就是在這種形勢下發(fā)生的，8：00臨夏地區(qū)處于500 hPa冷性低渦后部，冷性低渦在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，引導(dǎo)冷空氣南下，使得高空變冷。查看MICAPS提供的物理量資料，可見700 hPa臨夏地區(qū)相對濕度維持在50%～60%，處于零散度控制區(qū)。冷空氣不斷南下，臨夏地區(qū)因此發(fā)生對流過程。

2.2 與對流有關(guān)的物理量

K指數(shù)是描述大氣暖濕程度和穩(wěn)定度的綜合性指標(biāo)。一般來說，K指數(shù)越大，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)K>35 ℃時，大氣具有較高的潛能。查看2005—2014年各個雷暴日MICAPS資料中ki物理量即K指數(shù)，發(fā)現(xiàn)臨夏地區(qū)發(fā)生對流的K指數(shù)范圍為28～40 ℃，T850-T500≥20 ℃。

氣象學(xué)中常用θse表示假相當(dāng)位溫，是一個綜合考察濕度、溫度、氣壓的物理量。對于干絕熱、濕絕熱、假絕熱過程同一氣塊的θse值都保守不變。θse的這一特性常被用來鑒別氣團(tuán)，因氣團(tuán)移動中其θse值等于常數(shù)。查看各個雷暴日MICAPS資料中θse850和θse500，發(fā)現(xiàn)其差值在2～12之間。

為了判斷方便，現(xiàn)定義槽強(qiáng)度指數(shù)（蘭伯特投影下）：將槽形象地認(rèn)為是一個角，當(dāng)槽角度小于150°時，即有可能發(fā)生對流。圖5是在所做對流統(tǒng)計(jì)中最淺的槽，當(dāng)槽角比圖5的槽還淺時，認(rèn)為對流發(fā)生的可能性很小。

3 結(jié)論與討論

通過對臨夏地區(qū)對流天氣過程發(fā)生月份的分析，可見對流高發(fā)期是6—8月。并且大多發(fā)生在午后對流，發(fā)生較早的2例雷暴分別發(fā)生在2008年4月12日14：00、2009年4月13日14：00，發(fā)生較晚的2例雷暴分別發(fā)生在2007年11月8日14：00、2009年11月9日8：00，將其與其他月份比較，可見其發(fā)生的概率很小，故可認(rèn)為，冬季（12月至次年2月）臨夏地區(qū)無對流天氣過程發(fā)生。通過對臨夏地區(qū)對流天氣過程的幾種主要環(huán)流型特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生對流天氣過程時，臨夏地區(qū)往往處于500 hPa槽后西北氣流或橫槽中，700 hPa濕度基本維持在50%～70%；700 hPa以下臨夏地區(qū)一般處于零散度線附近或弱的正散度區(qū)，一般不超過10。高層不斷有西北氣流擴(kuò)散，低層不斷有不穩(wěn)定暖濕氣流抬升時，容易形成強(qiáng)對流天氣。因此，預(yù)報(bào)時可以從以下幾點(diǎn)考慮：

（1）每年5—9月，中高緯度范圍出現(xiàn)兩槽一脊、一槽一脊，臨夏地區(qū)處于槽后西北氣流、橫槽、槽線附近、冷性低渦后部等形勢下時，中低層如果有暖濕不穩(wěn)定能量和輻合抬升條件出現(xiàn)時，就要考慮是否有對流發(fā)生的可能性。

（2）如果已經(jīng)出現(xiàn)有利于對流出現(xiàn)的環(huán)境場和環(huán)流型時，還要考慮各種物理量因子K指數(shù)、散度場等。以進(jìn)一步判斷是否能發(fā)生對流。

（3）在日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，應(yīng)該充分利用雷達(dá)、衛(wèi)星等多元?dú)庀筇綔y資料，結(jié)合雷暴天氣不同預(yù)報(bào)方法進(jìn)行比較，以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

（4）本文主要針對區(qū)域性對流天氣過程及大尺度環(huán)流背景進(jìn)行分析，但對流的發(fā)生是中小尺度系統(tǒng)的產(chǎn)物，局地性強(qiáng)，因此只是一理想的方法。

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