不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析
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对北京地区的强对流的研究也有许多，包括气候 学特征[8]、个例分析等等[9-16] ,这些研究从不同侧面反映 了强对流发生的背景场及物理条件，但由于分型的标 准不同(有的按照 500 hPa 形势分型，有的按照雷暴发 生的条件分型)，对预报员而言，容易引起混乱。各省 (市)气象业务部门天气分型以 500 hPa 形势为主的居 多，也有的省将高空和地面形势混合分型。章国材[17]认 为天气分型不宜过多过杂，天气形势只是提供一个强 对流天气发生的背景，其以 500 hPa 形式为主，将 500 hPa 形势分为高空低槽、冷涡、西北气流、副高边缘、高 压(脊)内和热带低值系统等六种。本文中也采用章国 材[17] 的分型方法，将 500 hPa 形式分为低涡、西风槽、 横槽、西北气流型、副高边缘和低压倒槽型等六类。
引言
雷暴是一种发展旺盛的强对流天气，通常伴随闪 电、雷鸣、阵雨、大风、冰雹和龙卷风等，是飞行中的飞 机所遇到的最恶劣、最危险的天气，停放在地面的飞 机也会遭到大风和冰雹的袭击[1]，因此雷暴的预报是 航空预报的重点和难点。基于长期经验积累同时又 有一定理论基础的流型总结能够帮助预报员快速识 别出雷暴可能发生的区域[2]。国内对造成雷暴的环流 形势研究已有许多，例如丁一汇等[3]提出了我国四种 飑线发生的天气背景和触发条件，即槽后型、槽前型、 高压后部型、台风倒槽型或东风波型。郑媛媛等 将 [2] 安徽省强对流天气系统形势分为冷涡槽后型和槽前 型。陈立祥等[4]根据对流层中低层水平风的垂直切变 将广州地区强对流天气分为强切变类和弱切变类。 许爱华等[5]分析了中国南方春季冷锋北侧中冰雹天气 的环境场特征，指出 700 hPa 强西南气流在强锋区上 强迫抬升和 400—600 hPa 上的对流不稳定和对称不 稳定是这类高架对流的主要机制。许爱华等[6]综合考 虑了强对流天气发生的三个条件，提出了中国强对流 天气 5 种基本类别：冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜 压锋生类、准正压类和高架对流类。Meng 等[7]对我国 东部的飑线进行了研究，将天气系统分为短波槽前 型、长波槽前型、冷涡型、副热带高压型、热带气旋型 和槽后型。
Fra Baidu bibliotek
不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析
卓鸿 1,王冀 2,霍苗 1,任 佳 1,纪鹏飞 1
(1. 民航华北空管局气象中心，北京 100621; 2. 北京市气候中心，北京 100089)
摘 要：利用 2001—2014 年共 14 a 的北京首都国际机场(以下简称机场)观测资料和 Micaps 高空及地面观测资料，将发生 在机场的雷暴日分为八类(即强雷暴、弱雷暴、湿对流、干对流、弱冰雹、强冰雹、冰雹大风和混合对流)，对每种类型雷暴的 气候特征进行了统计研究，得出如下结论：(1) 机场雷暴以弱雷暴为主，其次为干对流。弱雷暴和干对流在 6 月出现最多， 强雷暴和湿对流在 7 月最多，弱冰雹出现在春末夏初及秋季，而冰雹大风出现在 6—7 月，混合对流仅在 7 月出现一次。 (2) 从 500 hPa 形势来看，西风槽造成的雷暴过程最多，其它为西北气流型。500 hPa 为西风槽和低涡、西北气流时，地面 辐合线触发的雷暴最多，其次为冷锋。500 hPa 为横槽时，冷锋触发的雷暴比例增加，没有由地形辐合线触发的雷暴。而 副高边缘和低压倒槽类型的雷雨过程，触发系统主要为辐合线。(3) 从月分布来看，低涡和西北气流型造成的雷雨在 6 月 最多，但横槽和西风槽造成的雷雨出现最多的分别在 7 月和 8 月。西风槽、低涡和西北气流型造成的弱雷雨均最多，其次 为干对流。而雷暴的地面触发系统以辐合线最多，主要出现在 6 月，冷锋触发的雷雨主要集中在 5—6 月，地形辐合线主 要集中在 7、8 月。(4)横槽、西北气流型雷暴的日循环分布只有一个峰值，分别出现在 05—12UTC 和 08—14UTC，但低涡 和西风槽却有两个峰值，主峰值分别出现在 12—13UTC 和 08—17UTC，次峰值分别在 07—08UTC 和 00—01UTC。 关键词：首都国际机场；雷暴；气候特征；形势分型 中图法分类号: P446 文献标志码: A doi:10.3969/j.issn.1004-9045.2016.04.009
(1.Meteorological Center of North China ATMB, Beijing 100621;2. Beijing Climate Center,Beijing 100089)
Abstract：Based on thunderstorm observation data at the capital international airport from 2001 to 2014, and conventional observation data, different thunderstorm types were classified. The results show as follows: (1) The thunderstorms happen at the capital airport are dominated by the weaker precipitation, next to the dry-convective thunderstorms. Moreover, the weaker precipitation and dry thunderstorms occur mostly in June. The heavy rainfall and wet convective thunderstorms occur mostly in July. The weak-hail appears in late spring, early summer and autumn. and The hail-with-gale thunderstorms appear in June and July, and the mixed convective thunderstorms appear only in July. (2)Thunderstorms occur the most frequently when there are westerly troughs at 500 hPa, followed by northwest-flow type. When there are westerly troughs, vortexes and northwest-flow at 500 hPa, the thunderstorms are the most frequently caused by convergence line, next to the cold front. When the transversal trough is at 500 hPa, the proportion of thunderstorms triggered by the cold front increased, but no thunderstorms triggered by the topographic convergence existed. When 500 hPa is at the edge of subtropical high and depression trough, the main trigger system on the ground is convergence line. (3) The thunderstorms caused by vortex and northwest-flow are mostly observed in June, but those caused by transversal trough and westerly trough mostly happen in July and August. Westerly trough, vortex and northwest-flow type mostly cause weaker thunderstorms, next to the dry-convective thunderstorms. The most frequent ground system that triggers thunderstorms is convergence line, which mainly concentrates in June, and followed by the cold front which concentrates in May and June, but topographic convergence lines only trigger thunderstorms in July and August. (4)The thunderstorm forming time for transversal trough is (05UTC-12UTC) 2-3 h earlier
第 35 卷 第 4 期 2016 年 8 月
暴雨灾害 TORRENTIAL RAIN AND DISASTERS
Vol.35 No.4 Aug. 2016
卓鸿,王冀,霍苗,等.不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析[J].暴雨灾害，2016,35(4):371-377
ZHUO Hong,WANG Ji,HUO Miao,et al. The thunderstorm characteristics at Beijing capital international airport under different types of large scale environment[J].Torrential Rain and Disaster,2016,35(4):371-377
The thunderstorm characteristics at Beijing capital international airport under different types of large scale environment
ZHUO Hong1, WANG Ji2,HUO Miao1, REN Jia1, JI Pengfei1
此外，地面中尺度系统常常是强对流天气的触发 系统，Wilson 等[18-20]的研究发现，大多数风暴都起源于 边界层辐合线附近,刁秀广等[21]利用济南多普勒天气 雷达探测到的边界层辐合信息，分析了对流边界触发
新雷暴的条件。王彦等[22]利用天津 SA 雷达研究了 2008—2009 年 6—9 月发生在天津地区的边界层辐合 线，发现在不同的天气形势下，边界层辐合线的演变 和碰撞与强对流天气的发生发展密切相关。由于地 面触发系统的重要性，本文也对地面触发系统的气候 态分布进行了研究，但由于目前对触发系统的种类尚 有争议，例如，Wilson 等[23]认为边界层辐合线可以是天 气尺度的冷锋或露点锋，也可以是中尺度的海陆风辐 合带，包括雷暴的出流边界和由地表特征如土壤湿度 的空间分布不均匀造成的辐合带，但章国材[17]认为露 点锋和土壤湿度的空间分布不均匀确实是有利于强 对流天气发生的环境，但它们并非抬升触发系统，地 面触发系统包括中尺度辐合线、中尺度风速辐合区、 风场上明显的气旋性弯曲处、冷锋等。因此，在本文 中不考虑露点锋和土壤湿度的空间分布不均匀造成 的辐合带，将地面形势分为冷锋、辐合线(包括雷暴外 流边界)和地面辐合线等三类进行了研究。
收稿日期：2015-12-01；定稿日期：2016-03-01 资助项目：公益性行业专项（201206024）；北京市科技计划项目（Z141100003614052） 第一作者：卓鸿，主要从事强对流天气预报及研究。E-mail: 395127418@qq.com
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暴雨灾害
第 35 卷
than that of northwest airflow type (08-14UTC), and thunderstorms of vortex have a obvious peak at 12-13UTC, but the thunderstorms of westerly trough mainly concentrate at 8-17UTC. Key words：the Capital International Airport; thunderstorm; climate characteristics; flow patterns recognition
引言
雷暴是一种发展旺盛的强对流天气，通常伴随闪 电、雷鸣、阵雨、大风、冰雹和龙卷风等，是飞行中的飞 机所遇到的最恶劣、最危险的天气，停放在地面的飞 机也会遭到大风和冰雹的袭击[1]，因此雷暴的预报是 航空预报的重点和难点。基于长期经验积累同时又 有一定理论基础的流型总结能够帮助预报员快速识 别出雷暴可能发生的区域[2]。国内对造成雷暴的环流 形势研究已有许多，例如丁一汇等[3]提出了我国四种 飑线发生的天气背景和触发条件，即槽后型、槽前型、 高压后部型、台风倒槽型或东风波型。郑媛媛等 将 [2] 安徽省强对流天气系统形势分为冷涡槽后型和槽前 型。陈立祥等[4]根据对流层中低层水平风的垂直切变 将广州地区强对流天气分为强切变类和弱切变类。 许爱华等[5]分析了中国南方春季冷锋北侧中冰雹天气 的环境场特征，指出 700 hPa 强西南气流在强锋区上 强迫抬升和 400—600 hPa 上的对流不稳定和对称不 稳定是这类高架对流的主要机制。许爱华等[6]综合考 虑了强对流天气发生的三个条件，提出了中国强对流 天气 5 种基本类别：冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜 压锋生类、准正压类和高架对流类。Meng 等[7]对我国 东部的飑线进行了研究，将天气系统分为短波槽前 型、长波槽前型、冷涡型、副热带高压型、热带气旋型 和槽后型。
Fra Baidu bibliotek
不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析
卓鸿 1,王冀 2,霍苗 1,任 佳 1,纪鹏飞 1
(1. 民航华北空管局气象中心，北京 100621; 2. 北京市气候中心，北京 100089)
摘 要：利用 2001—2014 年共 14 a 的北京首都国际机场(以下简称机场)观测资料和 Micaps 高空及地面观测资料，将发生 在机场的雷暴日分为八类(即强雷暴、弱雷暴、湿对流、干对流、弱冰雹、强冰雹、冰雹大风和混合对流)，对每种类型雷暴的 气候特征进行了统计研究，得出如下结论：(1) 机场雷暴以弱雷暴为主，其次为干对流。弱雷暴和干对流在 6 月出现最多， 强雷暴和湿对流在 7 月最多，弱冰雹出现在春末夏初及秋季，而冰雹大风出现在 6—7 月，混合对流仅在 7 月出现一次。 (2) 从 500 hPa 形势来看，西风槽造成的雷暴过程最多，其它为西北气流型。500 hPa 为西风槽和低涡、西北气流时，地面 辐合线触发的雷暴最多，其次为冷锋。500 hPa 为横槽时，冷锋触发的雷暴比例增加，没有由地形辐合线触发的雷暴。而 副高边缘和低压倒槽类型的雷雨过程，触发系统主要为辐合线。(3) 从月分布来看，低涡和西北气流型造成的雷雨在 6 月 最多，但横槽和西风槽造成的雷雨出现最多的分别在 7 月和 8 月。西风槽、低涡和西北气流型造成的弱雷雨均最多，其次 为干对流。而雷暴的地面触发系统以辐合线最多，主要出现在 6 月，冷锋触发的雷雨主要集中在 5—6 月，地形辐合线主 要集中在 7、8 月。(4)横槽、西北气流型雷暴的日循环分布只有一个峰值，分别出现在 05—12UTC 和 08—14UTC，但低涡 和西风槽却有两个峰值，主峰值分别出现在 12—13UTC 和 08—17UTC，次峰值分别在 07—08UTC 和 00—01UTC。 关键词：首都国际机场；雷暴；气候特征；形势分型 中图法分类号: P446 文献标志码: A doi:10.3969/j.issn.1004-9045.2016.04.009
(1.Meteorological Center of North China ATMB, Beijing 100621;2. Beijing Climate Center,Beijing 100089)
Abstract：Based on thunderstorm observation data at the capital international airport from 2001 to 2014, and conventional observation data, different thunderstorm types were classified. The results show as follows: (1) The thunderstorms happen at the capital airport are dominated by the weaker precipitation, next to the dry-convective thunderstorms. Moreover, the weaker precipitation and dry thunderstorms occur mostly in June. The heavy rainfall and wet convective thunderstorms occur mostly in July. The weak-hail appears in late spring, early summer and autumn. and The hail-with-gale thunderstorms appear in June and July, and the mixed convective thunderstorms appear only in July. (2)Thunderstorms occur the most frequently when there are westerly troughs at 500 hPa, followed by northwest-flow type. When there are westerly troughs, vortexes and northwest-flow at 500 hPa, the thunderstorms are the most frequently caused by convergence line, next to the cold front. When the transversal trough is at 500 hPa, the proportion of thunderstorms triggered by the cold front increased, but no thunderstorms triggered by the topographic convergence existed. When 500 hPa is at the edge of subtropical high and depression trough, the main trigger system on the ground is convergence line. (3) The thunderstorms caused by vortex and northwest-flow are mostly observed in June, but those caused by transversal trough and westerly trough mostly happen in July and August. Westerly trough, vortex and northwest-flow type mostly cause weaker thunderstorms, next to the dry-convective thunderstorms. The most frequent ground system that triggers thunderstorms is convergence line, which mainly concentrates in June, and followed by the cold front which concentrates in May and June, but topographic convergence lines only trigger thunderstorms in July and August. (4)The thunderstorm forming time for transversal trough is (05UTC-12UTC) 2-3 h earlier
第 35 卷 第 4 期 2016 年 8 月
暴雨灾害 TORRENTIAL RAIN AND DISASTERS
Vol.35 No.4 Aug. 2016
卓鸿,王冀,霍苗,等.不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析[J].暴雨灾害，2016,35(4):371-377
ZHUO Hong,WANG Ji,HUO Miao,et al. The thunderstorm characteristics at Beijing capital international airport under different types of large scale environment[J].Torrential Rain and Disaster,2016,35(4):371-377
The thunderstorm characteristics at Beijing capital international airport under different types of large scale environment
ZHUO Hong1, WANG Ji2,HUO Miao1, REN Jia1, JI Pengfei1
此外，地面中尺度系统常常是强对流天气的触发 系统，Wilson 等[18-20]的研究发现，大多数风暴都起源于 边界层辐合线附近,刁秀广等[21]利用济南多普勒天气 雷达探测到的边界层辐合信息，分析了对流边界触发
新雷暴的条件。王彦等[22]利用天津 SA 雷达研究了 2008—2009 年 6—9 月发生在天津地区的边界层辐合 线，发现在不同的天气形势下，边界层辐合线的演变 和碰撞与强对流天气的发生发展密切相关。由于地 面触发系统的重要性，本文也对地面触发系统的气候 态分布进行了研究，但由于目前对触发系统的种类尚 有争议，例如，Wilson 等[23]认为边界层辐合线可以是天 气尺度的冷锋或露点锋，也可以是中尺度的海陆风辐 合带，包括雷暴的出流边界和由地表特征如土壤湿度 的空间分布不均匀造成的辐合带，但章国材[17]认为露 点锋和土壤湿度的空间分布不均匀确实是有利于强 对流天气发生的环境，但它们并非抬升触发系统，地 面触发系统包括中尺度辐合线、中尺度风速辐合区、 风场上明显的气旋性弯曲处、冷锋等。因此，在本文 中不考虑露点锋和土壤湿度的空间分布不均匀造成 的辐合带，将地面形势分为冷锋、辐合线(包括雷暴外 流边界)和地面辐合线等三类进行了研究。
收稿日期：2015-12-01；定稿日期：2016-03-01 资助项目：公益性行业专项（201206024）；北京市科技计划项目（Z141100003614052） 第一作者：卓鸿，主要从事强对流天气预报及研究。E-mail: 395127418@qq.com
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暴雨灾害
第 35 卷
than that of northwest airflow type (08-14UTC), and thunderstorms of vortex have a obvious peak at 12-13UTC, but the thunderstorms of westerly trough mainly concentrate at 8-17UTC. Key words：the Capital International Airport; thunderstorm; climate characteristics; flow patterns recognition