Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2020, 9(5), 570-575
Published Online September 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ccrl https://doi.org/10.12677/ccrl.2020.95062
2014年南京市一次强雷暴天气过程分析
杨杰尧
哈密市气象局，新疆 哈密
收稿日期：2020年9月5日；录用日期：2020年9月20日；发布日期：2020年9月27日
摘 要
本文利用常规气象观测资料、NCEP 1? × 1?再分析资料、闪电资料以及多普勒雷达资料，对南京市2014年9月28日一次强雷暴天气过程进行分析。结果表明：(1) 雷暴发生前南京数日持续高温累积了大量不稳定能量是先决条件，冷空气南下触发不稳定能量的释放是触发机制。(2) 此次雷暴为湿雷，以负闪为主(占93%)。强对流天气集中在北部和中部，其中中西部为闪电密集区。(3) 强烈的上升运动以及高空辐散、低空辐合的配置为动力学机制；较强的水汽输送和高的相对湿度提供了良好的水汽条件；稳定性指数表明此次雷暴过程是强动力和强动热力不稳定条件共同作用的结果。(4) 强雷电区雷达特征表现为回波强度维持在45 dBz以上，风廓线表现为低层为偏东风，中低层为偏西风，回波顶高度维持在14 km左右，零速度线呈明显的“S”形。
关键词
强雷暴，闪电特征，多普勒雷达，气象物理量参数
Analysis of a Severe Thunderstorm Weather in Nanjing in 2014
Jieyao Yang
Hami Meteorological Bureau, Hami Xinjiang
Received: Sep. 5th, 2020; accepted: Sep. 20th, 2020; published: Sep. 27th, 2020
Abstract
A strong thunderstorm weather process on September 28, 2014 in Nanjing is analyzed by using the conventional meteorological observation data and NCEP 1? × 1? reanalysis data, lightning data and Doppler radar data. The results showed that: (1) before the occurrence of the thunderstorm, the high temperature persisting in Nanjing region was found, which had cumulated mass instable ener-文章引用: 杨杰尧. 2014年南京市一次强雷暴天气过程分析[J]. 气候变化研究快报, 2020, 9(5): 570-575. DOI: 10.12677/ccrl.2020.95062
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gy that should be seen as the prerequisite, and the southward cold air stirred up this instable energy, which was the induced factor of this thunderstorm. (2) The process is wet thunderstorm, and nega-tive flashes account 93 percent. Strong convection weather was concentrated in northern and cen-tral area of Nanjing, the Midwest is intensive lightning zone. (3) The upper divergence and low-level convergence and strong upward movement are the dynamic mechanism of the thunderstorm. Strong water vapor transport and high relative humidity provided good moisture conditions. The results of the analysis of the stability index show that the thunderstorm is the result of the common function of the strong dynamic instability and thermal instability. (4) Radar features in the strong lightning re-gion show that the echo intensity is maintained above 45 dBz, the wind profile shows that the low level is the east wind, the middle and low level is the west wind, the echo top height is maintained at about 14 km, and the zero velocity line shows an obvious “S” shape.
Keywords
Strong Thunderstorm, Lighting Treasure, Doppler Radar, Parameters of Weather Physics
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
雷暴是江淮地区发生频率较高的灾害性天气之一，多为具有强降水特征的雷暴，产生以负极性地闪为主的放电。江苏省是强对流天气的多发省份，南京市地处江苏省西南部，气候多变，地形复杂，长江横贯其中，形成了南京盛夏季节雷暴多发的特点，属雷灾高度脆弱区。近年来国内对雷暴的研究已做了不少的工作。有的使用气象统计方法，选取与雷暴相关性好的气象因子，作雷暴潜势预报；有的从探测产品着手，分析雷达产品与雷暴生消演变之间的关系[1]；有的研究人员分析雷暴层结特征[2]。随着数值预报技术的发展，数值模拟也成为重要的研究手段[3]，在强对流天气的动力和能量参数方面国内外学者也做了许多研究[4] [5] [6] [7] [8]。强雷暴天气产生的条件，即大气中存在不稳定层结，低层中有丰富的水汽条件加之强的抬升条件，已经为国内外学者所认同[9]。
2014年9月28日15时至29日0时，南京市发生了一次强对流天气过程，多站次出现短时强降水、雷雨大风和冰雹。本文通过常规地面及探空气象资料、环流背景、物理量场，结合多普勒天气雷达资料进行分析，旨在加深对强雷暴天气形成发展机制的认识，深入了解雷暴发生前大气能量结构，为雷暴的潜势预报提供理论依据。
2. 资料来源
选取2014年9月27~28日NCEP 1? × 1? 6 h一次的再分析资料，南京Z9250多普勒天气雷达2014年9月28日探测资料，观测间隔为6 min。闪电数据来自江苏省闪电定位网，闪电探测仪器为ADTD VLF/LF闪电探测系统。其中不包括云闪，主要监测云地间发生的闪电(即地闪)。
3. 闪电时空分布特征
3.1. 闪电时间特征
本次雷暴过程中全省共出现闪电17,366次，其中南京市出现6938次，包括490次正闪和6448次负闪，负闪占总闪数的93%，密集的负地闪表明对流活动的强盛[10]。其中28日18时至21时闪电频数最
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高，最大电流幅值为185.38 kA，最小为7.37 kA，平均电流幅值为36.1 kA。闪电强度集中在?50~?10 kA，陡度集中在?30~0 μs。
3.2. 闪电空间特征
第一次雷电出现在南京市江浦区(118.5?E、31.9?N)，雷电轨迹呈西北–东南走向。
表1为南京市六个辖区的闪电次数和闪电密集时段表。强对流天气集中在北部和中部，除了不稳定能量快速释放以致位于南部的溧水和高淳无充足能量供给之外，还考虑地形抬升作用的影响。
Table 1. Lightning features of six jurisdictions 表1. 六个辖区的闪电特征
地点 闪电次数 闪电集中时段
六合区 1219 17~21时
浦口区 2539 18~22时
市辖区 1913 18~23时
江宁区 1248 19~23时
溧水 9 22时~结束
高淳 10 19~20时
浦口区境内集丘陵、低山、平原、江河为一体，地形的抬升条件充足，有利于雷暴的发生；市区有长江穿过，又有紫金山、栖霞山等山脉，水汽和地形条件都十分有利；江宁区有山脉带，又有秦淮河纵贯南北，起伏的丘陵山脉为气流抬升提供了动力和热力条件，而河流的贯穿提供了水汽条件。位于北部的六合区在四个区中闪电次数最少，主要是因为其位置偏北，地势开阔，温度较其他各区低，抑制了对流的产生。
4. 环流背景分析
高空形势场
500 hPa，26~27日西太平洋副热带高压西伸北抬，脊线压至32.5?N以北。受其控制，南京出现持续的高温高湿天气。28日08时至20时，西风带上短波槽东移南压，南京处于槽前上升运动区，同时处于副高西北侧的层结不稳定区，有利于雷暴的维持和发展。700 hPa，27日20时，四川北部有西南涡存在，西南涡前切变线位于南京以北，切变线南部的西风急流加强低层的扰动，把孟加拉湾的暖湿空气输送到江苏地区，低层出现强暖湿空气平流。28日12时，西南涡及切变线向西北方向移动，南京处于切变线南部。9月27日起，850 hPa 0℃线逐渐南移，28日12时已到达我国东北地区和内蒙古东北部，28日20时冷空气南下入侵江淮地区，冷暖气流与南京地区交汇。
5. 物理量场配置
5.1. 动力条件
5.1.1. 散度
沿118.7?E (南京站经度)做散度垂直剖面，其中阴影区为负值区，即辐合区。28日6时(图1(a))南京区域上空400 hPa~250 hPa为辐散区，其东南方诱出一强辐合中心。随后正散度和负散度逐步增加，28日12时(图1(b)) 400 hPa以上高层存在正值中心，辐散气流明显，低层为辐合区。雷暴发生前，高层辐散、低层辐合的动力耦合使垂直上升运动加强，为强对流天气的出现提供了有利的动力条件。 5.1.2. 垂直风切变
强的垂直风切变能产生强电流的闪电，也有利于雷暴的发展和维持。28日12时，U风速的最大垂直切变达到18 m/s。另外，U风速的垂直切变为正表示风向为西风，V风速的垂直切变为正表示风向为
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