李京梅，周 琴，李姝彬，李昌玉，胡德奎

青海省西宁市气象局，青海西宁 810016

西宁市位于青藏高原东北部，地处青海省东部农业区，是青海粮食的主产区之一，每年夏季都会出现不同程度的雷雨大风天气。夏季为农作物生长关键期，雷雨大风往往会造成农作物倒伏、减产，并可能毁坏地面设施和建筑，给当地经济和人民的生命财产安全带来严重损失。高原夏季强对流天气主要包括短时强降水、冰雹、雷暴大风三类强对流天气现象。针对短时强降水、冰雹的研究相对较多，如谢启玉等[1]对西宁市冰雹天气短时临近预报指标进行研究；苏永玲等[2]对高空冷涡和副高背景下青海冰雹特征进行了对比分析；管琴等[3]研究了探空资料GSI同化在青海短时强降水中应用，但关于雷雨大风的相关研究较少。

雷雨大风作为有利的大尺度环流背景条件下中小尺度天气系统强烈发展的产物，具有突发性、局地性、致灾性强的特点，是气象预报工作中必须关注的研究方向。本文在前期预报经验的基础上，对多个雷雨大风个例进行系统分析，更全面地认识和把握高原雷雨大风特性，以期为雷雨大风预报提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料

本文选取西宁地区4个国家级气象站（西宁、大通、湟源、湟中）2019—2020年常规地面观测资料、高空观测资料、西宁新一代多普勒天气雷达产品为研究对象。个例选择中利用来自青海省气象台综合业务平台的区域站1 h资料、西宁灾情资料等为筛选依据。

1.2 方法

根据《青海省短时临近预报业务规定》相关内容，定义平均风力大于等于6级、阵风大于等于8级且伴有雷暴的天气为雷雨大风天气。本文中当一日出现2个以上站次的雷雨大风天气时，记为一个雷雨大风个例。利用统计分析方法对西宁地区雷雨大风进行时空分布、探空物理量诊断分析。利用天气分析方法对雷雨大风天气形势进行分型。

2 雷暴大风的时空分布

2.1 空间分布

以西宁地区国家观测站、区域气象站极大风速资料、雷达产品、灾情为准综合提取雷暴大风，2019—2020年西宁共计出现雷雨大风天气99站次，达到10次以上的有3站，分别是：西宁站18次、湟中甘河滩镇坡东村14次、城西火西村11次。分析发现，出现次数超过5次的站，基本分布在西宁东部东西走向的河湟谷地附近，海拔在2 400~2 650 m。

对河谷附近的站点（西宁市区所有站点和湟中区甘河滩站）大风出现时次与其海拔进行对比分析（图1），发现大风出现时次与海拔呈显著正相关，相关系数0.49，通过0.10的显著性检验，说明河谷地带站点随海拔的增加雷雨大风的出现次数显著增加。

图1 河谷地带大风出现时次与测站海拔关系图

2.2 时间分布

2.2.1 月分布特征分析统计的21次的雷雨大风天气过程，得到西宁雷雨大风分布的月变化特征。从图2可以看出，雷雨大风出现的主要月份是6—8月，其中7月份出现次数最多，8月次之，6月更少，9月极少出现，这与西宁地区的夏季各月平均气温变化一致，这说明夏季热力条件与雷雨大风的产生有密切的联系。

图2 西宁雷雨大风月分布特征

2.2.2 日分布特征对提取的21个个例中的99站次雷雨大风进行日变化的统计分析，发现西宁地区的雷雨大风存在明显的日变化，15:00开始次数增加，17:00达到最大，16:00~19:00是雷雨大风出现的高峰时段（图3）。

图3 西宁地区雷雨大风出现次数的日变化

3 天气形势分型

王江山等[4]将青海省冰雹天气高空形势分为蒙古低槽型、西北气流小槽型和西北气流冷温槽型。此研究结果较早，但在业务中很有实用参考价值，是青海东部强对流预报最重要的参考依据之一。由于不同种类的强对流天气通常有着大体相似的发生发展机理，且气象前辈们研究的分型具有极高的凝练性、普适性，此处仍主体沿用，特殊形势予以补充。

对2019—2020年的5—9月筛选出的西宁市21个雷雨大风天气个例进行天气形势分型，除蒙古低槽型、西北气流小槽型和西北气流冷温槽型，还增加了蒙古低槽Ⅱ型，该形势欧亚上空为两脊一槽型，在西西伯利亚及我国东北至日本分别为高压脊，蒙古地区为一宽广深厚的低压槽，青海省处于蒙古低槽底部，不断有分裂的小槽和冷平流南下。

对雷雨大风天气500 hPa环流形势特点进行分析统计，发现21个个例中，蒙古低槽型有8个，占个例总数的38%；西北气流小槽型有5个，占个例总数的24%；蒙古低槽Ⅱ型和西北气流冷温槽型各有4个，分别占个例总数的19%。

4 探空物理量诊断分析

对雷雨大风天气形势进行分类后发现，雷雨大风与冰雹天气形势接近，之所以相同的环流形势下出现不同类型的强对流天气的主要原因是热力、动力、水汽等条件的强度不同。基于上述原因，尝试在雷雨大风天气区分是否伴有冰雹的前提下，筛选敏感物理量。

通常大气层结不稳定、水汽及抬升触发机制是强对流天气发生的必要条件，雷雨大风天气也不例外。根据实况资料分析探空资料统计2种雷雨大风天气物理要素，采用计算物理量的离散度的方法进行指标筛选和阈值划分。选取出以下较好的指标。

4.1 热力对流参数

雷雨大风个例的3个热力对流参数中（图4），LI指数离散度最大，SI指数分布最为集中，Δθse次之，故首先排除LI指数作为雷雨大风的指标因子。SI指数可以用来定性地判断对流层中层是否存在热力不稳定层结，通常认为SI指数＜0，表示层结不稳定，负值越大，气层越不稳定，但从此次个例分析的结果可以发现，21个个例中，SI指数＜0的仅有9个，多数个例在0以上，但都比较小，将未分类雷暴大风第75百分位数定为阈值，即SI指数≤1.78℃，西宁地区则出现雷暴大风的可能性很大，另外从3个中位数大小也可看出伴有冰雹的雷暴大风对SI指数的要求更高。

2.2 两组患者的血清hs-CRP、LVEF、FS比较 恶性组患者的LVEF、FS低于非恶性组（P＜0.05），恶性组的血清hs-CRP水平高于非恶性组（P＜0.05）。见表2。

图4 西宁雷雨大风热力参数对应箱须图

高、低空假相当位温差值可以作为大气条件性静力稳定度的判据，预报中预报员经常用850 hPa与500 hPa等压面上的假相当位温差来表征这种层结稳定度，而由于西宁地处高原，海拔在2 000 m以上，故选取700 hPa与500 hPa等压面上的假相当位温差来表征这种层结稳定度（Δθse），通常当Δθse＞0，表示有高悬的低θse叠加在低层高θse上的结构，气层不稳定。通过分析将未分类雷暴大风Δθse第25百分位数定为阈值，即Δθse≥2.21℃，西宁地区则出现雷暴大风的可能性很大。

4.2 能量参数

能量参数中，湿对流有效位能（CAPE）、下沉对流有效未能（DCAPE）、对流抑制能量（CIN）的指示性意义较好。CAPE和CIN都是具有非常明确物理意义的热力不稳定参量，DCAPE则是预报雷雨大风强度的重要热力学参数之一。

通过分析雷雨大风过程DCAPE、CIN的分布，发现二者的差异很大，有时其数值很小也能发生雷雨大风天气，特别是CIN，21次过程中有8次为0，分布无明显规律。因此，二者出现时虽能表明有出现雷雨大风的可能性，却不适合作为雷雨大风天气的预报指标。

CAPE表示自由对流高度与平衡高度之间，气块由正浮力做功而将势能转化为动能的“能量”大小，因此，CAPE值越大，对流发展的高度就越高，或者说对流就越强烈[5]。将未分类雷暴大风第25百分位数定为阈值，即CAPE≥462.4 J/kg，西宁地区出现雷暴大风的可能性较大，另外从第25百分位值大小也可看出伴有冰雹的雷暴大风对CAPE的要求更高（图5）。

图5 西宁湿对流有效位能对应箱须图

4.3 特殊层高度

从特殊高度层参数看，通常预报中关注的抬升凝结高度（LCL）、自由对流高度（LFC）都具有指示性意义。未饱和湿空气上升达到饱和的高度为抬升凝结高度LCL，它可以近似作为层云云底高度，但对对流发生指示意义不强。LFC则是气块温度与环境温度之差由负值转为正值的高度，是判断对流现象是否容易发生的一个重要参数，当LFC用气压值表示时，气压值越大，自由对流高度越低，越有利于对流的发生。通过分析发现，不分类、伴有冰雹和未伴冰雹的雷雨大风个例的自由对流高度中位数分别 为569.6、563.85、581.85 hPa，第25百分位值分别为633.7、609.6、714.8 hPa，第75百分位值分别为533.2、532.45、546.8 hPa。将伴冰雹的雷暴大风第75百分位数定为阈值，即LFC≥532.45 hPa，西宁地区出现雷暴大风的可能性较大（图6）。

图6 西宁自由对流高度对应箱须图

4.4 垂直风切变

垂直风切变矢量大小和方向的变化极大影响着对流风暴的组织、结构和演变，强的垂直风切变可以增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层冷空气外流，从而形成雷暴大风。从垂直风切变的风向看，发生雷暴大风时低层、高层均以偏西、偏北风居多，偏东偏南风较少。

分析0~3 km垂直风切变（shr3）分布发现，不分类、伴有冰雹和未伴冰雹的雷雨大风个例的shr3值中位数分别为9.45、9.95、8.45 m/s，第25百分位值分别为7.85、8.85、6.7 m/s，第75百分位值分别为12.5、12.45、13 m/s。

根据垂直风切变对风暴的组织和发展的作用[5]，垂直风切变越大，越有利于对流的组织和发展。将shr3未伴冰雹雷暴大风第25百分位数和shr6未分类雷暴大风第25百分位数定为阈值，即shr3≥6.7 m/s、shr6≥11.75 m/s（图7）。

图7 西宁垂直风切变矢量差对应箱须图

5 小结

（1）西宁地区出现次数超过5次的站，基本分布在东部东西走向的河湟谷地附近，海拔在2 400~2 650 m，河谷地带站点随海拔的增加雷雨大风的出现次数显著增加。

（2）雷雨大风出现的主要月份是6—8月，其中7月份出现次数最多，8月次之，6月更少，9月极少出现；雷雨大风出现存在明显的日变化，15:00开始次数增加，17:00达到最大，16:00~19:00是雷雨大风出现的高峰时段。

（3）对雷雨大风天气500 hPa环流形势特点进行分析统计，发现21个个例中，蒙古低槽型有8个，占个例总数的38%；西北气流小槽型有5个，占个例总数的24%；蒙古低槽Ⅱ型和西北气流冷温槽型各有4个，分别占个例总数的19%。

（4）采用计算物理量的离散度的方法进行指标筛选和阈值划分。选取SI指 数 ≤1.78℃、Δθse≥2.21℃、CAPE≥462.4 J/kg、LFC≥532.45 hPa、shr3≥6.7 m/s、shr6≥11.75 m/s作为雷雨大风出现的指标阈值。