福建省2次強雷暴天氣的環境參數成因分析

龐 波，陰蜀城，朱 彪*，許 軍

1.福建省災害天氣重點實驗室，福建福州 350028；2.福建省氣象災害防御技術中心，福建福州 350028；3.福建省泉州市氣象局，福建泉州 362000；4.國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建福州 350007

雷暴是我國東南沿海地區福建省常見的一種天氣現象。福建省地形獨特，雷暴初生對流條件復雜，在活動過程中，其結構和形狀會受到天氣環境參數的影響；不同的對流指數環境中，雷暴過程的適應性和活躍程度也不一致，雷暴密集區通常給建筑物、供電設施、電子電氣設施、人畜生命安全造成嚴重威脅[1]。因此，有必要分析不同環境參數下強雷暴的成因和活動，為氣象部門加強強對流天氣預警、提高預報準確率提供有效參考依據。采用歐洲中期天氣預報中心ERA 5再分析資料（水平分辨率為0.25°×0.25°）和對應研究時段的福建省16個閃電定位儀監測數據，選取福建省2022年7月22日和25日2次雷暴天氣過程分析其發展與成因，以期為預報員預報雷暴等強對流天氣提供有效參考。

1 2022年7月22日強雷暴天氣個例分析

1.1 天氣實況分析

2022年7月22日，福建省受副熱帶高壓控制，脊前東風氣流將西太平洋暖濕空氣輸送至福建省中部，與垂直南風攜帶暖濕氣流在福建省中部停滯輻合，受橫切變北抬的影響，福建省中北部局部地區出現零星雷雨[2]。福建省2022年7月22日00:00～00:00(UTC)雷暴天氣伴有微弱陣雨，以對流性降水為主，24 h累計降水量最大值為5 mm，此次降水落區主要發生在福建中北部武夷山、古田—屏南—寧德交界處、永泰—閩侯—福州—連江等3個降水落區，其他區域沒有明顯降水。

此次天氣個例在永安、尤溪、德化、永泰等地及平和與南靖交界處監測到較密集的正地閃活動，正地閃最強值在22日21:53:26出現在南平市延平區，強度為167.5 kA，最小值在18:18:32出現在泉州市德化縣，強度為5.3 kA；監測到的負地閃集中區與正地閃發生落區基本相吻合，但負地閃最強值相對正地閃偏東，19:18:07出現最大值（-4.9 kA），21:53:26最小值（139.2 kA）均出現在三明市尤溪縣。

1.2 高空環流背景分析

分析福建省2022年7月22日08:00、14:00、20:00UTC 3個時次850、700、500 hPa位勢高度場、溫度場、濕度場及風場空間分布，2022年7月22日08:00～20:00 500 hPa等壓面上整個福建省均受副熱帶高壓脊所控制，08:00高度場在福建中部地區形成自東南向西北走向的高壓脊，其中，途經邵武—順昌—南平—閩侯—福州—長樂等地區，均位于脊線上，在尤溪、永泰、閩清等地受反氣旋式環流圍繞，形成1個閉合小高壓，溫度平流較弱，沒有形成明顯的冷暖溫差，但閉合高壓內，垂直北風氣流促使該區域出現1個明顯的溫度脊，且等溫線與等高線相垂直；14:00脊前東南氣流加強使等高線向北壓，強烈的被壓形勢導致在福建東南地區形成明顯的冷中心，且沿海線一帶等溫線密集，出現較強的溫度梯度，而中北部依然受平直西風和弱的西南氣流的影響，在東部寧德市形成暖中心。北部脊后弱西風氣流穩定發展，南部地區脊前東南氣流將西太平洋暖濕空氣源源不斷輸送至羅源和連江等地，停滯輻合與脊后西南氣流形成明顯切變，將冷暖空氣匯合為福建省中部地區強對流天氣；20:00整個高壓系統向東移，脊前由強烈的東南氣流轉化成平直的東風氣流，等高線的閉合小高脊消失，轉而受弱低溫系統控制，此次雷暴過程減弱[3-4]。

1.3 水汽條件和輸送來源

水汽主要分布在大氣低層，考慮到600 hPa以上水汽含量較少，因此，本個例從底層到高層以850、700 hPa為主，分析水汽含量及其飽和程度。700 hPa水汽主要集中在7月22日08:00福建中部和東北部落區，14:00水汽集中于中部，相對濕度達到95%，東北部地區水汽受西風氣流影響有所消散，而20:00相對濕度減少至不足30%。850 hPa除08:00中南部水汽條件較差外，其他2個時次水汽條件基本穩定，全省相對濕度均維持在60%～80%。

結合福建省2022年7月22日08:00、14:00、20:00UTC的850、700 hPa的比濕場、風場空間分布特征（圖1）可知，低層水汽來源于西太平洋和副熱帶高壓上的熱帶海洋氣團，上午偏東氣流將西太平洋水汽輸送至福建中南部，下午垂直南風氣流將南海水汽輸送條件，兩者氣流匯合在福建中部地區形成輻合作用，為發生強對流天氣提供有利條件。中北部地區受西風氣流影響，該輻合區水汽隨著氣流而消散，且該區域風速較弱，輸送能力微弱，本次雷暴天氣并未產生明顯降水。700 hPa以上在福建省中部產生1個明顯暖平流，而850 hPa顯示出該區域周圍有明顯的冷平流，上層高冷、下層暖濕的結構有利于充分儲存和形成強的對流不穩定，產生雷暴等強對流天氣。

圖1 福建省2022年7月22日08:00、14:00、20:00UTC的850 hPa、700 hPa、比濕場(單位:g/kg)、風場(單位:m/s)空間分布特征

1.4 不穩定能量釋放條件

7月22日3個時次的K指數和對流有效位能CAPE值空間分布上，08:00～14:00 K指數大值區基本都維持在福建省中東部，最大K值可達36 K，隨后K指數開始減弱，直到20:00 K指數大值區東移出福建省，由此可知，在福建省中東部地區潛能較大，大氣層為強的不穩定狀態，最小K指數值在福建省西南部，在14:00～20:00尤為明顯，最小K值不足10 K，而在給定環境中，對流有效位能在此次雷暴天氣過程中均為福建沿海岸地區做了很大貢獻。隨著時間推移，CAPE值也在東部，在3個時次中，最大對流有效位能達到5 000 J/kg，對流有效位能穩定區基本出現在西北部地區，沒有產生不穩定能量；氣塊在東南氣流的作用下上升產生較大正浮力能量，為產生雷暴天氣帶來有利條件。

2 2022年7月25日強雷暴天氣個例分析

2.1 天氣實況概述

2022年7月25日，福建以東南為界線，偏東地區出現大范圍閃電活動，主要集中在12:00～20:00，25日雷暴天氣為東南部地區帶來微弱降水，特別是在安溪、德化—永泰交界處、寧德等地帶來陣雨，24 h累計降水最大值在寧德，為5 mm，其次在安溪縣，24 h累計降水量為2.5 mm。

從正地閃和負地閃空間分布可知，地閃活躍區均出現在龍巖、安溪、永安、德化、尤溪、古田—寧德—屏南交界處等地，正地閃最強值在將樂縣，正地閃最小值在25日16:07:20出現在寧德福鼎市，強度為2.6 kA；而負地閃主要發生在平和—南靖交界處、龍巖邊界、永安縣、安溪縣、德化縣、尤溪縣、永泰縣、古田—屏南—寧德交界處等地，最強值在25日16:21:33出現在寧德福鼎市，強度為-3.3 kA，負地閃最小值在25日10:46:20泉州市德化縣，強度為152.3 kA。

2.2 高空環流背景

分析福建省2022年7月25日08:00、14:00、20:00 UTC3個時次850、700、500 hPa的位勢高度場、溫度場、濕度場及風場空間分布特征，發現500 hPa的08:00，德化—尤溪—永泰交界處受偏西南氣流的影響形成弱的暖平流，但等高線不密集，以平均2 m/s的風速將暖空氣輸送至該區域，該交界處周圍存在2個明顯冷區，冷暖空氣交匯促使該區域形成強對流天氣；14:00副熱帶高壓脊線北抬，福建東南部沿海岸處形成明顯的東南—西南向切變，中部表現出較強溫度梯度，福建中南部暖平流區范圍擴大，東南部洋面上受副高北抬影響，形成切斷低壓；20:00切變線向西北方向移動，福建省西部地區也出現西南—西北方向橫切變。700 hPa濕度場顯示14:00相對濕度明顯高于20:00，14:00相對濕度在整個福建省表現出3個濕區，分別位于中南部尤溪—德化—永泰、東北部，以及中北部順昌等地；850 hPa的14:00福建省西南部和沿海地區濕區加強，風速南部偏弱北部開始加強，南部暖濕空氣開始向北輸送，20:00沿海岸地區相對濕度較小，整個形勢場減弱。

2.3 水汽條件和輸送來源

由2022年7月25日08:00、14:00、20:00 UTC 3個時次850、700、500 hPa的比濕場、風場空間分布特征可知（圖2），此次強對流天氣水汽輸送主要源自南海，尤其是25日14:00～20:00不同層次比濕場都在福建省中南部尤溪—永泰—德化等中南部和沿海岸地區形成明顯濕區。850 hPa的14:00比濕場顯示2股明顯水汽輸送路徑：一是南風攜帶南海水汽至福建省沿海岸處，受東風影響，該水汽路徑發生變化，繼續向福建中南部地區輸送，中南部地區風速開始變小，水汽停滯；二是西南風氣流將南海水汽直接向北輸送，在福建省西南沿岸詔安、平和、永定、上杭等地形成明顯風向切變，兩者水汽在此匯合，形成大量比濕，強度超過20 g/kg，從底層到高層隨著高度增加比濕相對減弱。

圖2 福建省2022年7月25日08:00、14:00、20:00UTC850 hPa、700 hPa、比濕場(單位:g/kg)、風場(單位:m/s)空間分布特征

2.4 不穩定能量釋放條件

分析福建省7月25日08:00、14:00、20:00 UTC 3個時次的K指數和對流有效位能CAPE值空間分布特征發現，25日對流有效位能在14:00強度最強，以14:00為參考，福建省東北—西南為界，對流有效位能大值區和小值區分別占據福建省東南部和東北部，東南部最強對流有效位能出現在平和、華安、南靖、尤溪縣等地，達到5 000 J/kg，最小值出現在分界線西北地區，大氣層結相對穩定，沒有釋放對流不穩定能量；25日K指數從時間上分析和對流有效位能的結論相一致，依然是14:00的K指數強度最大，但空間上與對流有效位能的大小值落區不相符，K指數大值區在08:00～14:00基本覆蓋整個福建省，最大值于14:00出現在福建省中北部和東南沿海地區，強度達40 K。該區域有利于引發雷雨過程；西部地區K指數最小，因此判斷此次天氣過程北部強對流主要受熱力因素影響，而南部是熱力與動力結構相結合，加強對流發展強度，對觸發對流和決定風暴類型起著重要作用。

3 2次強雷暴天氣個例總結

（1）2022年7月22日雷暴主要影響福建省中東部地區，此次雷暴天氣過程主要考慮熱力條件，動力抬升為輔，受西太平洋副熱帶高壓控制，脊前偏東氣流將西太平洋水汽和暖濕空氣輸送至福建省沿海岸，南風氣流將南海水汽和暖濕空氣輸送至福建省中部，與上述東風攜帶暖濕氣氣流匯合，北部脊后弱的平直西風氣流導致前2股暖濕氣流在福建中東部地區形成輻合，為其帶來強對流天氣；

（2）2022年7月25日引發雷暴天氣過程的主要因素以動力抬升雷暴和熱力抬升雷暴為主導，福建省北部強對流主要受熱力因素影響，南風攜帶南海水汽。在中部受東風氣流影響輻合，與垂直至上的暖濕氣流在福建中南部引發對流運動，中部地區處于明顯切變線，熱力與動力結構相結合，加強對流發展。