淮安地区雷雨大风特征分析

陈翔+禹继华+安礼政+耿建武+夏网萍

摘 要：利用淮安地区6个国家气象观测站1986—2015年30年雷雨大风观测资料，结合天气实况和雷达回波图，对淮安地区雷雨大风时空分布特征、变化规律及其成因进行分析。结果表明：淮安地区年均雷雨大风3.9d，高发季节7～8月，高发时段16～20时，年均雷雨大风日呈先上升而后下降变化趋势，而且下降趋势更明显。统计表明：雷雨大风主要产生在低槽冷锋、高空冷涡、副高控制和台风倒槽4种天气系统中，低空有西南暖湿急流，中、高空干冷气流入侵，850hPa温度露点差处于≤-3℃的湿舌内。雷达回波特点是：回波多呈带状和弓状；有明显的风向、风速垂直切变；雷雨大风出现前，VIL值常常有明显减小趋势。

关键词：雷雨大风 天气类型 扰动 多普勒雷达 淮安

中图分类号：P466 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0114-06

Abstract： Use of huaian region 6 national meteorological observatory 30 years strong wind observation data in 1986-2015， combined with the actual weather and radar echo image， strong wind in huaian region space-time distribution characteristics， changing law and its reasons were analyzed. The results showed that the annual average thunderstorm winds 3.9d huaian region， peak season July and August， peak time of 16-20， annual average thunderstorm winds， showed a trend of rising and falling before change， and downward trend is more obvious. Statistics show that the thunderstorm winds mainly produced in low trough cold front， high-altitude cold eddy， subtropical high control and typhoon trough 4 kinds of weather system， has the southwest warm type low-air jet， medium and high altitude air dry and cold invasion， the 850 hpa temperature difference of dew point at -3℃ or less wet tongue. The characteristics of radar echo are： zonal and arched； It has obvious wind direction and vertical shear of wind speed； VIL values tend to decrease significantly before the thunderstorm.

Key Words： Thunderstorrn wind； Type of weather； The disturbance； Doppler radar；Huaian

雷雨大風（又叫对流性大风）是预报服务工作的重点。根据《全国短时、临近预报业务规定》定义：雷雨大风是指平均风力大于等于6级、阵风大于等于7级且伴有雷雨的天气。雷雨大风是夏季中是最常出现的一种灾害性强对流天气，由于雷雨大风天气具有明显中小尺度特征、突发性、局地性、破坏性等特点[1]，常常给工农业生产带来严重的灾害损失，并且雷雨大风还是气象预报工作的难点。近年来，许多气象工作开展了一系列，有针对性研究，提出了一些新观点[2-17]。李佰平[2]研究发现：“对于高阈值、小尺度特征的强对流事件，低判别标准的最小比例法、模糊逻辑法和多事件列联表等检验方法更有应用价值”。孙一昕[3]提出：强对流过程发生在中纬度气旋、反气旋和高空槽增强发展的背景下，地面气旋与反气旋之间的冷锋也在南移中逐渐增强，而中纬度系统与西南地区低压和副热带高压间构成的鞍形场在重庆北侧造成锋生，一方面使得冷锋西段增强，另一方面通过次级环流与中层急流正反馈相互作用，加剧重庆中低层辐合抬升运动，既降低了大气稳定度，又为对流的触发形成提供了有利条件。卢冰[4]研究表明：在大尺度湿性不稳定层结的环境场中，冷空气的入侵在山区地形配合下，在背风坡侧造成强烈的水平温度梯度和地面辐合线，利于强对流的发生。潘婧茹[5]对台风研究发现：台风倒槽东侧低空急流携带的暖湿气流与高空槽后冷空气叠加，冷暖空气交汇触发了不稳定能量释放，激发了大暴雨和雷雨大风出现。梁俊平[6]指出：对流层中低层相对深厚的暖湿层结及其以上的干层是盛夏西南气流形势下河南强对流天气预报值得关注的内容，CAPE、△θsc（850-500）、ΔT850-500、K指数、对流层中低层垂直风切变等对西南气流超级单体、飑线等强风暴的形成具有很好的指示意义。

淮安地区位于淮河流域下流，地处我国南北气候过渡带，河网密布，冷暖空气交汇频繁，雷雨大风天气频发。而地处黄淮的淮安地区又是一马平川，雷雨大风来得快、势头猛，破坏力大。每年因雷雨大风，设施大棚等被刮坏刮倒、湖面沉船死人时有发生。因些，总结淮安地区雷雨大风发生规律、研究其雷雨大风产生的天气形势和环流背景，分析其雷达回波特点，根据雷达回波进行临近订正预报，对提高淮安地区雷雨大风精细化预报水平和气象防灾减灾能力具有一定的理论和现实意义。endprint

1 资料及统计说明

本文选取了淮安地区6个国家观测站1986—2015年逐日地面观测资料中有关雷暴和大风的记录进行分析，总结出淮安地区雷雨大风天气特征。在资料统计时，90年代以前没有极大风速记录，故以10min最大平均风速大于等于10.8 m·s-1作为雷雨大风标准。由于地面气象观测资料以20时为界，有时上游国家气象观测站则观测到雷雨大风出现在20时前，到了下游国家气象观测站则出现在日界后，这种情况，视为一次雷雨大风天气过程。一次雷雨大风天气过程，如果有3个或以上国家气象观测站观测到雷雨大风天气，就视为淮安地区一个雷雨大风日，少于3个国家气象观测站出现雷雨大风天气，认为是局部雷雨大风，不参加统计分析。

2 雷雨大风的气候统计特征

2.1 雷雨大风的年际变化特征

1986—2015年30年共出现雷雨大风日数118d，年雷雨大风日数3.9d。最多年份出现在1988、2000、2005、2008年，均为7d。最少年份出现在2014年，全年仅1d，出现在5月23日。由图1年际变化来看，30年淮安地区年强雷暴日数呈M型波动变化，即1989—1996年、2002—2006年和2010—2014年是波动下降的，其余年份是波动上升的。但从二阶滑动平均趋势来看，总体呈先上升后下降，而且下降趋势更明显，这可能与城市进程加快，观测环境恶化有一定关联。张思超[18]也曾提出了类似观点：随着城市化程度不断加深，年平均风速趋于递减。

2.2 雷雨大风的月际变化特征

通过对淮安地区30年逐月月平均雷雨大风日数分析，月平均雷雨大风日数呈单峰型，雷雨大风集中出现在7～8月，占全年雷雨大风日数的48%，最大值出现在7月，有0.97d，其次是8月，为0.9d，5～6月为次少雷雨大风，占全年雷雨大风日数的32%。1～2月和12月无雷雨大风日。雷雨大风最早初日是3月4日，出现在2007年；最晚初日是7月18日，出现在1990年。雷雨大风初日出现在4、5月最多，皆为7年，其次是6月；出现在7月最少，仅2年。雷雨大风最早终日是5月23日，出现在2014年；最晚终日是11月4日，出现在2012年。雷雨大风终日出现在8月最多，为16年。

2.3 雷雨大风的日际变化特征及路径

根据对118个雷雨大风统计分析，在16～20时时段出现最多，为52个，占雷雨大风日数44%。在4～8时出现共15个，占雷雨大风日数13%。这与淮安境内拥有洪泽湖和白马湖有关。这是因为夜间由于湖泊四周陆地辐射大于湖面，形成水平温度差，在湖区四周形成湖陆风环流，加强低层扰动，触发不稳定能量发生，当高空冷空气经过湖面弱低压上空就触发了雷雨大风发生[9]。

对雷雨大风移动路径分析，从西北方向移过来的，为49个，占42%；西南和东北方向移过的都是33个；从东南方向过来的最少，仅3个。

3 雷雨大风的天气类型和回波特征分析

根据30年历史天气实况图对淮安地区雷雨大风天气形势分析，主要分为4种天气类型：低槽冷锋型、高空冷涡型、副高控制型和台风倒槽型（见表1）。

3.1 低槽冷锋型

低槽冷锋型是指地面天气图上，蒙古国到我国河套地区有较为强大的冷高压，从朝鲜经山东到河南有一东西向冷锋。同时500hPa高空图上，有明显的低压槽（见图2a），槽线位于110°～120°E，35°～50°N，中低空（700hPa、850hPa）也有低压槽。在冷涡后的西北气流中有一支风速≥24m·s-1的急流，中低空（700hPa、850hPa）也分别有16m·s-1、12m·s-1以上的急流和冷涡。淮安地区处于西南暖湿气流控制下，从地面到中高层湿度都比较大；700hPa槽前有一暖舌，雷雨大风前850hPa图上淮安地区均位于T-Td≤3℃湿舌内，6个国家氣象观测站前一日地面相对湿度平均值不低于65%，且前一天日平均气温高于常年同期2℃以上。地面冷锋在高空槽配合东移南下过程中，由于冷锋处于槽前正涡度区，槽后有干冷平流，随着强冷平流的南下，促使锋区加强东移南下。在锋区东移南下过程中，地面锋前附近低层有不断暖湿气流输送，由于锋前附近抬升作用，使大气层结不稳定加强，触发了雷雨大风天气的发生。槽线推动冷锋移动过程中，高、中、低槽线接近垂直，高空槽线移至鲁南时，甚至变成前倾槽。此时，相应冷锋移动速度明显加快，3h移动2个多纬距，从徐州到淮安仅需1～3h，而且回波移向与500hPa风向一致。这种回波除带来雷雨大风外，还伴有强烈降温，甚至出现倒春寒天气。当回波前方低压直径达到100km以上中尺度时，雷达回波有很强的正负速度辐合区，往往预示着有飑线过境。

这类雷雨大风回波呈带状，雷暴回波源地在山东和河南。触发机制是锋前的暖湿区拢动。最大回波强度可达到65dBz，回波强度在移动过程中基本是稳定少变，最大回波高度一般不超过12km。由于此时是春秋季，空气水汽少，在垂直积分液态水含水量图上，VIL值常常小于30kg/m2。例如2013年4月29日6时22分基本反射率图上回波强度淮安地区从未超过55dBz（见图3a1），VIL值一直维持在20kg/m2以下（见图3a2）。通过分析发现，回波移向与500hPa风向一致，这与作者[9]在研究洪泽湖强雷暴天气得出的结论相同。回波移到江苏徐州时，快速向南或东南方向移动，到达淮安一带时仅需1～3h。除带来雷雨大风外，还伴有强烈降温，甚至还有飑线出现。

由于这种天气类型出现在春、秋两季，强度大，但影响时间短。由于春、秋季中、低层水汽量相对不是非常充足，这类天气从未伴有过短时强降水出现，主要是伴有雷电、大风灾害天气。1986—2015年出现45个此天气系统中产生的雷雨大风天气，都只出现雷电和大风灾害天气，无暴雨或短时强降水出现。

3.2 高空冷涡型

500hPa高空图上，在105°～115°E，40°～50°N范围内有冷涡（见图2b），冷涡和槽线南伸到河南境内。中、低空也有冷涡和冷槽配合，高、中、低槽后分别有24m·s-1、16m·s-1、12m·s-1以上的急流。副高位于长江以南，588dagpm线在29°～31°N之间，副高北侧低层有12m·s-1以上西南急流带，源源不断地把水汽输送淮安地区。850hPa有个暖脊，整个淮安地区在暖脊控制下，而中、高空冷槽叠置在850hPa暖脊，造成“上冷下暖”的不稳定大气层结，地面有冷锋相配合。两支冷暖急流在淮安地区交汇，中低层垂直风切变加大和气流辐合加强。当冷涡旋转南下到山东时，这时常常出现冷锋从低压中心穿过，变成穿心锋。当冷涡南伸槽南摆影响到徐州一带时，淮安地区会出现雷雨大风天气。endprint

这种类型天气形成都发生在春末和夏季，由于西南气流源源不断补充，除出现强雷电和雷雨大风外，还有短时强降水、冰雹和龙卷，甚至会出现1h雨量在100以上大暴雨、特大暴雨灾害天气。

同样，雷达回波源地在河南或山东，回波多呈弓状、钩状，且回波强度比低槽冷锋型更强，有时可达到70dBz以上。回波高度更高，能达到18km及以上，回波垂直积分液态水含水量在60kg/m2以上。回波进入鲁苏交界后，移动速度明显加快，移速大于40km/h。作者[9]在分析2006年6月29日雷雨大风时发现：1.2km高度有12m·s-1西南急流带（见图3b1），近地层风速在8m·s-1及以下，20～21时（世界时）存在着由近地层西南风到2.4km转向西北风的垂直风切变。图3b2上，1.2km高度有也12m·s-1西南急流带，风向同样存在着从低层西南风到中层西北风的垂直切变。这种上干下冷暖湿的结构有利于能量充分存储以及强波稳定形成。

3.3 副高控制型

进入盛夏，副热带高压增强北抬，淮安地区受副高控制（见图2c），位于副高西北588dagpm线内侧，35°N以北有偏西气流波动，不断带来小股冷空气补充南下。在中低层（700 hPa、850hPa）32°～35°N之间有切变线或槽线。切变（槽）线南侧有明显暖舌和湿舌，850hPa上温度露點差都很小，多数在2℃以内。在副高控制下，淮安地区天气闷热潮湿，地面风力小，呈弱切变或气旋旋转。由于淮安境内多湖泊，上冷下暖，垂直上升运动强烈，源源不断地把水汽往上空输送，当能量积累到一定程度便出现雷雨大风天气。切变线附近辐合上升运动非常强，因此雷雨大风出现在切变线右侧。这种天气类型产生的雷雨大风多出现在午后到上半夜，持续时间短暂，多在1～3h之间，但强度大，范围小。一次过程中，淮安地区不超过4个国家观测站出现雷雨大风天气。如果切变线出现在暖舌内，垂直运动得不到发展，就不会产生雷雨大风天气。

雷雨大风源地多数在西部上游皖中或皖北，雷达回波向东北到东南方向移动，但移速较慢，每小时移动速度在20～30km，在移动过程，形体迅速壮大，发展尤为旺盛，由单体回波变成超强回波或多个单体回波渐渐连到一线。常出现“人”字型或“V”型缺口，最大回波强度都在65dBz以上，最大回波高度常超过15km。回波垂直积分液态水含水量值长时间维持在50kg·m-2以上，在大风天气出现10到20min前，在垂直积分液态水含水量图上，VIL值常常有明显减小趋势，减小幅度10～20kg·m-2，这也是雷雨大风出现的临界点。如2007年7月29日14时许雷达回波在安徽滁州境内生成后，缓慢向东北方向移动，移动过程中不断增强，到达淮安地区时渐渐和前方单体回波合并成强回波（见图3c1），发展旺盛，在回波南侧存在“V”型缺口。回波高度达到18.4km。18时12分VIL图上最大值为75kg/m2，18时29分降到59kg/m2（图3c2），不到20min下降了16kg/m2，18时38分起淮安地区3个国家观测站相继出现7级偏南大风；与王彦[11]研究天津雷暴大风产品结论吻合。

这种天气类型出现的雷雨大风中的雷暴，因热力抬升起了较大作用，故又称“热雷暴”。

3.4 台风倒槽型

受登陆台风影响，副热带高压后撤到125°E以东西太平洋上，500hPa高空图上，在100°～120°E，35°～50°N有浅槽（见图2d）。台风在浙江沿海登陆减弱后向西北移动，进入安徽南部，形成深厚台风倒槽。从低层到500hPa高空都有闭合的台风倒槽低压环流，并且一直伸展到苏北地区，淮安地区在倒槽控制区。当高空浅槽后面冷空气叠加到台风倒槽上空时，有利于上升运动，触发不稳定能量及潜热能释放。淮安地区只有处于台风外围的气旋区域里或台风倒槽中，才会出现强烈的乱流扰动，产生雷电活动，否则只有暴雨和大风天气。

台风倒槽雷达回波呈明显螺旋状，雷达回波强度不超过60dBz，回波垂直积分液态水含水量值在20kg/m2以下，甚至有时不到10kg/m2，但稳定少变。之所以产生强降水，主要是台风倒槽东侧低空东南水平急流源源不断地从海上输送大量水汽，是产生暴雨主要原因。当高空冷空气输送到倒槽上空，冷暖空气上下对流交汇，触发了不稳定能量释放，当回波顶高发展到12km以上时就会出现雷电。如2015年8月10日20时高空天气图，淮安地区处于台风“苏罗迪”倒槽内，高空从华北南下的冷空气已叠加倒槽上空。在淮安雷达回波图上，回波强度一直在60dBz以下（见图3d1），19时39分在可见淮安境内雷达回波顶高已突破12km（图3d2），此时洪泽国家站已观测到雷电活动和15.0m·s-1大风，之后不到半小时内又有4个国家观测站观测到雷电和大风。

4 结论

（1）淮安地区年均雷雨大风日数3.9d，最多年份7d，最少年份1d。从二阶滑动平均趋势来看，呈先上升而后下降变化的趋势，而且下降趋势更明显，这与城市进程加快，观测环境恶化有关。雷雨大风主要出现在7～8月，1～2月和12月无雷雨大风。雷雨大风初日出现在4、5月最多；终日出现在8月最多。雷雨大风主要出现时段是16～20时，为52个，占雷雨大风日数44%。在4～8时出现共15个，占雷雨大风日数13%。这与淮安境内拥有洪泽湖和白马湖，易在湖区四周形成湖陆风环流有关。

（2）淮安地区雷雨大风天气形势分为4种：①低槽冷锋型：高空（500hPa）影响系统为较明显低压槽，中低层（700 hPa、850hPa）也为低压槽，地面槽前有冷锋；②高空冷涡型：500hPa高空图上，副热带高压位为长江以南，华北或东北有一闭合低涡，并有冷中心配合，中低层（700hPa、850hPa）也有冷涡；③副高控制型：淮安地区受副高控制，位于副高西北588dagpm线内侧，35°N以北有偏西气流波动，不断带来小股冷空气补充南下。在中低层（700hPa、850hPa）32°～35°N之间有切变线或槽线；④台风倒槽型：副热带高压后撤到125°E以东西太平洋上，500hPa高空图上，在100°～120°E，35°～50°N有浅槽。从低层到500hPa高空都有闭合的台风倒槽低压环流，淮安地区处在倒槽中或气旋区内。endprint

（3）雷雨大风天气出现前，大气层结极不稳定，沙氏指数SI<-3℃，750hPa有槽线或切变线，且槽前或切变线南侧有暖舌，使槽线或切变线冷暖平流明显，淮安地区处于850hPa温度露点差（T-Td）≤-3℃的湿舌内，低空有西南暖湿急流，中、高空干冷气流入侵，水汽在淮安地区辐合上升，触发了强对流天气发生，出现了雷雨大风。

（4）雷雨大风回波多呈带状和弓状，有明显的垂直风向、风速切变，雷雨大风出现前10～20min，VIL值常常有明显减小趋势。上述特征对雷雨大风临近预报有一定指示意义；低槽冷锋型和高空冷涡型回波沿500hPa风的方向移动。在台风倒槽中，高空冷空气要叠加在倒槽上空，才能触发不稳定能量及潜热能释放，使上下层对流活跃，当回波顶高突破了12Km时，此时就出现雷电活动。

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