基于ERA5再分析資料的川東地區一次冬季強對流天氣綜合分析

摘 要：利用歐洲中心ERA5再分析資料、常規氣象資料等，對川東地區2022年11月7日夜間強對流天氣過程進行綜合分析。結果顯示：此次過程是在有利的環流背景下發生的，低層暖濕氣流輸送與高層顯著干區配合，形成強對流天氣潛勢區。并且，中層弱冷空氣滲透，配合隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區，使層結趨于不穩定狀態，導致強對流天氣發生。

關鍵詞：ERA5；再分析資料；冬季雷暴；強對流潛勢

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

隨著全球氣候變化加劇，強對流天氣事件頻發，對經濟社會發展和人們生產生活產生不利影響，提高天氣預報精確性十分必要。相較于夏季雷雨天氣，冬季雷雨預報有其特殊性。近年來，各氣象部門針對強對流天氣開展了大量研究工作，許多學者分別從物理量特征、大尺度環流、中尺度模式模擬、雷達特征等角度進行了綜合分析，為進一步開展強對流預報預警工

作奠定了基礎[1-6]。2022年11月7日22：00—8日05：00

（以下均為北京時間）四川盆地東部出現了1次大范圍的雷雨天氣過程。通過對此次冬季強對流天氣過程進行綜合診斷分析，加深對強對流天氣熱力、動力機制的理解，更好地把握其潛勢預報重點，為今后冬季雷雨預報提供思路，減輕雷雨天氣對航空運行產生的影響。

1 資料與方法

天氣形勢、影響系統和物理量分析選用ERA5高分辨率再分析資料，時間分辨率為1 h，空間分辨率為0.25°×0.25°，垂直分辨率為地面至100 hPa的10層網格點資料。中尺度和探空分析選用2022年11月7日20：00的常規氣象探測資料。

2 環流背景分析

2.1 天氣形勢和影響系統

2022年11月7日20：00，500 hPa東亞中高緯度地區以緯向環流為主，2個長波槽分別位于巴爾喀什湖以西和日本海地區，我國北方受寬廣弱高壓脊控制，青藏高原以東有1個短波槽位于四川中西部，并逐漸東移。700 hPa我國東部地區受高壓脊控制，四川盆地受高壓脊西側偏南氣流的影響，水汽自孟加拉灣輸送至此，盆地有≥12 m/s的偏南急流區。850 hPa我國東部地區受弱冷高壓控制，四川盆地位于高壓后部的東南風回流區，濕度顯著。地面有一股東路冷空氣正影響我國東部地區，四川盆地近地面有1個暖性低壓，未受該股冷空氣影響。11月8日08：00，500 hPa青藏高原東部短波槽緩慢加深東移，槽線位于四川盆地東部。700 hPa盆地上空偏南氣流開始減弱。850 hPa弱冷高壓中心東移至東海海面，盆地仍受高壓后部東南氣流影響，在盆地中東部有明顯的減速輻合區。地面上，東路冷空氣繼續南下，影響我國東部地區，盆地仍未受冷空氣影響。由此可見，高空槽、低層急流和輻合是造成此次川東地區強對流天氣過程的主要影響系統。

2.2 中尺度分析

對2022年11月7日20：00強對流天氣發生前環境場進行中尺度分析（圖1）可知，200 hPa高空急流位于四川省至重慶市南部地區，最大風速達70 m/s，川東地區位于高空急流區左側。500 hPa短波槽位于四川盆地中西部，盆地東北部有顯著干區（T-Td≥15 ℃），在高空短波槽前動力減壓的作用下，盆地中部形成明顯的東南—東北風輻合區。700 hPa盆地有顯著的西南氣流，最大風速達12 m/s，將來自孟加拉灣的暖濕空氣源源不斷向盆地地區輸送，易產生不穩定層結[7]。

850 hPa輻合位于盆地東部，該區域700～850 hPa為高濕區，850 hPa溫度脊自盆地東北部伸至重慶南部；2條地面輻合線分別于龍泉山南部和重慶西南部。綜合以上分析，川東地區處于中低層系統與地面系統附近，低層高濕暖脊的存在疊加上游東移淺槽與顯著干區，“上干、下暖濕”結構明顯，使川東地區形成強對流潛勢區。當低層系統增強，結合地面輻合線擾動，觸發不穩定能量，易產生強對流天氣。

2.3 探空分析

根據當日溫江站探空數據，2022年11月7日08：00探空曲線呈上干下濕的分布特征，700 hPa以下呈高濕飽和狀態，低層有弱冷平流輸送，易使層結呈現不穩定狀態；抬升凝結高度和對流凝結高度較低，0 ℃層高度位于3 113 m，-20 ℃層高度位于6 812 m；850 hPa與250 hPa風速差為29.3 m/s，中低層風場偏弱，此時整體層結仍較為穩定。

7日20：00，飽和層高度上升至600 hPa，且該層附近出現逆溫層，逆溫層上部呈喇叭口態，迅速轉干，積累了高靜力能量。同時，700 hPa偏南氣流增強顯著，暖濕氣流輸送使得“上干下暖濕”結構突出，850～600 hPa假相當位溫隨高度上升而降低，層結呈現潛在不穩定狀態。K指數31 ℃，沙氏指數（SI指數）2.94 ℃；0 ℃層高度上升至3 551 m，-20 ℃層高度位于6 756 m；0～

6 km垂直風切變增強至10 m/s，有利于對流云傾斜發展。隨著低層系統移入，輻合抬升導致潛熱釋放，垂直風切變促使氣流斜升，增強了中高層干冷空氣的吸入，從而造成對流天氣[8-11]。

3 物理量分析

3.1 能量條件

K指數、沙氏指數等強對流指數通常是大氣穩定與否的重要判定標準，可用于對流性天氣預報。由溫江站探空數據可知，2022年11月7日20：00 ，K指數上升至31 ℃，說明夜間成都地區處于高能區，大氣層結呈現不穩定狀態。同時，SI指數為2.94 ℃，相較而言表征效果不佳。

由T850-500 hPa區域分布可知，11月7日20：00我國長江流域以南、青藏高原以東、西南地區和中南半島呈現大范圍高能區。T850-500 hPa達到22 ℃以上，大值區位于云南東部至貴州中部，為29 ℃，四川東部至重慶地區達25～27 ℃，說明川東地區大氣層結能量較高，有利于觸發強對流天氣[12-15]。

3.2 動力條件

從垂直速度沿105.0°E垂直剖面圖可知，2022年11月7日08：00（圖2左），四川中部至南部地區中低層存在下沉運動，中心位于700 hPa附近，中心值為0.6 hPa/s，

存在弱冷空氣輸送，使層結呈現不穩定狀態；20：00（圖2右）四川中部至南部地區上空300 hPa以下為上升運動，中心位置位于400～700 hPa，中心值為-0.4 hPa/s，因為彼時為冬季，該數值較為少見，有利于對流天氣發生。

圖2 "2022年11月7日08：00北京時（左）和20：00北京時（右）；垂直速度（單位：hPa/s）沿105.0°E垂直剖面

從散度沿105.0°E垂直剖面圖可知，11月7日08：00（圖3左），四川南部至中部地區700 hPa以下低層至高層有隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區，其中心值分別為8×10-6 s-1和-6×10-6 s-1，使得該地區中低層產生隨高度傾斜的上升運動區，促使大氣層結向不穩定狀態驅轉[11]。

20：00（圖3右）四川中部至南部地區高空300 hPa和500 hPa有2個輻散中心，中心值均為6×10-6 s-1，700 hPa以下存在多個輻合區，其中，850 hPa以下輻合顯著，中心值-8×10-6 s-1，呈現低層輻合、高層輻散的特征，有利于上升運動的發展，但由于輻合層高度偏低，將使得對流發展高度受限。

3.3 水汽條件

利用比濕沿105.0°E垂直剖面分析此次強對流發生前后水汽條件的分布特征，2022年11月7日08：00，四川盆地上空700 hPa以上均顯著偏干，800 hPa以下比濕為4～8 g/kg；伴隨夜間暖濕氣流增強。20：00，川東地區33°～35°N范圍出現顯著濕舌，比濕8～12 g/kg大值區高度上升至850 hPa，上層維持顯著干區，這樣的濕度分布在冬季少見[12]。此次強對流過程發生前，中低層水汽條件逐漸趨好，川東區域濕層增厚增強，同時，700 hPa以上干區顯著，使得“上干下暖濕”結構突出。

由此可見，低層水汽的強烈輻合，既為強對流的發生提供了水汽條件，又加強了水汽與能量在垂直方向上的交換，形成了潛在不穩定和飽和濕層，為強對流的發生提供了能量供應[16-17]。

圖3 "2022年11月7日08：00北京時（左）和20：00北京時（右）；散度（單位：10-6 s-1）沿105.0°E垂直剖面

4 結束語

2022年11月7日夜間四川盆地東部出現了1次強對流天氣過程，同日天府機場出現雷暴伴中陣雨，是天府機場建成投運以來出現最晚的雷暴天氣過程，與雙流機場歷史最晚雷暴日期相近。研究利用ERA5再分析資料和常規氣象資料等數據，對此次冬季川東地區強對流天氣過程進行了綜合分析，得出以下結論：

（1）高空槽、低層急流和輻合是造成此次強對流天氣過程的主要影響系統；中尺度分析表明川東地區處于中低層系統與地面系統附近，低層高濕暖脊的存在疊加上游東移淺槽與高層顯著干區，“上干下暖濕”結構顯著，形成強對流潛勢區。

（2）由剖面分析可見，中層弱冷空氣配合隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區，促使層結趨于不穩定狀態，是產生強對流的重要因素；低層濕舌的出現形成了強對流發展環境條件，但由于輻合層高度偏低，使得對流發展高度受限。

（3）在強對流指數應用過程中，應當結合影響系統的空間結構，區分各類強對流指數的指示意義，選取適當的指數作為預報參考；在實際冬季雷雨預報工作中，應強化分析影響系統空間結構的特征，這對強對流天氣的潛勢預報有較好的指示意義。

參考文獻

[1] 吉惠敏，冀蘭芝，王錫穩，等.一次強對流天氣綜合分析[J].干旱氣象，2006（2）：12-18.

[2] 張一平，吳蓁，蘇愛芳，等.基于流型識別和物理量要素分析河南強對流天氣特征[J].高原氣象，2013，32（5）：1492-1502.

[3] 白慧，歐陽大亮，毛倩，等.一次隆冬大范圍混合強對流潛勢和物理量診斷分析[J].氣候變化研究快報，2022（4）：579-590.

[4] 麥雪湖，何秋蕊，梁華玲.2018年1月佛山一次冬季暴雨的成因分析[J].廣東氣象，2018，40（5）：6-9.

[5] 齊琳琳，劉玉玲，趙思雄.一次強雷雨過程中對流參數對潛勢預測影響的分析[J].大氣科學，2005（4）：536-548.

[6] 劉旸，程曉龍，海瀅.基于SWCWARR模式的一次重慶江北機場對流天氣過程分析[J].高原山地氣象研究，2022，42 （1）：30-36.

[7] 俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴與強對流臨近天氣預報技術進展[J].氣象學報，2012，70（3）：311-337.

[8] 夏麗花，馮晉勤，黃美金，等.一次強對流天氣過程的成因分析[J].氣象，2006（7）：110-114.

[9] 張佃國，劉文，李連銀，等.山東一次冬季強對流天氣過程資料分析[J].云南大學學報（自然科學版），2010，32（S2）：222 -224，299-300.

[10] 陶俞鋒，陳光宇，朱占云.2016年寧波機場冬季雷暴過程分析[J].浙江氣象，2018，39（2）：43-48.

[11] 魏慶，周威，吳容，等.盆地西部一次極端短時強降水過程的多源資料分析[J].高原山地氣象研究，2023，43（2）：19-27.

[12] 魏紹遠，林錫懷，何宏讓，等.江淮地區冬季一次罕見強對流風暴的數值模擬結果診斷分析[J].氣象科學，1998 （3）：214-221.

[13] 薛楊，錢莉，趙德強.河西走廊東部一次第Ⅱ型冷鋒結構的對流性暴雨過程診斷分析[J].干旱區地理，2014，37（6）： 1128-1136.

[14] 胡晨，周方圓，王靜峰，等.安徽省強對流天氣災害的時空分布特征研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版）， 2024，47（1）：91-97.

[15] 陳鑫裕，肖陽，李明胡.2022年4月江西一次暴雨強對流天氣過程及對農業的影響分析[J].農業災害研究，2023， 13（12）：213-215.

[16] 龔俊強，葉妍婷，黃嘉儀，等.金華地區一次強對流天氣過程的環境條件與中尺度特征[J].氣象與減災研究， 2023，46（4）：269-277.

[17] 張桂珍，朱耀福，陶然亭，等.浙江省盛夏一次強對流天氣過程特征分析[J].浙江氣象，2023，44（4）：1-7.