內蒙古一次強雷暴天氣過程分析及雷電防護對策

楊振華

摘要：本文選擇地面觀測資料、NCEP再分析資料、臺站觀測資料等對2019年7月27日出現在內蒙古的一次強雷暴天氣過程進行分析，并給出了相關雷電防護對策。結果表明：在貝加爾湖低壓中心與蒙古高原高空槽向東移動的共同作用下，內蒙古上空有冷暖空氣交匯，引發了強雷暴天氣過程；在強雷暴天氣還沒有出現之前，內蒙古的不穩定參數比閾值要高，說明有大量不穩定能量積聚；大氣上層干冷下層暖濕的形勢，促進了強雷暴天氣的出現；而低空輻合、高層輻散的配置，再加上強雷上升運動，為雷暴天氣的出現提供了動力條件。氣象部門應分別從加大雷電災害知識宣傳、消除防雷安全隱患、強化落實防雷減災責任等方面，將雷電防護工作做好。

關鍵詞：強雷暴天氣；環流形勢；物理量場；雷電防護

隨著全球氣候變暖現象不斷加劇，我國極端災害性天氣事件頻繁出現，而作為極端災害性天氣中的一種，雷暴天氣出現時往往伴隨著強降水、大風、冰雹、下擊暴流等嚴重災害性天氣，同時還有強烈的閃電現象。通常情況下，閃電主要包括云閃和云地閃，尤以地閃對人類的危害更大，可導致人畜傷亡、引發森林和建筑物火災、油庫和化工廠爆炸事故，還會導致電力和通信設備中斷，對電子和微電子設備的干擾較大，嚴重的情況下會損毀設備，威脅著國民經濟發展和人民生命財產安全。雷電災害是“國際減災十年”委員會公布的最嚴重十種自然災害之一，并被國際電工委員會稱之為“電子化時代的一大公害”。根據不完全統計，我國每年因雷電災害造成的直接經濟損失高達50億—100億元人民幣，而人員傷亡達到3 000—4 000人左右，對社會的影響較大。

近年來，因雷暴及其帶來的強對流天氣具有較強的破壞性和突發性特征，一直是國內外研究的熱點問題。隨著觀測技術和預報精細化水平的增強，對雷暴天氣的研究不斷深入。如，Doswell[1]指出雷暴天氣出現時需要水汽、不穩定層結、抬升機制的互相配合，并提出了“配料法”，這就是預報雷暴天氣的基本方法；張引[2]得出了在良好的天氣系統配合下，有充沛的水汽輸送，較強的不穩定能量以及觸發機制，從而使得這次雷雨過程能夠較長時間的維持。楊杰堯[3]通過對2014年南京市一次強雷暴天氣過程進行分析，得出了雷暴發生前南京數日持續高溫累積了大量不穩定能量是先決條件，冷空氣南下觸發不穩定能量的釋放是觸發機制；劉維等[4]指出了2019年5月24日海南北部夜間雷暴天氣過程發生在高層輻散，低層輻合的環流形勢下，大氣層結不穩定，大尺度抬升條件好，地面溫度上升引起的海陸風效應，觸發了此次夜間雷暴的發生發展；呂勝輝等[5]得出了雷雨天氣發生時有不穩定層結、源源不斷的水汽供應和上升運動維持；風廓線雷達探測的低層下沉速度強度變化基本同降水強度有很好的對應關系；方俏嫻等[6]得出了大氣電場變化曲線和時頻譜特征可以反映雷暴的生成、發展和消亡過程，電場變化率、頻域能量及雷達回波大值區與地閃爆發時段有很好的對應關系。

由于內蒙古自治區地形復雜、地域遼闊，是雷暴活動及雷電災害頻繁出現的省份之一，且雷暴天氣呈現出多發、頻發態勢，以往對內蒙古雷暴天氣的研究主要在雷暴天氣時空分布特征方面的研究，對雷暴天氣過程的分析相對較少。因此，本文選擇地面觀測資料、NCEP再分析資料、臺站觀測資料等對2019年7月27日出現在內蒙古的一次強雷暴天氣過程進行分析，并給出了雷電防護對策，以及雷暴天氣預報提供基礎，為防災減災工作的開展提供參考借鑒。

1? ? 環流形勢

通過分析2019年7月26日不同高度處的環流場時（圖1），在20時500 hPa處，亞歐大陸中高緯度地區呈現出“三槽兩脊”的環流形勢，而在西西伯利亞到里海一帶、蒙古高原以及東北部沿海地區分別是三個槽所在位置；而在貝加爾湖西南方向則是低壓中心所在區域，此時低壓的中心強度達到了564 dagpm，說明該低壓中心與蒙古高原高空槽的共同作用引發了強雷暴天氣過程。隨著時間的推移，在西風帶的作用下槽脊與低壓中心不斷向東轉移；到了7月27日08時，低壓槽從蒙古高原一帶不斷朝著內蒙古中西部地區移動，而槽前西南氣流幾乎控制內蒙古大部分地區。另外，因內蒙古上空位于上層西北干冷氣流與下層西南暖濕氣流交匯處，對于強對流天氣的發生發展提供了有利條件。

2? ? 物理量場分析

2.1 不穩定層結

根據相關研究結果表明，內蒙古強對流天氣出現過程中，對應的K指數閾值在30 ℃左右。在27日08時，內蒙古境內的K指數達到了35 ℃左右，說明大氣層結較不穩定，且到了當天14時，隨著時間的變化，K指數超過了45 ℃，增加幅度較為明顯，該數值要比閾值高出很多，說明大氣層結極不穩定，對于強雷暴天氣的發生發展提供了有利條件。

在27日08時，內蒙古大部分地區的對流有效位能在150～300 J/kg之間，說明有較弱的不穩定能量存在；到了當天14時，對流有效位能不斷增加，此時的對流有效位能數值在1 050～1 350 J/kg之間，比當地強對流天氣出現的閾值還要高出很多，大氣層結的不穩定能量積聚的較多，由于能量積累的較多，促進了強對流天氣的發生發展。除此之外，500 hPa處的大氣環境溫度與地面抬升到500 hPa氣塊的溫度之差稱之為抬升指數，若是該指數為負值，說明氣塊的不穩定性較強，負值越大說明氣塊對應的不穩定能量就越大，對流性天氣出現概率較高。在27日08時，內蒙古地區的抬升指數位于-2～-1 ℃之間，比當地強對流天氣出現的閾值要低，且在內蒙古西部地區是抬升指數低值區，且在時間變化過程中，抬升指數的低值區向東轉移的趨勢較為明顯，到了14時，抬升指數位于-4～-5 ℃之間，對于強對流天氣的出現有促進作用。

2.2 水汽條件

結合7月27日14時比濕垂直剖面圖（圖2），在強雷暴天氣還沒有出現之前，大氣層結以上干下濕的不穩定形勢為主，到了14時，近地面處的比濕數值增大到了16 g/kg，相較于08時增加幅度為2 g/kg，大氣垂直方向上有不斷增加的濕度梯度值，也就說明上干下濕的不穩定形勢有一定加強趨勢。通過分析呼和浩特市單站14時的溫度-對數壓力情況沒在650 hPa高度以下，隨著高度的增加，風向呈現出順時針旋轉變化，說明暖平流較為明顯；在500 hPa中高空處以上，隨著高度的增加風向呈現出順時針旋轉，說明高層有冷平流存在，隨著冷空氣的入侵會使大氣層結的不穩定性加劇。另外，在650～700 hPa高空處，大氣溫度幾乎接近露點溫度，也就是趨于飽和狀態，說明該層有較好的濕度條件，在650 hPa高度以上，大氣溫度距離露點溫度線越來越遠，此時的空氣相對濕度不斷下降，說明大氣中的上層干冷下層暖濕的垂直分布特征較為明顯，且聚集有大量的不穩定能量，對于強對流天氣的發生發展提供了有利條件。

在500 hPa高度處，內蒙古西部地區的水汽通量高值區在西南氣流的作用下向內蒙古境內不斷輸送水汽，且隨著時間的變化，風向以偏西風為主；27日14時，內蒙古500 hPa高空處的水汽通量數值在6～10 g·s-1·hPa-1·cm-1。在850 hPa低空處，此時內蒙古主要以南風和西南風為主，在流場的作用下，來自河套平原東部黃河流域的水汽不斷朝著內蒙古境內輸送，使得當地水汽通量在10～14 g·s-1·hPa-1·cm-1之間，再加上風速強度較大，為雷暴天氣的發生發展提供了較為充足的水汽條件。

2.3 動力條件

結合7月27日14時垂直速度與垂直剖面圖（圖3），在強雷暴天氣出現前后，內蒙古境內的垂直上升運動區極為深厚，在600 hPa高度處附近存在上升速度中心，此時的中心速度數值為-2.5×10-3 hPa-1·s-1，有抬升運動較為強烈，促進了內蒙古境內強雷暴天氣的出現。另外，結合散度垂直剖面圖，內蒙古境內600 hPa上空處的散度數值在0～8×10-5 s-1，主要表現為散度輻散區；在600 hPa高度以下，主要表現為散度輻合區，此時的中心強度值為-16×10-5 s-1，而在850 hPa高度處附近存在輻合大值中心。這種低層輻合、高層輻散的結構配置，再加上較為強烈的上升運動，為強雷暴天氣的發生發展提供了有利的動力條件。

3? ? 雷電防護對策

3.1 加大雷電災害知識宣傳

對于內蒙古各級氣象主管部門來說，應嚴抓各區域典型的雷電災害事例，并借助于電視、手機短信、網絡、報紙、微信、微博、QQ、拉橫幅、張貼宣傳畫等方式在內蒙古加大防雷減災知識宣傳工作，不斷提升社會大眾的防雷減災意識，同時還要將人民群眾對防雷避險方法進行熟練掌握作為防雷宣傳重點。為了爭取各界及各級政府部門對防雷減災工作的支持度，需要氣象部門向當地政府和部門積極匯報和宣傳，確保全區防雷減災工作持續穩定開展。

3.2 消除防雷安全隱患

①結合內蒙古雷暴發生發展規律及對當地各個行業的影響特點，氣象部門加強與當地政府部門的溝通協作，以共同制定符合全區的雷電防護方案，加大資金投入力度，在全區內構建起完善的防雷減災監測網，確保面向全區不同行業的雷暴天氣預報工作順利開展；②加強部門聯合，各級氣象部門應與當地城建、水利、林業、國土等部門之間的溝通交流，并成立起聯合檢查組開展防雷安全檢查相關工作。針對拒不配合防雷檢查、檢測及新建建筑物雷電防護裝置設計審核、竣工驗收或存在安全隱患拒不進行整改或者是從事防雷工程設計、施工中沒有相關資質，應嚴格按照法規要求，對相關責任人追究責任；③做好內蒙古雷電災害調查工作，以對全區防雷形式進行全面分析，為制定雷電防護對策提供參考依據；針對危險行業建設項目，如化工場所、易燃易爆場所及人員密集場所、大型建設工程等對應項目，需要將雷電災害風險評估工作做好；同時還要將內蒙古專項防雷安全檢查工作做好，及時排除雷擊隱患，確保防雷整改工作盡快落到實處。

3.3 強化落實防雷減災責任

①為了將內蒙古雷電災害防御工作規劃做好，需要氣象部門嚴格履行自身的職能職責。在審核新建、改建和擴建項目雷電防護裝置時，應分段監督管理雷電防護裝置檢測和竣工驗收工作，從源頭將防雷設計和施工關口把控好；同時還要定期對雷電防護裝置進行檢測，并勒令責任人在限定期限內對不符合規范或存在安全隱患的雷電防護裝置進行整改；嚴格查處違反防雷減災法律法規的行為，可借助于媒體曝光典型案例；②由于防雷減災是一項系統性工程，需要花費較長時間，為了確保內蒙古防雷工作的順利實施，需要結合當地實際，使用科學有效的方法制定出切實可行的防雷工作制度，如災情收集、調查、評估制度等。③為盡快落實防雷安全管理責任制，應始終堅持“預防為主，防治結合”的方針政策，盡減少防雷安全隱患。

4? ? 結論

（1）在貝加爾湖低壓中心與蒙古高原高空槽向東移動的共同作用下，內蒙古上空有冷暖空氣交匯，引發了強雷暴天氣過程。

（2）在強雷暴天氣還沒有出現之前，內蒙古的不穩定參數比閾值要高，說明有大量不穩定能量積聚；大氣上層干冷下層暖濕的形勢，促進了強雷暴天氣的出現；而低空輻合、高層輻散的配置，再加上強雷上升運動，為雷暴天氣的出現提供了動力條件。

（3）由于雷暴引起的人員傷亡和經濟損失嚴重，應將內蒙古雷電防護工作做好，不斷降低災害性天氣造成的損失。

參考文獻

[1] DOSWELL C A.The distinction between large-scale andmesoscale contribution to severe convection：A casestudy example[J].Weather and Forecasting，1987，2（1）：3-16.

[2] 張引.2012年7月6日上海地區雷雨天氣過程分析[J].中國航班，2019（11）：0156-0157.

[3] 楊杰堯.2014年南京市一次強雷暴天氣過程分析[J].氣候變化研究快報，2020，9（5）：570-575.

[4] 劉維，周黎明，佟樹軍，陳凱.海南北部地區夏季一次夜間雷暴天氣過程分析[J].氣象科技進展，2020，10（4）：141-143.

[5] 呂勝輝，馬芳.2018年8月8日天津地區多次雷雨天氣過程分析[J].現代農業科技，2020（6）：186-188.

[6] 方俏嫻，殷啟元，蔡占文，李翔.基于大氣電場突變特征的一次雷暴天氣過程分析[J].農業災害研究，2022，12（4）：129-132，135.