张丹梅 辛艳辉 史红杰 陶倩 赵振宇 白佳宁

摘 要：利用2009—2017年阜新地区2个常规自动站和35个4要素加密自动站资料，分析了阜新地区夏季雷暴大风的气候特征、天气系统配置模型和物理量参数特征。结果表明：（1）阜新地区夏季雷暴大风的时空分布很不均匀，月变化特征显著，主要发生在6月;日变化规律也非常明显，主要集中在13：00—21：00。空间分布上有1个高发中心和2个次发中心。（2）根据500hPa天气形势分析，阜新地区夏季雷暴大风天气形势可归类为高空冷涡型、高空冷槽型、西北气流型、副高西北部型4个类型。（3）副高西北部型以热力因素为主、动力因素为辅，高空冷涡型动力、热力因素都很重要，高空冷槽型以动力因素为主、热力因素为辅，西北气流型冷空气下沉造成的冲击力很重要。

关键词：雷暴大风;气候特征;天气系统配置模型;物理量参数特征

中图分类号 P446  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）17-0155-06

Study of Synoptic Model and Physical Parameters  of Thunderstorm Gale in Summer in Fuxin Area

ZHANG Danmei et al.

（Fuxin Meteorological Bureau， Fuxin 123000， China）

Abstract： The climate characteristics， weather system configuration model and physical parameter characteristics of thunderstorm gale are analyzed in summer in Fuxin area，based on the data of two conventional automatic stations and thirty-five four element encrypted automatic stations in Fuxin area from 2009 to 2017. The results show that： （1）The temporal and spatial distribution of thunderstorm gales in Fuxin area is very uneven， and the monthly variation is significant， mainly in June; the daily variation is also very obvious， mainly during 13：00pm to 21：00pm. There are a center of high incidence and two centers of secondary incidence in spatial distribution. （2）According to the circulation situation of 500hPa， it can be classified into four types，namely upper cold vortex type， upper cold trough type， northwest airflow type and northwest of subtropical high type. （3）The northwest of subtropical high type is dominated by thermal factors， supplemented by dynamic factors. Thermal factors are as consequential as dynamic factors in the upper cold vortex type. The upper cold trough type is dominated by dynamic factors， supplemented by thermal factors. The impact caused by the sinking of cold air is very important in the northwest airflow type.

Key words： Thunderstorm gale;Climate characteristics;Weather system configuration model; Physical parameter characteristics

雷暴大风是指伴随强雷暴天气而出现的强烈短时大风，也称为雷雨大风，即在电闪雷鸣时出现风力大于8级的瞬时大风。主要发生在夏季，其持续时间短、风速大、破坏力强。雷暴大风主要表现为下沉气流引起的四周辐散的近地面爆发性气流，Fujita等首次使用下击暴流“downburst”来描述引起坠机事件的大风现象，它常造成大树连根拔起、建造物倒塌、农作物倒伏，产生重大人员伤亡和经济损失。由于雷暴大风灾害具有突发性、致灾性的特点，雷暴大风预报已成为夏季预报服务的重点和难点。众多学者针对雷暴大风从多普勒雷达回波特征[1-9]、气候特征[10-15]等方面开展了一些有针对性的研究，取得了一些有益的成果。陈伟斌等[16]对广西2次雷暴大风天气过程的成因及异同进行了分析，结果显示，有组织性风暴和单体风暴在层结不稳定、中低层垂直风切变的强度及结构、地面辐合线的尺度和移动速度上存在明显差异。廖晓农等[17-19]研究了北京地区雷暴大风日假相当位温廓线的特征，还研究了伴有较大强降水和没有或降水量很小的2种类型雷暴大风日临近时刻环境大气的特征，并分析了一次北京地区罕见的强雷暴大风产生过程中雷达回波、不稳定能量等。严仕尧等[20]对华北产生雷暴大风的动力热力综合指標进行了分析，发现雷暴大风实际发生区域与指标叠套区域一致性较好。钟利华等[21]对广西雷暴大风环流特征和物理量诊断方面进行了分析，探讨了一些稳定度指数和物理量参数的物理意义及雷暴大风发生区域环境场特征。杨晓霞[22]等研究了各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月平均和阈值。高建平[23]等对2017年8月江西上高产生的3次雷暴大风天气过程进行了分析，探讨了上高雷暴大风雷达回波特征。上述研究成果为进一步开展雷暴大风的研究奠定了基础。

辽宁在雷暴大风预报服务方面也做了相关研究，宋佳[24]等分析了辽宁省雷雨大风时空分布特征以及水汽、不稳定度、抬升机制、垂直风切变等对流条件特征。吴荷[25]等对发生在辽宁省内的一次区域性雷雨大风天气过程进行了分析。刘晓初[26]等分析了大连地区雷暴大风发生前的探空特征、雷达回波演变特征以及雷达产品识别指标。陈立德[27]等对发生在沈阳地区一次雷雨大风冰雹天气的多普勒雷达特征进行了分析。但是上述诸多研究成果中，在建立雷暴大风落区的天气学模型和物理量参数综合分析方面研究的较少，而雷暴大风又是阜新地区夏季发生频率较高的灾害性天气之一。因此，研究不同物理量对于雷暴大风的指示意义很有必要。本研究拟通过对雷暴大风天气过程的综合分析，总结出其气候特征，并根据其形成机制对天气形势和影响系统以及反映环境大气热力和动力特征的物理量参数进行分析，建立雷暴大风落区的天气学模型和物理量参数指标，为雷暴大风的预报预警提供依据。

1 资料来源和站点选择

选取阜新县和彰武县2个常规自动站以及2009年才开始更新为包含“风向、风速”的35个4要素加密自动站为研究站点，并对37个测站2009—2017年9年6—8月份共62个（142站次）雷暴大风日进行分析，利用常规观测资料对雷暴大风天气过程进行天气形势分型，利用NCEP 1°×1°全球再分析资料进行物理量的计算和统计分析。选取的标准如下：常规站和加密站共37个测站有1个测站或以上在1d内（前一天20：00至当天20：00）出现阵风风力大于17m/s的短时大风，同时伴有雷暴天气，即视为1个雷暴大风日;每个测站每1h出现雷暴大风日特征即为1站次。

2 结果与分析

2.1 雷暴大风的气候特征

2.1.1 时间分布特征 雷暴大风月变化特征显著（图1a），9年间6—8月份共出现62个雷暴大风日。6月出现最多，为30个，占总个数的48.4%;7月次之，为22个，占总个数的35.5%;8月最少，为10个，占总个数的16.1%。1d中雷暴大风发生时间有着明显的规律（图1b），9年间6—8月份共出现142站次。13：00—21：00因地表受热对流旺盛，出现雷暴大风的几率很大，9年中共出现了123站次，占总次数的86.6%。其中，19：00—20：00出现得最多，为25站次，占总次数的17.6%;21：00—23：00出现较少，为12站次，占总次数的8.5%;23：00—13：00出现雷暴大风的几率非常小，仅仅出现7站次，占总次数的4.9%。

2.2.1 空间分布 从雷暴大风发生站次的空间分布图（图2）可以看出，阜新地区雷暴大风的空间分布不均匀。最大值是新民镇，为25次;其次是阜新县和彰武县2个常规自动站，为9次。主要有2条雷暴大风带，一条是化石戈乡-王府镇-阜新县站-富荣镇;另一条是章古台镇-冯家镇-彰武县站-泡子镇。由于雷暴大风是雷雨云中强烈的下沉气流到达地面所形成的，西南部的雷暴大风带位于山地的迎风坡，冷空气入侵后导致下沉气流向南涌入，尤其是新民镇，正好位于海拔高度715.5m的海棠山的山脚下，因此雷暴大风的记录明显多于其他乡镇。同样道理，东北部的雷暴大风带位于地势平整的大青沟水库周围，午后强烈升温的地面与升温明显减慢的水面形成较大的温度，导致冷空气向北而形成了雷暴大风的另一个高值中心。

2.2 雷暴大风的天气学模型 根据对阜新地区2009—2017年产生的62个雷暴大风日当日08时或20时的天气系统进行统计，依据500hPa环流形势，配合对流层低层的特点，将雷暴大风天气形势划分为4个类型：高空冷涡型、高空冷槽型、西北气流型、副高西北部型。其中，西北气流型的次数最多，为26次，占雷暴大风总次数的41.9%;其次是高空冷槽型;副高西北部型的次数最少，为6次，只占雷暴大风总次数的9.7%。各个类型的雷暴大风次数及占雷暴大风总次数的百分比如表1所示。

2.2.1 高空冷涡型 500～850hPa高度场或风场上都有封闭低涡（图3a），700hPa以上配合有冷中心，对应的高空风切变一般表现为前倾结构，天气系统是蒙古冷涡或者东北冷涡。雷暴大风发生前08时或20时500hPa冷涡中心位于44～50°N，115～122°E，850hPa阜新地区上空为涡底暖舌或涡底槽前暖舌，并配合有西南急流。地面40～50°N，115～122°E内有蒙古气旋，对应有显著降压区。当500hPa冷槽叠加在850hPa弱暖脊之上，雷暴大风产生在冷涡的东南象限和地面辐合线附近。在这种类型影响下，当中高层700～500hPa有明显干舌时，会同时伴有冰雹;当湿层较深厚的时候，会同时伴有短时强降水。高空冷涡型多发生在6月份。

2.2.2 高空冷槽型 500hPa图上40～50°N，115～125°E范围内有东北-西南走向的高空槽（图3b），多数情况下伴随大的经向度低槽，并配合有冷温度槽，高空冷槽移动显著，由于上下锋区移速不一致，有时会出现前倾槽。850hPa阜新地区上空配合有槽前暖舌或西南气流，少数虽然没有明显槽区，但配合有切变线。地面40～47°N，115～123°E范围内有冷锋或44～45°N，115～122°E范围内有静止锋（或横切变）。当地面有冷锋、暖锋、静止锋、辐合线移入本区时，触发前方暖湿空气抬升，加剧了层结的不稳定性。雷暴大风产生在850hPa温度锋区附近，地面锋面特征比较清晰。高空冷平流一般由冷涡或深厚的冷槽引导，低空一般有暖湿的西南气流（或急流）配合，有时也可能有东南气流配合。在这种类型的影响下，强对流天气范围大、种类多，同时伴有短时强降水、冰雹等混合性对流天气。高空冷槽型6—8月份均有。

2.2.3 西北气流型 500hPa高空为高压脊前或冷涡后部西北气流控制（图3c），中低层925～700hPa阜新地区上空往往存在切变线和干线，同时配合有暖舌或西南气流。地面处于热低压或均压区，在其北侧一般有东西向弱冷锋或干线，雷暴大风发生前都有地面辐合线生成。雷暴大风主要出现在午后至上半夜冷空氣经过热低压或均压区的东南象限内。500hPa脊前或者涡后偏北风引导冷空气南下，中高层强烈干冷空气叠加在低层相对暖湿气流上，大气层结不稳定增大。在午后，地面温度升高，层结不稳定增强，不稳定能量增大，近地面层辐合线附近的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生对流，造成雷暴天气。雷暴大风产生在500hPa脊前或者涡后偏北气流和850hPa偏南气流的交叉处。这种天气类型大气的湿层较薄，降水量不大，有时局部地区伴有冰雹。此类型6—8月均有发生。

2.2.4 副高西北部型 副热带高压明显西伸北抬，西南气流明显加强，阜新处于582～588dagpm线的控制区域（图3d）。500hPa存在高空槽，700～925hPa均配合有低槽或者切变线。发生雷暴大风前08时或20时500hPa高空槽位于38～50°N，110～120°E的区域内，700～925hPa在阜新地区上空配合有槽前暖舌或西南气流，少数虽然没有明显槽区，但配合有切变线。地面阜新处于切变线或者辐合线的前部。前期副高控制，地面气温高，925～850hPa有暖脊，在副高边缘的低层西南气流的水汽输送形成湿舌，中高层700～500hPa有弱的变温，或者高空有温度槽移入副高边缘的低层暖脊上方，有时冷温度槽可以到达400～200hPa，这种配置有利于对流不稳定建立。雷暴大风发生前，大多地面有明显的辐合线，一般不会出现冰雹，雷暴大风就发生在辐合线附近。850～500hPa在副高边缘形成暖式切变线或副高边缘西南风急流的侧向辐合区，中低层大气暖湿，对流不稳定能量较高。在切变线南部偏南气流的辐合区或偏南风急流的左前方辐合区，上升运动增强，触发对流不稳定能量释放，产生强对流造成雷暴大风。在这种类型影响下，大气的湿层较厚，有时局部地区伴有短时强降水。此类型均发生在8月份。

2.3 雷暴大风的物理量参数特征 利用NECP再分析资料，对62个雷暴大风日进行研究，选取雷暴大风发生前最近6h内的08：00、14：00或20：00的物理量参数，分析代表大气温湿和动力特征的物理量参数特征。

雷暴大风天气一般发生槽后的冷平流区，高空多为偏西北气流，高空冷空气有前倾趋势。850～925hPa濕度条件差，温度露点差≥6℃，而700hPa则有温度露点差≤5℃湿冷空气南压，冷空气南下过程中沿湿绝热线逐渐下沉，在下沉过程中与周围环境的温度差越来越大，动力下沉作用及重力作用下到达地面形成雷暴高压向外扩散，产生雷暴大风天气。同时700hPa与500hPa温差≥16℃，850hPa与500hPa温差≥27℃，大气层结不稳定程度不高。由于夏季低层的湿度较大，温差小，不能代表大气中低层大气的不稳定性。500hPa有大于1度的负变温区，高空湿冷空气向下俯冲触发其前部的对流发展，产生雷暴大风天气。

假相当位温θse既与温度有关，又与湿度有关，反映了大气的温湿状况，它的垂直分布可以反映大气的对流不稳定性，对雷暴大风有较好的指示性。分析表明，产生雷暴大风的中低层大气θse随高度的增加而减小。850 与500hPaθse差不同的类型差异较大，副高西北部型最大≥10℃，说明850hPa附近大气暖湿，500hPa附近大气干冷，大气对流不稳定性非常强;高空冷槽型最小≥3℃，说明850和500hPa温湿条件差距较小，大气对流不稳定性较弱。

K指数是850～500hPa之间的露点温度之和，再减去700hPa的温度露点差。统计表明，产生雷暴大风时K指数≥31℃。夏季，中层大气暖湿，700hPa的温度露点差较小，K指数较大。

大气中的CAPE是大气位能能够转化为动能的最大值，值越大越有利于产生强对流。副高西北部型CAPE较高≥1700 J/kg，说明大气暖湿，有较高的对流不稳定能量储存;高空冷槽型CAPE相对较小≥800J/kg，对流不稳定能量储存较低。

CIN体现了阻止对流发生的能量的大小。统计表明，产生雷暴大风时CIN≤65J/kg。

垂直风切变在对流风暴的组织和发展中起重要作用。分析表明，700和850hPa垂直风切变≥1×10-3/s，850和925hPa垂直风切变≥2×10-3/s。夏季，大气不稳定能量较高，垂直风切变较小，热力因素起主导作用。

副高西北部型CAPE最大，垂直风切变较小，雷暴大风以热力因素为主，动力因素为辅;高空冷涡型垂直风切变最大，CAPE也较高，动力、热力因素都很重要;高空冷槽型垂直风切变较大，CAPE最小，以动力因素为主，热力因素为辅;西北气流型CAPE较大，垂直风切变最小，冷空气下沉造成的冲击力很重要。

3 结论与讨论

（1）阜新地区夏季雷暴大风的时间分布很不均匀。月变化特征显著，主要发生在6月，发生频率为48.4%;日变化规律也非常明显，主要集中在13：00—21：00时，发生频率为86.6%。阜新地区夏季雷暴大风的空间分布有很大的区域差异，高发中心有1个，在阜新县新民镇;次中心2个，分别在阜新县站和彰武县站。

（2）阜新地区夏季产生雷暴大风的天气系统按照500hPa环流形势归纳为4类，分别为高空冷涡型、高空冷槽型、西北气流型、副高西北部型。高空冷槽型和西北气流型是造成阜新地区夏季雷暴大风的主要天气型。由于不同天气类型的影响系统所处的位置不同，分别给出了雷暴大风影响系统的相应的概念模型。

（3）副高西北部型CAPE最大，垂直风切变较小，雷暴大风以热力因素为主，动力因素为辅;高空冷涡型垂直风切变最大，CAPE也较高，动力、热力因素都很重要;高空冷槽型垂直风切变较大，CAPE最小，以动力因素为主，热力因素为辅;西北气流型CAPE较大，垂直风切变最小，冷空气下沉造成的冲击力很重要。

（4）产生雷暴大风的大气中850～925hPa湿度条件差，而700hPa则有湿冷空气南压， 500hPa有大于1℃的负变温区，中低层大气θse随高度的增加而减小，K指数较大，CIN较小。

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（责编：张宏民）