2023 年2 月5 日南寧吳圩國際機場初雷天氣過程分析

曾翔宇，劉籮石，梁 宸，肖稱根

（民航廣西空中交通管理分局，南寧 530048）

雷暴是最常見的天氣現象之一，其具有突發性強、破壞力大的特點，常常伴隨有大風、冰雹等強對流天氣，是夏季影響飛行安全最主要的天氣之一[1]；初雷指的是每年首次發生的雷暴，多發生在春季，預示著雷雨季節的到來[2]，是氣象要素發生重大變化的一個標志[3]。許多文獻對于初雷天氣進行了分析研究[1-6]，尤其對不同地區初雷的出現時段、形成機制、發生特點進行了分析和統計，但對于單次初雷天氣過程的分析研究較少，對于預報員來說，初雷天氣的發生是預報思路開始轉變的重要指示條件，因此，針對單次初雷天氣地研究對于航空氣象預報來說具有重大的指示意義。

本文選用EC 再分析資料ERA5（0.25°×0.25°）、自動氣象觀測站資料、多普勒天氣雷達資料、探空資料與風廓線雷達資料，對2023 年2 月5 日南寧吳圩國際機場發生的初雷天氣過程進行分析，總結初雷天氣預報經驗。

1 天氣過程概況及特點

1.1 過程概況

2023 年2 月4 日—5 日受低層切變線及強西南暖濕氣流影響，廣西出現大范圍降水伴雷暴天氣。南寧機場于2 月4 日15：00—5 日14：00（北京時間，下同）出現長時間間歇性降水并伴有雷暴天氣。如圖1 所示，4日15：00—5 日03：00，南寧機場一直是連陰雨天氣，降水強度較弱，受地面冷空氣過境影響，氣溫很低，在12～13 ℃，均低于2 月份累年平均氣溫15.3 ℃，5 日3時開始南寧機場雨量有所增強，03：56—03：58 機場出現雷暴，持續時間2 min，04：08 降水加強為中陣雨，04：41 減弱為小陣雨，在05：00 前1 h 累積降水量最大，達到了9.1 mm。5 日10：08 南寧機場再次出現中陣雨，10：26—10：46、11：20—11：48 分別再次出現雷暴，持續時間分別為20 和28 min。此次天氣過程為南寧機場2023 年初雷，降水時間較長，累積降雨量為29.4 mm。

圖1 2 月4 日15：00—5 日15：00 南寧機場前1 h 累積降水量及氣溫圖

1.2 過程特點

從南寧機場初雷歷史統計數據上來看[2]，2012—2022 年南寧機場初雷發生在每年的3 月份的次數最多，且1986—2020 年南寧機場平均初雷日期為3 月6日，2023 年的初雷出現在2 月上旬，出現時間較以往偏早。此次雷雨天氣過程中3 次雷暴過程持續時間分別為2、20、28 min，持續時間偏短。從2012—2022 年的統計數據來看，南寧機場3 月份前出現的初雷過程雷暴持續時間較短，均未超過30 min。

2 天氣形勢分析

2.1 環流形勢場

5 日04：00，南寧地區地面為冷高脊形勢，弱冷空氣從桂北向南滲透，地面冷墊特征明顯（圖略）。925 hPa切變線位于桂中一帶（圖略），桂北受冷舌控制，桂中地區冷暖交匯明顯，南寧機場位于切變線以南較強的偏南暖濕氣流中，暖濕空氣遇低層冷墊抬升后易產生上升運動。850 hPa 切變線位于廣西、貴州與湖南交界處（圖略），南寧機場亦受切變線以南較強偏南暖濕氣流影響。南寧地區低層強西南暖濕氣流疊加在切變線及邊界層冷墊之上，暖濕空氣沿925 hPa 的鋒面做斜升運動，具備一定的對稱不穩定性。南寧機場700 hPa 同樣受西南急流影響（圖略），與850 hPa 的暖濕空氣一起為南寧機場上空帶來了高溫、高濕的環境，為對流不穩定的建立提供前提條件，500 hPa 南支槽位于云南和中南半島交界處（圖略），南寧機場處于南支槽前的西南風場中，槽前輻合使得暖濕空氣抬升，有利于對流天氣的形成。

2.2 溫度平流場

5 日04：00，南寧機場上空850 hPa 及其上游也有明顯的暖平流（圖略），南寧地區低層暖平流特征明顯。而在400 hPa 及其上游則存在明顯的冷平流特征（圖略），中低層暖平流、高層冷平流的配置加大了高低層溫差，垂直溫度遞減率增大，熱力不穩定增強，為此次初雷和降水的形成提供了不穩定層結條件。

2.3 風廓線雷達

從圖2 南寧機場風廓線雷達風羽圖可以看出，5 日00：00—06：00 南寧機場925 hPa 以下為東北氣流，近地面一直有一層較淺薄的冷空氣存在，03：30 前500～400 hPa 存在高空急流，從03：30 開始，925～700 hPa 偏南風場開始逐漸加強為低空急流，南寧機場上空暖濕輸送增強，使不穩定層結加強，且由于存在高低空急流耦合，為暖濕氣流的抬升提供了一定的動力條件；500 hPa 也由偏西風場轉為明顯的西南風場，表明影響南寧機場的高空槽在加深。

圖2 2 月5 日00：00—06：00 南寧機場風廓線雷達風羽圖

4 日21：30 開始，南寧機場風廓線雷達的最大探測高度由6 000 m 突然增大至7 500 m，有個突增的過程，表明在對流性降水發生前風廓線雷達的探測高度有一個增大過程，在降水發生時最大探測高度再次增大。主要原因是風廓線雷達回波信號產生的主要機制是大氣湍流運動導致的折射率在時間上和空間上不均勻分布，大氣折射率起伏越大，雷達作用距離就越大，盧維中等[7]研究發現大氣折射指數與大氣環境密切相關，且大氣濕度越大，雷達探測高度越高。4 日21：30 開始風廓線雷達的探測高度突然增大，反映出南寧機場上空的水汽在增加，水汽的輻合增強，表明水汽條件充足。圖3 是根據5 日南寧機場風廓線雷達資料計算出的低空急流指數，其計算方法為用3 000 m 高度以下低空急流中心的最大風速除以風速達到12.0m·s-1及以上的最低高度，低空風速越大、急流所在高度越低，低空急流指數也就越大，03：30 前低空急流指數為010-3s-1，03：30 低空急流指數突然增大至1610-3s-1，且在每6 min 降水量最大的時候，低空急流指數也達到了最大，結合圖2 來看，說明在對流性降水發生前半小時左右低層的西南氣流加強為急流，觸發了本次降水天氣過程。

圖3 2 月4 日—5 日南寧機場低空急流變化

3 環境條件分析

3.1 探空曲線圖

從4 日20 時南寧站探空圖（圖4）可以看出，南寧地區上空970～870 hPa 存在明顯逆溫層，逆溫達到5 ℃。從垂直風場，地面到925 hPa 有弱冷空氣滲透，925 hPa～700 hPa 風向隨高度順轉，有暖平流，700 hPa～400 hPa 風向隨高度逆轉，有冷平流。在垂直方向的風向中，近地層為東北風，925 hPa 逆轉為偏南風，風速陡增至12 m/s，在低層925～850 hPa 存在低空急流；450 hPa 以上為偏西風，風速均大于30 m/s，450 hPa 以上存在高空急流；近地面至400 hPa 的垂直風速切變達到36 m/s，南寧上空存在明顯的垂直風切變，有利于對流的發生和維持。

圖4 2 月4 日20：00 南寧站修訂抬升高度后的T-logP圖

綜上所述，本次初雷過程發生之前，南寧地區地面有弱冷空氣滲透，低層受偏南暖濕氣流影響，因此近地層存在逆溫層，層結相對穩定，但是由于南寧上空存在一支強的高空急流，當高空急流引導動量下傳造成低空急流增強時，低層的暖濕水汽會出現明顯的增強，產生輻合抬升，從而觸發對流的發展，此次對流過程形成于近地層冷墊之上，是一次明顯的高架雷暴過程。

從4 日20 時南寧站對流參數實際值和廣西區氣象局統計的南寧地區易產生對流天氣時各項對流參數的指標值可以對比看出（表1），4 日20 時南寧地區K指數為38.2，SI指數為-2.1，θse850-θse500為12.12，均達到了氣象局統計給出的對流參數指標值，T850-T500為24.5，也非常接近指標值，不穩定條件較好，有利于雷電產生。雖然CAPE僅為1.9 J/kg，但假定氣塊從逆溫層頂870 hPa 開始絕熱上升對狀態曲線進行訂正，CAPE值增加至306.7 J/kg，不穩定能量主要集中在870 hPa 到450 hPa 高度之間；同時由圖4 可以看出南寧地區濕層較厚，水汽條件較好，從地面到550 hPa 相對濕度均大于等于80%，低層大氣基本處于飽和狀態。

表1 2 月4 日20 時南寧站對流參數實際值與氣象局統計的指標值

3.2 物理量場

從垂直水汽通量散度剖面圖上可以看出（圖5），5日04：00，南寧地區及其下游附近，低層1 000 hPa 至中層600 hPa 為水汽通量散度的負值區，最大達到-2.5×10-5g/（s·hPs·cm2），說明南寧地區及其下游附近存在明顯低層至中層的水汽輻合，而500～300 hPa 為水汽通量散度的正值區，最大達到0.2×10-5g/（s·hPs·cm2），表明南寧地區及其下游附近的高層存在水汽的輻散，高層輻散場產生的抽吸作用有利于水汽的抬升，為對流的產生提供了水汽動力條件。從垂直速度場可以看出（圖6），南寧地區4 日20：00—5 日03：00，1 000～925 hPa 存在較弱的垂直上升運動，中層為較弱的下沉運動，5 日04：00—06：00，850～500 hPa垂直上升運動有明顯的加強，垂直上升速度最高達到了-0.8 Pa/s，為對流性降水以及初雷的發生提供了有利的抬升條件。

圖5 2 月5 日04：00 垂直水汽通量散度剖面圖

圖6 2 月4 日20：00—5 日07：00 南寧地區垂直速度剖面圖

4 結論與討論

1）2023 年的初雷出現在2 月上旬，較歷史統計數據來看，出現時間偏早，雷暴持續時間偏短。

2）此次雷雨天氣過程發生時近地面受冷空氣控制，氣溫較低，近地層存在明顯的逆溫層，雷暴在逆溫層以上發展，是明顯的高架雷暴天氣過程。

3）高層冷平流、中低層暖平流的配置使得垂直溫度遞減率加大，層結不穩定加強，同時中低層層結接近飽和，水汽充足，這是此次高架雷暴產生的主要條件。

4）中低層強西南暖濕氣流疊加在近地層鋒區上，沿鋒區做斜升運動，低空急流加強產生的輻合以及925 hPa 高度的切變輻合可能是本次對流形成的觸發機制。

5）風廓線雷達最大探測高度的增大可以反映測站上空存在水汽輻合，對降水的預測有一定的指示作用，低空急流指數很容易反映出低空急流的加強過程，而低空急流的突然加強在適宜的環境條件下往往容易形成降水，所以低空急流指數的突然增大對降水的發生也有一定的指示作用。

6）K指數、SI指數、θse850-θse500以及T850-T500的值均對此次雷暴天氣的預報有較好的指示意義，由于逆溫層的存在，CAPE值在訂正前為1.9 J/kg，但從逆溫層頂對狀態曲線進行訂正后CAPE值增加至306.7 J/kg，在今后的初雷預測中，可多關注這幾個對流參數。

7）低層水汽輻合，高層水汽輻散，以及中低層的垂直上升速度增強，為對流性降水以及初雷的發生提供了有利的動力抬升條件。

8）此次雷雨發生前的天氣形勢及天氣實況更符合冬春季連陰雨天氣的情況，往往容易忽略雷暴的產生，在今后的保障過程中值得注意。