巴彦浩特一次强雷暴天气成因分析

宝乐尔 殷宁潞 邱丽华 陈昱之

阿拉善盟气象局

内蒙古阿拉善盟为内陆高原， 地处亚洲大陆腹地，远离海洋；巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠横贯全盟，常年干旱少雨，风沙偏多；常见的灾害性天气为大风、沙尘暴，而因贺兰山地形原因，其周边地区的雷暴、 短时强降水造成的自然灾害不能小觑。本文利用常规气象资料、区域自动站资料、卫星云图结合雷达回波结构的诊断分析对巴彦浩特及贺兰山周边地区一次强雷暴天气进行了研究，力求能认识雷暴天气的特点、成因及演变规律，更好地保证预报服务工作。

一、天气实况

巴彦浩特位于东经105°29′30″～105°59′3″， 北纬38°59′30″---38°40′1″，东临贺兰山（迎风坡），西靠腾格里沙漠边缘，受地形和局地热力环流的作用，夏季午后至傍晚常有对流云（浓积云、积雨云）发展和雷暴天气出现。

2015 年7 月巴彦浩特及周边地区共出现10 次雷电天气。 其中7 月21 日全盟大部地区出现分布不均的阵雨， 巴彦浩特及贺兰山山区出现强雷暴天气，并伴有强阵雨和大风。 巴彦浩特12：48 开始出现雷暴， 主要分为两个时间段：12：48～14：55 和17：40～18：30。 第一阶段巴彦浩特降水量为4.2 毫米，主要表现为干雷暴。 15：00～17：00 降水停止，降水量只有0.1 毫米。

17：40 左右受强对流云团的影响， 巴彦浩特上空电闪雷鸣， 出现强阵雨，40 分钟降水量达9 毫米左右，贺兰山山区南寺、北寺、樊家营子均出现短时强降水，巴彦浩特市区大面积积水，因正处于下班高峰期，交通严重堵塞，对人们的出行造成了极大的不便。

二、环流形势分析

7 月20 日08 时500hPa 欧亚范围内中高纬度为两脊一槽，贝加尔湖至新疆为东北-西南向高压脊，中心值为586gpm，其前部为宽广的冷性低压槽区，阿盟处于槽底部西北、偏西气流控制之下，588gpm 线位于我国东部沿海地区。20 日20 时高压脊强烈向东北方向发展，中心值增强至588gpm。极地冷空气沿脊前偏北气流南下至阿拉善盟以北地区 （100E～110E，42N～48N）形成低涡，配合冷中心强度为-12℃。21 日08 时低涡维持少动，中心强度有所减弱，冷中心强度变为-10℃（图略）。 21 日20 时低涡强度进一步减弱（冷中心强度为-8℃）南压至阿拉善盟北部，其分裂南压冷空气影响阿拉善盟大部地区（图略）。

700hPa 环流形势与500hPa 基本一致，21 日08～20 时低涡旋转东移南下影响阿拉善盟地区，20 时冷涡底部低槽位于阿左旗地区（图略）。 值得关注的是20 日20 时～21 日08 时700 hPa、850 hPa 阿左旗、阿右旗大部地区受暖脊控制， 而500hPa 是处于冷槽控制之下。

海平面气压场上，21 日08 时冷锋位于蒙古国中部至阿拉善盟、 蒙古国交界处 （101E～110E，42N～45N），冷高压中心值为1015hPa。阿右旗、阿左旗大部地区受地面倒槽控制（图略）。 17 时冷高压中心减弱至1010hPa，冷空气扩散南下，已分析不出明显锋面，但地面图上可以找到强偏北风的前沿线。随着冷空气的南压，倒槽主体南退，阿左旗南部至鄂尔多斯地区出现中尺度低压，强雷暴及强降水正是出现在冷暖空气的交汇处（图略）。

上述分析表明， 地面倒槽、850 hPa 及700 hPa暖区配合500 hPa 冷区形成“高冷低暖”的高低层配置，有利于不稳定层结与对流天气的发生发展；而扩散南下冷空气的入侵为强雷暴天气的产生提供了有利的触发机制[4]。

三、地面气象要素变化特征

从地面气象要素演变来看 （图略），21 日08～12时气温逐时上升，当日最高值出现在12 时（28.2℃），并08～12 时巴彦浩特上空云量为0 成，结合云图分析（图略），周边地区也无明显云系，可看出此时段是晴热天气，有利于下垫面加热。 第一阶段雷暴发生过程中（12：40～14：55），相对湿度、海平面气压、风速等气象要素均有略升，但升幅非常小，基本是维持状态。综上可判断第一阶段雷暴为受地形和热力作用影响的热雷暴。

第二阶段雷暴发生过程中（17：40～18：20），风速、气压、相对湿度均出现了一个快速上升的过程，海平面气压17：00 至18：00 升幅达到6hPa， 相对湿度从38%上升至67%。 风力猛增，17 时阿左旗机场出现了6 级大风。 气温则急剧下降， 迅速从25.0℃下降至18.6℃，说明有较强冷空气入侵，剧烈的冷暖空气交汇造成第二阶段雷暴[4]。

四、水汽条件分析

本次过程中高空并没有建立明显的偏南风水汽通道，但贺兰山及巴彦浩特一带近地面层由于倒槽的存在，有暖湿气流的输送。 从比湿剖面图看，6g/kg 以上比湿尽集中在700hpa 以下，没有形成较厚的湿层。所以阿拉善盟大部以微量降水为主，只有贺兰山及巴彦浩特地区出现了强对流引起的强降水，且强降水时间段非常短。

五、大气层结稳定度分析

不稳定层结是形成对流性天气的基本条件之一。通常情况下，利用T-Lnp 图与SI 指数、K 指数、强天气危险指数（SWEAT）相结合，以判断大气层结的稳定度，SI＞0， 表示稳定；SI＜0， 表示不稳定，SI 负值越大，表示层结越不稳定。 K 指数越大，越不稳定，据统计分析，当K≥30℃，易出现雷阵雨天气。 且雷暴出现前SWEAT 指数多在150 以上。

表2 是银川站（因巴彦浩特无探空观测站，故选取离巴彦浩特最近的银川站）20～21 日各时次物理量参数统计表。可看出，从20 日08 时～21 日08 时大气一直处于不稳定层结状态，且为增强的趋势，尤其是21 日08，K 指数32℃，SI 指数-2.03℃，SWEAT 指数甚至达到了200。21 日20 时当雷暴天气结束以后，各指数变化来看，大气层结趋于稳定[3]。

表1 2015 年7 月20～21 日各时次物理量参数统计表

21 日08 时T-Lnp 图可以看出(图略)，对流层低层大气层结非常稳定，地面至850hPa 存在逆温层。由于中午前后地表增温较快，加之逆温层的存在抑制了热量和水汽在垂直方向上的输送和扩散，使低层变得更暖，高层相对干冷，不稳定能量得以大量积累[2]。

用21 日11 时温度、 露点实况数据对T-Lnp 图进行订正后，银川市CAPE 值从525J/千克增至908J/千克（图略）。 同时，21 日巴彦浩特地面为偏东风、偏南风控制，处于热倒槽控制中，气温高，气压低，使近地面增温增湿，由于地表辐射加热，使低层大气变暖变湿，增强了不稳定能量的聚集；21 日下午，随着干冷空气的入侵，触发不稳定能量，产生雷暴和强阵雨。

六、雷达回波特征

从图4 可以看出，7 月21 日12：48 巴彦浩特及贺兰山一带有块状对流回波生成发展，属积云性降水回波，巴彦浩特上空回波强度在40～45dBZ（图4a）。在偏西气流引导作用下，回波向东移动，受到贺兰山地形作用强度加强，并与贺兰山山区回波相连形成带状回波， 其上不断有新生单体生成合并，13：35 阿左旗机场到巴彦浩特之间形成强回波单体， 中心强度55～60 dBZ（图4b）。当天也是造成了巴音浩特上空短时冰雹天气。 从12：48～14：55 回波演变情况分析，巴彦浩特周边不断有新生单体生成并在东移过程中得到增强，相互合并形成带状回波向东向南移去，这也是第一阶段雷暴持续近2 个小时的原因。

15：33 分巴彦浩特西边60～90KM 范围有一近南北向回波区， 有若干个强回波中心， 中心强度45～50dBZ，属层状云、积状云混合型降水回波，从速度图分析在相应位置有一条辐合区，可以判断该混合型降水回波有很好的组织性，不像第一阶段回波，是分散的块状回波（图4c）。 随着回波区向东向南移动，强度不断增强，16：50 巴彦浩特西边20～40KM 处形成强度在55～60 dBZ 的钩状回波， 速度图上也可以找到旋转速度在10 米/秒左右的涡旋， 因没有体扫数据，该处无法确认是否为中气旋（图略）。 2°、4°仰角平扫图上，强回波后侧均有V 形缺口（图略）。 垂直剖面图上可看出55～60 dBZ 伸展至6KM，存在低层弱回波区，中层悬垂回波，回波顶位于低层弱回波区之上。 速度图上，体现出低层辐合，高层辐散（图4d）。 综上看，此处可能出现冰雹等灾害性天气。 随后60 dBZ 的强回波维持少动，17：22 演变为近东西向的带状回波 （图4e）。 17：46 分带状回波东移南压至巴彦浩特上空，强度减弱至50～55dBZ（图4f）。 巴彦浩特及周边地区开始出现伴有强阵雨，阵风的强雷暴天气[1]。 对比两个阶段雷暴天气，可看出，第一阶段属于积云性降水回波， 其特点为分散的块状， 结构密实， 强度一般在45dBZ 以上，造成的天气往往是干雷暴，降水量小。第二阶段雷暴属于层状云、积云混合型降水回波，其特点为组织性强，强度一般在50dBZ 以上，存在"V"型缺口，弱回波区及悬垂回波，造成的天气为伴有强阵雨、大风的强雷暴。

图4 雷达回波图

六、结论

1. 本次雷暴分为两个阶段，第一阶段雷暴是由热力作用与地形作用造成，降水量很小，主要表现为干雷暴，持续时间较长。第二阶段雷暴是由扩散南下冷空气触发， 伴有强阵雨、 阵风， 局部地区有短时强降水。其强度要比第一阶段雷暴强，但持续时间较短。

2. 500 hPa 冷槽与地面倒槽、850 hPa、700 hPa 暖区形成"高冷低暖"的高低层配置，增加了大气层结不稳定度， 而扩散南下冷空气的触发作用，导致不稳定能量得以释放，产生了强雷暴天气。

3. 第一阶段雷暴发生过程中，相对湿度、海平面气压、风速等气象要素变化幅度较小， 基本是维持状态。而第二阶段雷暴发生前后，气象要素和大气层结指数发生了明显的变化， 很好地反应了冷暖空气及地面形势场的变化特征。

4.雷达回波可以更直观地显示影响系统发生、发展变化的特征。当出现有利于雷阵雨天气发生的环流形势时， 值班预报员应结合卫星云图，密切注意雷达回波演变特征，准确判断和把握影响系统的移向移速、强对流天气的发生发展动态等，有助于提高气象预报服务保障水平。

[1]王在文,郑永光,刘还珠,等.蒙古冷涡影响下的北京降雹天气特征分析[J].高原气象,2010,29(3)：763-777.

[2]黄海波,米永胜,郑永光.乌鲁木齐国际机场一次强雷暴天气分析[J].气象,2006,32(7)：58-63.

[3]纪晓玲,刘庆军,刘建军,沈阳.一次蒙古冷涡影响下宁夏强对流天气分析[J].干旱气象,2005,23(1)：26-31.[4]仝淑梅,晓玲,穆建华,胡斌,聂晶鑫,陈晓娟.银川河东机场一次冷锋雷暴天气探测分析[J].宁夏大学学报（自然科学版）,2009,30(2)：170-173.