南京雷暴天气异常的环流背景分析

庆涛 夏斌 汪笑

摘要    使用南京站地面和高空观测资料及NCEP/NCAR再分析资料，对南京地区2000—2012年的雷暴天气特征进行了分析。南京全年和夏季雷暴日数分别呈现准5年和2～3年周期变化，年平均雷暴日数为30.6 d，其中夏季雷暴日数最多，平均为22.4 d，占全年总雷暴日数的73.1%，春季雷暴次之，平均为5.2 d，秋季和冬季最少，仅为2.2 d和0.8 d;南京雷暴天气的周期变化与环流异常密切相关，500 hPa高度上，北方低槽加深，夏季副热带高压系统西伸北抬，700 hPa和850 hPa环流调整导致中低层湿度增加;天气尺度垂直上升运动的强度是造成雷暴强度偏强、短时强降水和瞬时大风等灾害天气更加剧烈的重要原因。

关键词    雷暴天气;变化特征;环流背景;异常分析;江苏南京

中图分类号    P458        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）23-0173-04                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    By using surface and upper air data from Nanjing observation station and NCAR/NCEP reanalysis data，characteristics of thunderstorms in Nanjing during 2000-2012 were analyzed. The annual and summer thunderstorm days in Nanjing showed quasi-5 years and quasi-2～3 years cycle variations，respectively. Average number of annual thunderstorm days was 30.6 days，and about 73.1% of thunderstorm occured in summer and the average number of thunderstorm days was 22.4 days. The average numbers in spring，autumn and winter when thunderstorm occurs less were 5.2、2.2、0.8 days，respectively.Cycle variations of Nanjing thunderstorm were closely related to circulation anomalies，north trough deepening and subtropical high developing during summer in 500hPa and humidity increasing in lower 700hPa and 850hPa levels. The intensity of vertical upward motion of synoptic-scale may caused severe thunderstorms with larger daily precipitation and extreme strong wind.

Key words    thunderstorm;variation characteristic;circulation background;anomalies analysis;Nanjing Jiangsu

雷暴天氣是一类重要的对流性天气，雷暴泛指深厚的湿对流[1]，狭义上是指伴有雷电的深厚湿对流[2]。雷暴天气因具有局地性强、生命周期短、造成灾害可能性大等特点，广受国内外学者关注。做好对流天气预报对提升防灾减灾能力、保障国民经济建设具有重要意义[3-7]。陈思蓉等[8]研究表明，长江流域、华南、华北、东北、云南、新疆西部等区域存在雷暴空间异常。甘庆辉等[9]通过观测资料分析，指出贝加尔湖高脊、北方槽、副热带高压等环流形势场是造成雷暴日数异常的重要原因。

本文将在前人研究的基础上，结合实际业务对南京地区雷暴天气异常环流背景进行分析，并总结其造成雷暴天气异常的原因。

1    资料和方法

本研究所使用的资料包括2000—2012年南京站（58238）地面、高空观测数据和NCEP/NCAR再分析资料。地面、高空观测为单站数据，其中地面观测数据的时间间隔为1 h，高空观测数据间隔为12 h，每天2次，分别为8：00和20：00。NCEP/NCAR再分析资料为月平均格点数据，水平分辨率为2.5°×2.5°，垂直为17层。

由于地面观测业务调整，自2012年4月1日起调整夜间（20：00至次日8：00）天气现象连续观测为4次正点（20：00、23：00、2：00、5：00）观测，即夜间不守班;并且于2014年1月1日起简化了天气现象的观测与记录，取消雷暴、龙卷等13种天气现象的观测与记录。为了保证观测资料的一致性，特别是天气现象的连续性，选定2000—2012年为研究时段。

2    雷暴特征分析

图1为2000—2012年南京雷暴日数逐年变化曲线。由图1（a）可以发现，2000—2012年年平均雷暴日数为30.6 d。2001年、2008年雷暴日数最少，分别仅为22 d和24 d;2003年、2007年、2010年的雷暴日数最多，分别达到了38、34、38 d。根据拟合分析，2000—2012年，年雷暴日数呈现出准5年周期变化特征，分别在2004年和2011年前后达到峰值。

分析各季节雷暴日数的分布发现，雷暴主要发生在夏季，夏季雷暴占全年总雷暴日数73.1%，平均雷暴日数22.4 d。春季雷暴发生日数次于夏季，年均雷暴日数5.2 d，占全年的17.1%。秋季和冬季雷暴相对较少，分别仅占全年的7.3%和2.5%，见图1（b）（c）（d）。

由各季节雷暴日数的分布可以发现，2005年前，春季雷暴呈逐年增加趋势，2005年后，春季雷暴逐年减少，其中春季雷暴日数在2004年前后达到峰值相应地造成了年雷暴日数增多。夏季和秋季雷暴日数存在明显的年际变化特征，夏季雷暴日数呈现2～3年的变化周期特征，在2006年前后，夏季雷暴日数达到峰值;秋季雷暴2002—2008年呈下降趋势，在2008年后雷暴表现为上升趋势。

图2为2000—2012年全年和各季节雷暴日数的距平分布，全年和夏季雷暴日数分别呈现准5年和2～3年周期变化特征。春季和秋季雷暴日数分别在2004年和2008年前后达到峰值。此结论与前文分析一致。

3    环流背景分析

环流背景是造成天气气候异常的直接原因[9]。中高层环流形势、天气尺度垂直运动以及低层水汽输送等环流背景是造成雷暴天气存在异常的重要原因，通过采用合成分析方法对上述形势场进行详细分析可以揭示其对雷暴天气的影响。

图3为500 hPa平均位势高度和雷暴日数正负距平年份位势高度差值的分布。从图3（a）可以看出，年平均500 hPa位势高度场较平直，在雷暴日数正距平年份，我国东北及朝鲜半岛北部附近的低槽加深，有利于北方冷空气南下。春季500 hPa高度上，欧亚大陆呈一槽一脊分布，低槽位于我国东北及朝鲜半岛北部，低槽强度较年平均强度加强，高空脊位于新疆北部，在雷暴日数正距平年份，东北及朝鲜半岛北部附近的低槽强度加强，新疆北部的高空脊强度减弱，低纬度地区高压位置较负距平年份偏南，见图3（a）（b）。夏季500 hPa高度上，我国东北及朝鲜半岛北部附近的低槽西退，整体退至贝加尔湖北部，位于低纬度地区的副热带高压系统西伸北抬，副热带高压的西伸北抬有利于热带地区的暖湿气流向北输送，暖湿空气与南下冷空气交汇为雷暴发展提供了有利条件，在雷暴日数正距平年份，贝加尔湖北部的低槽加深，更加有利于北方冷空气南下影响，见图3（c）。由图3（d）可知，秋季500 hPa高度环流再次调整，低槽东移至我国东部沿海，新疆北部受高空脊控制，低纬度地区的副热带高压系统东退南落，在雷暴日数正距平年份，我国东部沿海的低槽西退加深，新疆北部的高空脊强度加强，这样的形势更加利于北方冷空气南下与南方暖湿气流汇合，为雷暴天气的发生提供有利条件。

综上所述，在雷暴日数正距平年份，500 hPa位势高度场的环流形势表现为北方低槽较负距平年份加深，夏季副热带高压系统西伸北抬，如此形势有利于北方冷空气南下与南方暖湿气流结合，为雷暴天气的发展提供了有利条件。

图4所示为全年及各季节700 hPa和850 hPa平均风场和雷暴日数正负距平年份相对湿度差值。从年平均风场看，长三角地区700 hPa低纬度地区为西南风，中高纬度地区为东北风，低纬度地区西南风将水汽由孟加拉湾地区向长三角地区输送，而中高纬度地区西北风将北方冷空气向南输送，见图4（a）;850 hPa为偏南风，偏南风将南海地区的水汽输送至长三角地区，见图4（b）。

春季中低层平均风场与低层年平均风场相似，由图4（c）可知，700 hPa低纬度地区为西南风，中高纬度地区为东北风，低纬度地区西南风将水汽由孟加拉湾地区向长三角地区输送，中高纬度地区西北风将北方冷空气向南输送;由图4（d）可看出，850 hPa为偏南风，风速较年平均更强。夏季东亚季风暴发，700 hPa和850 hPa偏南风加大，将孟加拉湾和南海地区的水汽源源不断地向长三角地区输送，见图4（e）（f）。秋季中低层风场再次调整，700 hPa偏南风减弱，长三角地区受偏西风控制，见图4（g）;850 hPa则转受东北风控制，见图4（h）。

分析雷暴日数正负距平年份中低层相对湿度差值发现，除夏季相对湿度无明显变化外，其余各季节在雷暴日数正距平年份，长三角地区中低层相对湿度均有明显增加的趋势。

综上所述，夏季雷暴日数偏多的原因在于东亚季风暴发，中低层偏南气流将低纬度地区水汽输送至长三角地区。对于春、秋季而言，在雷暴日数正距平年份，中低层环流调整导致湿度增大对雷暴日数增多起着重要的作用。

图5为南京地区全年及各季节平均以及雷暴日数正负距平年份平均垂直速度分布，从图中可以发现，除夏季雷暴日整层均为上升运动外，其余各季节均只在对流层低层表现为上升运动。

对比雷暴日数正负距平年份的垂直速度发现，春、夏季，在雷暴日数正距平年份的上升运动较负距平年份偏强，见图5（b）（c）;而秋季正负距平年份的上升运动大小相当，说明天气尺度垂直上升运动的强度是影响雷暴天气的关键因素，见图5（d）。这一差异则再次验证了前文所述春、夏季（特别是4月和6—8月）雷暴强度较强，伴随的短时强降水和瞬时大风天气也更加剧烈的结论。

4    结论

（1）南京全年和夏季雷暴日数分别呈现出准5年和2～3年周期变化，每年雷暴日平均为30.6 d，其中夏季雷暴日最多，平均为22.4 d，占全年总雷暴日数的73.1%;春季雷暴次之，平均为5.2 d;秋季和冬季最少，仅为2.2 d和0.8 d。

（2）南京地区雷暴天气异常与中高层环流形势、天气尺度垂直运动以及低层水汽输送密切相关。主要表现为：500 hPa高度上，在雷暴日數正距平年份，北方低槽加深，夏季副热带高压系统西伸北抬，有利于北方冷空气南下与南方暖湿气流结合，为雷暴天气的发展提供了有利的条件;700 hPa和850 hPa环流调整导致中低层湿度较负距平年份增大，为雷暴天气发展提供了水汽条件，并有利于不稳定层结的出现;天气尺度垂直上升运动的强度则是造成雷暴强度偏强、短时强降水和瞬时大风等灾害天气更加剧烈的重要原因[10]。

5    参考文献

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[2] 俞小鼎，周小刚，王秀明.雷暴与强对流临近天气预报技术进展[J].气象学报，2012，70（3）：311-337.

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[10] 马金福.湖州市雷暴活动特征分析[J].浙江气象，2010，31（3）：10-13.