廊坊市雷暴日特征分析

摘要 本文首先通过分析廊坊市辖区内9个气象观测站的雷暴历史资料，得出雷暴日统计特征；其次通过分析廊坊市雷暴日环流形势及配置特征，对廊坊市雷暴日高度场、温度场和海平面气压场进行环流分型；再次是通过对廊坊市周边3个站的探空资料进行分析，得出雷暴发生日8：00 TlogP图各个物理量的差异。从而揭示廊坊市雷暴日环流特征和各个物理量的指向性，总结雷暴发生前气象规律，为廊坊市雷暴灾害的预报和服务提供参考。

关键词 雷暴；特征分析；河北廊坊

中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）04-0192-08

Abstract Through analysis on thunderstorm history data from 9 weather observation stations in Langfang City，the statistical characteristics of thunderstorm days were concluded. The thunderstorm day′s circumfluence types of height field，temperature field，sea level pressure field were conducted by analyzing the circumfluence situation and configuration characteristics of thunderstorm days in Langfang City. The radiosonde data of 3 nearby stations were analyzed to educe differences of physics quantities of TlogP chart on 8：00 of thunderstorm days. The circumfluence characteristic and the directionality of physics quantities in thunderstorm days were revealed，weather law before thunderstorm was summarized，so as to provide references for forecast service of thunderstorm disaster in Langfang City.

Key words thunderstorm；characteristic analysis；Langfang Hebei

1 雷暴日的y计特征

1.1 雷暴的定义

雷暴是发展旺盛的强对流现象，是伴有强风骤雨、雷鸣闪电的积雨云系统的统称[1]。雷暴这种强对流天气过程是一种严重灾害性天气，与其他灾害天气相比，它具有时间的瞬时性、季节性和频繁性，空间分布的广泛性、分散性和局地性等特点[2]。

1.2 资料与方法

分析所用资料为廊坊辖区三河市、大厂县、香河县、廊坊市区、固安县、永清县、霸州市、文安县、大城县9个气象观测站的观测资料，考虑各站建站时间不一致，加之2014年起气象部门取消雷暴观测，故采用1964―2013年50年各站共有观测资料进行对比分析，其中永清县1996―1997年观测数据缺测。

通过对9个站50年雷暴观测数据梳理汇总，统计各站月、季、年雷暴出现天数和出现时间，揭示雷暴变化情况，总结雷暴发生规律。

1.3 时空分布特征

1.3.1 廊坊市各站雷暴初终日。数据统计结果表明，廊坊市雷暴最早初日出现时间为3月12日，出现年份为2013年，同时出现在文安站和大城站，最晚终日出现时间各站均为11月9日，出现年份为1982年、2004年以及2009年。具体见表1。

1.3.2 雷暴日的月、季、年统计特征。资料统计结果显示：廊坊市年平均雷暴日30.5 d，雷暴日最多年份是1967年（43.8 d），其次是1990年（42.6 d）、1986年（40.4 d）；雷暴日最少年份是1981年（18.7 d），其次是2010年（19.0 d）、1997年（20.0 d）。具体见图1。

雷暴在一年四季中均可出现，以第三季度（7―9月）出现次数为最多，平均为18.5 d，占全年雷暴日数的60%；其次是第二季度（4―6月）平均为11.2 d，占全年雷暴日数的37%；第四季度（10―12月）出现0.7 d，占全年雷暴日数的2%；第一季度（1―3月）最少，出现0.1 d，见图2。

廊坊市雷暴日以7月出现为最多，平均为9 d，占全年雷暴日数的30%；其次是6月，7.1 d，占全年雷暴日数的23%；8月6.5 d，占全年雷暴日数的21.3%；1月、2月、12月无雷暴出现，具体月分布见图3。

1.3.3 地理分布特征。廊坊市各县市行政区划是一个南北向的狭长区域，通常分为南部（包括大城、文安、霸州）、中部（包括永清、固安、廊坊）、北部（包括香河、大厂、三河）3个区域。

近50年廊坊市各气象站年平均雷暴日数基本在26 d以上（表2），除香河、文安、大城低于30 d外，其余站点年平均雷暴日数均在30 d以上，其中北部、中部年平均雷暴日数均在31 d以上，南部仅为28.4 d，这表明廊坊市雷暴天气具有区域性的变化特征，这一统计特征说明廊坊市中北部的雷暴日数明显多于南部的文安和大城[3]。50年中各站年最少次数为12 d（1998年），出现在大城站，年最多次数为54 d（1967年），出现在固安站。

1.3.4 年代际变化特征。廊坊市雷暴日数随年代变化呈小幅波动下降的趋势，这符合陈思蓉等[4]报道的雷暴年际变化特征。且北、中、南3个区域内历年雷暴天数的峰谷规律和变化趋势基本一致（剔除永清1996年和1997年缺测因素）（图4、5、6）。

2 雷暴天气的环流形势及配置特征

2.1 资料与方法

利用1999―2013年MICAPS气象资料和廊坊市气象台发明的25点相关系数法（利用ECMWF粗网格资料，廊坊市周边110°～120°E，32.5°～42.5°N范围内25个格点，将高空环流分为7种，地面环流分为8种，检索历史资料找到相似环流形势）对逐日500、700、850 hPa高度、温度场和海平面气压场进行环流分型，得到槽前西南气流、低涡、高压脊内、横槽、脊前西北气流、平直西风环流、陡强脊前偏北气流等7种高空环流形势场；得到冷槽、冷槽后部、冷槽前部、冷中心、南高北低、暖脊、暖脊前部、暖中心8种温度场配置；得到鞍形场、变性高压、倒槽、低压、高压底部、高压后部、高压前部、回流8种地面环流形势场。

2.2 雷暴的大气环流形势特征

通过统计分析，得到廊坊市雷暴发生日当天8：00地面环流形势场资料共有715次，各地面环流类型下雷暴发生的比例如图7所示。可见，当廊坊市地面为高压底部、高压后部、低压和回流形势控制时，发生的雷暴日占雷暴总日数的比例较高，均≥12%，在鞍形场控制下发生雷暴的比例最小，仅占3%。

在上述8类地面环流形势控制下，对应500 hPa环流场分型（图8）为平直西风环流型、脊前西北气流型、槽前西南气流型3类时，当天发生雷暴的可能性较大，3个类型总的统计概率均在88.8%～100.0%，与卓 鸿等[5]不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析500 hPa形势分型相一致；若同时700 hPa环流场为平直西风环流、槽前西南气流型、脊前西北气流型时，当天发生雷暴的统计概率为68.6%～94.4%。此外，在8类地面环流形势控制下，当500 hPa温度场分型（图9）为南高北低型、冷槽前部型、暖脊型3类时，当天发生雷暴的可能性较大，3个类型总的统计概率为89.7%～100.0%。

2.3 雷暴的高、低空环流形势配置特征

雷暴天气发生时，其海平面气压场和500、700、850 hPa各层高度场、温度场的高、低空配置比较复杂，配置类型可达200余种，为了便于业务应用和参考，以海平面气压场和500 hPa高空环流形势配置为代表进行分析和归纳。结合雷暴发生时地面的8类环流形势场，分别统计出了雷暴日8：00地面环流形势场与高空500、700、850 hPa高度场、温度场的高、低空配置，为雷暴预报提供参考依据和思路。

表3列出了地面为高压底部控制下，廊坊市上空500、700、850 hPa高度场和温度场的配置类型，可以看出，雷暴发生时以地面为高压底部和500 hPa平直西风环流的配置最常见，出现此类配置总次数为30次，占17.6%；以地面为高压底部和500 hPa槽前西南气流高度场下的配置次之，出现此类配置总次数为17次，占10%；以地面为高压底部和500 hPa脊前西北气流高度场下的配置列第3位，出现此类配置总次数为12次，占7.1%。

此外，地面高压底部与500、700、850 hPa均为槽前西南气流场结合500、700、850 hPa均为冷槽前部温度场的高低空配置较多见，出现6次；地面高压底部与500 hPa平直西风环流高度场、700 hPa和850 hPa为槽前西南气流高度场结合500、700、850 hPa均为南高北低温度场的高低空配置次之，出现5次；地面高压底部与500hPa和700 hPa为平直西风环流高度场、850 hPa为槽前西南气流结合500 hPa南高北低温度场、700hPa和850 hPa为暖脊温度场的高低空配置列第3位，出现4次。

表4列出了地面为高压后部的形势与廊坊上空500、700、850 hPa高度场和温度场的配置类型，其中以地面为高压后部和500 hPa槽前西南气流的高、低空配置最常见，出现此类配置总次数为25次，占17.2%；以地面为高压后部和500 hPa平直西风环流的配置次之，出现此类配置总次数为21次，占14.5%；以地面为高压后部和500 hPa脊前西北气流的配置列第3位，出现此类配置总次数为2次，占1.4%。

此外，地面高压后部与500 hPa平直西风环流、700 hPa和850 hPa均为槽前西南气流结合500、700、850 hPa均为暖脊温度场的高低空配置为最多，共出现5次。

表5列出了地面为低压的形势与廊坊上空500、700、850 hPa的高度场和温度场的主要配置类型，以地面为低压和500 hPa为槽前西南气流的配置最常见，出现此类配置总次数为16次，占14.5%；以地面榈脱购500 hPa平直西风环流的配置次之，出现此类配置总次数为11次，占10%；以地面为低压和500 hPa脊前西北气流高度场下的配置列第3位，出现此类配置总次数为2次，占1.8%。

从表5可以看出，地面为低压控制与500、700 hPa为平直西风环流、850 hPa为槽前西南气流结合500 hPa和700 hPa为南高北低温度场、850 hPa为暖脊的高低空配置最多，共出现4次。

表6列出了廊坊市地面为回流形势控制时与上空500、700、850 hPa的高度场和温度场的主要配置类型，以地面为回流形势和500 hPa平直西风环流的配置最常见，出现此类配置总次数为7次，占8.1%。从表6可以看出，地面回流与500 hPa和700 hPa为平直西风环流、850 hPa为槽前西南气流结合500、700、850 hPa均为南高北低温度场的高低空配置最多，共出现3次。

表7列出了廊坊市地面为高压前部控制时与上空500、700、850 hPa的高度场和温度场的主要配置类型，其中以地面为高压前部和500 hPa槽前西南气流的配置最常见，出现此类配置总次数为10次，占13.2%；以地面为高压前部和500 hPa平直西风环流高度场下的配置次之，出现此类配置总次数为7次，占9.2%；以地面为高压前部和500 hPa脊前西北气流高度场下的配置列第3位，出现此类配置总次数为3次，占3.9%。

从表7可以看出，地面高压前部与500、700、850 hPa均为槽前西南气流结合500、700、850 hPa均为冷槽前部的高低空配置最多，共出现3次；同时地面高压前部与500、700、850 hPa均为槽前西南气流结合500、850 hPa为冷槽前部温度场、700 hPa南高北低温度场也出现3次，地面高压前部与500 hPa为平直西风环流、700 hPa和850 hPa均为脊前西北气流高度场结合500 hPa和700 hPa为南高北低温度场、850 hPa为冷槽前部温度场的高低空配置也出现3次，地面高压前部与500、700、850 hPa均为脊前西北气流高度场结合500 hPa和700 hPa为南高北低温度场、850 hPa为暖脊温度场的高低空配置也是出现3次。

表8列出了廊坊市地面为变性高压控制时与上空500、700、850 hPa高度场和温度场的主要配置类型，其中以地面为变性形高压控制和500 hPa平直西风环流的配置最常见，出现此类配置总次数为6次，占10%。从表8可以看出，地面变性高压控制与500、700、850 hPa均为槽前西南气流高度场结合500、700、850 hPa均为冷槽前部温度场的高低空配置最多，共出现3次。

表9列出了廊坊市地面为倒槽形势控制下与廊坊市上空500、700、850 hPa高度场和温度场的主要配置类型，其中以地面为倒槽和500 hPa槽前西南气流的配置常见，出现此类配置总次数为8次，占16%。从表9中可以看出，地面倒槽与500 hPa平直西风环流、700 hPa和850 hPa均为槽前西南气流结合500 hPa和850 hPa为南高北低温度场、700 hPa为暖脊控制的高低空配置最多，共出现3次。

表10列出了廊坊市地面为鞍型场形势控制下与廊坊上空500、700、850 hPa高度场和温度场的主要配置类型，可以看出，地面鞍型场与500、700、850 hPa均为槽前西南气流结合500 hPa和700 hPa为南高北低温度场形势以及850 hPa为冷槽前部的高低空配置较常见，共出现2次，同时地面鞍型场与500 hPa平直西风环流、700 hPa和850 hPa均为槽前西南气流结合500 hPa和700 hPa为南高北低、850 hPa为暖脊的高低空配置也出现了2次。

3 雷暴日TlogP指标分析

3.1 资料与方法

指标分析所用资料为张家口站（54401）、北京站（54511）、邢台站（53798）3个站的探空资料。通过分析3个站2004―2013年共10年中雷暴发生日8：00 TlogP图的A指数、K指数、SI指数、CAPE、W_cape、LFC_p、LI共7个描述不稳定条件的因子[6]预报意义，得出廊坊市雷暴发生日8：00各物理量的预报指示意义。

3.2 指标分析

3.2.1 A指数。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，A指数各478个数据，统计汇总情况见表11。A指数为850 hPa与500 hPa温度差减去850、700、500 hPa 3层的温度露点差之和。3个站A指数最大值均超过20，最小值为-70左右。统计得出：A指数在-20～20之间时，A指数占比张家口站>邢台站>北京站，分别为89.5%、84.7%、78.2%；A指数在-10～20之间时，A指数占比也是张家口站>邢台站>北京站，分别为80.8%、72.2%、68.0%。

3.2.2 K指数。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，张家口站、邢台站K指数各478个数据，北京站477个数据，统计汇总情况见表12。

K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700，第1项为850 hPa与500 hPa温度差，代表温度递减率，第2项为850 hPa露点，表示低层水汽条件，第3项为700 hPa温度露点差，反映中层饱和程度和湿层厚度。K指数是反映中低层稳定度和湿度条件的综合指标。3个站K指数最大值均超过40，最小值在-41～-25之间。统计得出：3个站K≥0的占比均超过94%，K≥20占比张家口站>邢台站>北京站，分别为81.0%、79.7%、79.7%。

3.2.3 SI指数。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，SI指数各478个数据，统计汇总情况见表13。SI=T500-T′，SI是指小空气块由850 hPa干绝热地上升到抬升凝结高度，然后再按窬热线上升到500 hPa，在500 hPa上的大气实际温度（T500）与上升气块到达500 hPa温度（T′）的差值。如果气块温度T′小于环境温度T500，则SI>0表示气层较稳定；反之，SI

3个站SI指数最大值在15～23之间，最小值为-7左右。统计得出：3个站SI≥0的占比均超过60%，SI邢台站>北京站，分别为92.3%、89.1%、87.4%。

3.2.4 CAPE。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，张家口站CAPE 266个数据，北京站CAPE 374个数据，邢台站CAPE 375个数据，统计汇总情况见表14。

CAPE在TlogP图中表示由层结曲线和状态曲线相交的正面积区，体现了不稳定能量的大小。值越大，越不稳定。

3个站中张家口站CAPE最大值超过1 900，而北京站、邢台站最大值均在3 400以上。3个站CAPE最小值均在1以下。统计得出：3个站CAPE≥50占比邢台站>北京站>张家口站，分别为74.9%、66.8%、55.6%；CAPE≥900占比也是邢台站>北京站>张家口站，分别为20.3%、16.6%、4.1%。

3.2.5 W_cape。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，张家口站W_cape 266个数据，北京站W_cape 374个数据，邢台站W_cape375个数据，统计汇总情况见表15。

W_cape在TlogP图中表示气块的最大上升速度。

3个站中，张家口站W_cape最大值在60以上，而北京站、邢台站最大值均在80以上。3个站W_cape最小值均在1以下。统计得出：3个站W_cape>5占比邢台站>北京站>张家口站，分别为87.5%、79.4%、71.4%，而3个站W_cape>10占比也是邢台站>北京站>张家口站，分别为74.9%、66.8%、55.6%。

3.2.6 LFC_p指数。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，张家口站LFC_p指数267个数据，北京站LFC_p指数374个数据，邢台站LFC_p指数375个数据，统计汇总情况见表16。

LFC_P指数在TlogP图中表示自由对流高度。即气块由稳定状态转入不稳定状态的高度，就是说在此高度以上，大气不稳定。

3个站LFC_p指数最大值均为1 000左右，最小值均在400左右。统计得出：3个站LFC_p>500占比邢台站=北京站>张家口站，分别为98.7%、98.7%、97.0%，而3个站LFC_p>850占比是北京站>邢台站>张家口站，分别为46.8%、38.4%、37.1%。

3.2.7 LI指数。3个站2004―2013年共10年TlogP图中，LFC_p指数各478个数据，统计汇总情况见表17。

LI抬升指数即气块沿湿绝热线上升到500 hPa处所具有的温度减去该处实际大气温度得到的差值，是一种表示自由对流高度以上不稳定能量大小的指数。

3个站LI指数最大值在20～25之间，最小值在-10～-5之间。统计得出：3个站LI指数在-3～12之间时，3个站占比张家口站>北京站>邢台站，分别为92.3%、81.0%、80.5%。

3.3 3个站TlogP图指数综合分析

统计汇总表11～17，得出廊坊市雷暴发生日8：00，张家口、北京、邢台3个站TlogP图的A指数、K指数、SI指数、CAPE、W_cape、LFC_p、LI共7个指数的指向性规律，用于指导雷暴的预报工作：A指数在-20～20之间时，张家口站优于邢台站、北京站；K指数≥20时，张家口、邢台、北京3个站K指数性能接近，张家口略优；SI指数统计数据指向性与其定义相左，需要进一步研究；CAPE在≥900时，邢台站优于北京站、张家口站；W_cape>5时，邢台站优于北京站、张家口站；LFC_p指数>500时，邢台、北京、张家口3个站性能接近，邢台略优，而当LFC_p>850时，北京站优于邢台站、张家口站；LI指数在-3～12之间时，张家口站优于北京站、邢台站。

4 结论

（1）廊坊市雷暴在一年四季中均可出F，第三季度出现次数最多，第四季度最少，地理分布上中北部明显多于南部。

（2）利用廊坊市气象台发明的25点相关系数法得出的500 hPa环流场分型为平直西风环流型、脊前西北气流型、槽前西南气流型3类时，当天发生雷暴的可能性较大；500 hPa温度场分型为南高北低型、暖脊型、冷槽前部型3类时，当天发生雷暴的可能性较大。但雷暴日高、低空环流配置十分复杂，需要做深层次研究。

（3）廊坊市周边3个探空站TlogP图A指数、K指数、SI

指数、CAPE、W_cape、LFC_p、LI等7个指数对廊坊市雷暴天气预报意义各有优劣，需在实际工作中进一步总结其规律性。

在天气概念模型判别基础上，再进行雷暴物理量诊断判别，能起到进一步消空作用，降低空报率，提高预报准备率，本文未涉及，可以参照秦春明[7]环渤海地区雷暴中短期预报方法研究做进一步分析。

5 参考文献

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