“717”庐山强雷电天气过程技术分析
许爱华1 ， 郭 艳1 ， 马中元2
（1.江西省环境预报中心，江西 南昌 330046；2.江西省气象科学研究所，江西 南昌 330046）
摘 要：“717”强雷电是在十分有利对流的天气形势背景下产生的，在卫星云图、雷达回波上都有较明显的特征。通过这个例子的分析，发现高温高湿天气、层结异常不稳定、前倾槽结构、亮温区、强回波伸展高度、“逆风区”和“正速度快速增大区”等特征十分明显，是预报分析强雷电天气的着眼点。
关键词：强雷电 天气背景 分析
中图分类号：P427.32＋1 文献标识码：B 文章编号：1007－9033(2003)01－0021－04
雷暴的形成一是云中水滴要有较大的体积，二是云的相态呈胶性不稳定，三是云中要有一定强度的电场。通常把伴有雷雨大风、强降水、冰雹等灾害性天气的雷暴叫做强雷暴。
我省地处亚热带季风区，雷暴闪电活动频繁。我们统计了1951年1月～2002年7月的全省87个台站的雷暴日（含闪电），发现年平均雷暴日达58.8 d。特别是强雷电，往往会给人们的生命财产造成重大损失。2002年7月17日，我省著名旅游风景点庐山五老峰，出现了1起4名游客死亡、10多人受伤的严重雷电击人事件，就是一个值得研究的个例。
我们利用天气形势、卫星云图、多普勒雷达回波等资料，对这次强雷电过程的主要特征进行分析，并提出一些强雷电天气的预报思路和着眼点。
1 “717”强雷电的天气背景
1.1 强雷电发生前后的天气实况
庐山气象站位于115.59°E、29.34°N，五老峰海拔1 338 m，近北北东－南南西走向，位于庐山的东南偏南约10 km左右,是庐山名胜景区。庐山气象站17日6:51～9:15出现干雷暴；9:15开始出现降水,以后强度逐渐加大，雷电方向由南转向东；9:30～10:30出现了30 mm/h的强降水；9:20～10:30出现浓雾(实际为积雨云)。据游客反映，五老峰9：50左右突然雷电交加，狂风大作，炸雷震耳欲聋，强雷电就发生在9：50～10：00。同时，全省还出现了6站次强降水和2站次的雷雨大风天气。
1.2 强雷电天气形势分析
1.2.1 持续的高温高湿天气
由于大陆暖高压加强和稳定少动，7月10～16日我国中、东部大部分地区出现了入夏以来的大范围高温天气。我省自12～16日也出现了持续高温天气，赣北赣中大部分地区日最高气温为36～38 ℃，局部达39～40 ℃。庐山附近瑞昌、修水和武宁3个县日最高气温分别达到39.8 ℃、39.3 ℃、40.0 ℃。14日庐山日最高气温达30.8 ℃，为历史第三高值。另外，由于低层西南气流从广东、广西快速向北推进，江西上空由反气旋环流转为西南气流辐合区，高湿区范围也迅速向北扩展，大气湿度逐渐增大。
从表1和图1a可以看到:08时850 hPa江南22个探空站中除了14日外，其它时间T－Td≤3 ℃的站次均超
过半数，特别是16～17日，站次增加更加明显，地面江南T－Td≤3 ℃和T－Td≤2 ℃(阴影区)的高湿区明显向北伸展扩大。全省的6站次强降水和2站次雷雨大风天气均出现在地面T－Td≤3 ℃的区域内。16日20时～17日08时，850 hPa T－Td≤3℃的站次从9站增加到18站（南昌T－Td由6 ℃变为3 ℃），700 hPa T－Td≤3 ℃的站次从7站增加到15站（南昌T－Td由7 ℃变为3 ℃）。持续的高温高湿天气使大气低层能量充分积累并向北输送，在长江中下游形成了高能舌（图1b）。
1.2.2 层结不稳定
在实际工作中，通常用各种稳定指数来分析和表征大气稳定度，也通过上下冷暖平流判断稳定度的变化趋势。“717”强雷电在这两方面均有明显特征。
1.2.2.1 常用稳定度指数均反映异常不稳定
我省春季区域性强对流天气不稳定指数K值平均为34～36 ℃，Δθse850－500≥11 K[1]；夏季强对流天气的K、SI指数最大为40 ℃和－6.1[2]。本次强雷电不稳定特征是：
(1) K指数异常大。整个长江流域均在38 ℃以上，南昌高达43 ℃，为历史15 a（1983～1992年和1998～2002年）7月中的历史最高值。
(2) 对流不稳定指数(Δθse850－500)长江流域在8 K以上，南昌是高中心,达16 K。
(3) 根据资料，当－3≤SI< 0时，有雷暴发生的可能；－6≤SI<－3时，有强雷暴发生的可能；SI<－6时，有发生严重对流天气的可能。而这次过程长江流域SI<－3，南昌16日20时和17日08时达－7.9和－7.7。
(4) 不稳定能量EK高值区在湘、鄂、皖、赣邻接地区，南昌16日20时和17日08时均为高值中心。
1.2.2.2 变温场有利于加大不稳定度和对流
庐山地处安庆、汉口、长沙、南昌4个探空站附近，我们把这4站变温和及南昌站变温列在表2中，分析发现，850～700 hPa和400～200 hPa变温绝对值小,500 hPa负变温绝对值大,这一特征在16日20时和17日08时更趋向明显，也说明中层有较明显的冷空气侵入。相关研究表明，中层冷空气侵入十分有利于强对流系统的发生发展。
1.2.3 天气系统的演变和垂直结构有利于强雷电形成
强上升运动是强对流天气的触发条件，从图2我们可以看到：
(1)17日08时850～700 hPa的切变线及500 hPa
的低槽均在我省北部，且各层系统近乎垂直（坡度陡），各层风向切变大，庐山处低层切变附近和500 hPa小槽的前部，即处中低层系统的辐合叠加区，有利于产生较强上升运动。
(2) 地面弱冷锋落后于850～700 hPa的切变线及500 hPa的低槽，庐山处锋前暖区。这种具有前倾槽结构的天气系统配置，有利于庐山形成强对流和强雷电天气。
另外，从16日08时、20时到17日08时天气系统有以下的演变特点：
(1) 500 hPa副高明显东退，我省上空由高压环流变成槽前西南气流。
(2) 925～850 hPa切变由长江以北逐渐南压，江南东部的气流由反气旋性转为气旋性，安庆和南昌由偏南风转为北南对吹风；庐山正处冷暖空气交汇处。虽然≥12 m/s的急流位于华南，但江南地区风速由南向北递减明显，构成了气旋性风速辐合。
(3) 对应地面冷空气700 hPa和500 hPa≥10 m/s西北大风速区，16日20时就南移到长江中下游地区并形成切变。18日当河套地区新的冷槽东南移动时，中低层切变东移，我省中北部转为晴天多云天气。
(4) 地面江南08时3 h变压由1.0～2.0变为－0.2～0.9（低于日变化），在庐山到安徽南部有大片负变压，锋前降压明显。上述形势演变特征也有利于庐山形成强雷电。
2 卫星云图和多普勒雷达回波分析
2.1 水汽云图上庐山附近水汽累积区对应强雷电区
图3是8时30分、9时30分的水汽通道(W)云图和红外（I）云图。在红外云图上，由于对流云团发展时其云向前伸展，亮温区范围较大，很难判断强对流天气主要落区。而在水汽通道云图上，8时30分庐山西部附近有亮温区东移，9时30分发展壮大，10时30分消失。与红外云图比较，亮温区面积小很多，并且和地面雷电密集区相对应，庐山雷电就发生在9时50分～10时。水汽云图主要反应了对流层中上部水汽含量大，亮温区就是一个水汽累积区，表明在庐山雷电发生前，云内已累积了深厚的水汽含量，十分有利于强雷电的产生。
2.2 多普勒雷达回波强度分析
17日9:50前后，庐山站的回波与周围相比并不是最强的。它的最大强度为50 dBz，回波顶高12 km，而湖口的回波最大强度为55 dBz，回波顶高达15～17 km。但从9:52仰角为2.4°的强度图上(图4)可以发现，50 dBz的回波伸展高度达到5.5 km以上（利用雷达测高公式计算得出），且在此高度上仍具有较大的水平尺度。这说明强回波的伸展高度是强雷电发生的一个重要特征。同一天湖口9:31出现了17 m/s的雷雨大风，9:26～10:00的34 min内降雨达38.5 mm；庐山9:15～10:00降雨为22.8 mm，最大风速只有7 m/s（五老峰上的风速无法估计）。我们把庐山出现强雷电天气和同一天湖口出现雷雨大风天气的雷达资料特征进行了比较分析，得出表3特征参数。
从表3可知，单纯的强雷电与雷雨大风相比，各项雷达回波参数可以低1个等级。强雷电一般发生在强度为45～55 dBz，顶高10 km以上，单体水平尺度30 km2以上的回波中；而 >55 dBz，且55 dBz厚度大于4km的回波通常除了产生强雷电外，还伴有雷雨大风、冰雹、龙卷等更剧烈的天气现象。
2.3 多普勒雷达回波速度场分析
多普勒雷达除了可测量回波强度外，还可测量平均多普勒速度，即径向速度。理想的中尺度气旋（反气旋）结构在速度图上表现为以径向为轴左右对称的一对正负速度中心,辐散（辐合）区表现为沿径向对称的一对正负速度中心。在这次庐山强雷电过程中，出现了另外形式的辐合区——“逆风区"。它的天气学意义是风向切变区。从图5可以看出，分别从9:12和9:46开始，在大片正速度中包含了2小块封闭的负速度区，也就是在正速度区中产生了“逆风区"，其水平尺度为10～30 km。9:35湖口上空的回波短带正处于稍大的“逆风区"南边缘的风向切变区中，伴随着它移动，湖口先后出现了雷雨大风和强降水天气。2个“逆风区"的位置刚好和灾害性天气发生区及大范围雷电密集区完全对应，时间也十分吻合并有提前量。庐山雷电是发生在大片正速度（5～11 m/s）中出现了正速度快速增大“小块中心”（11～16 m/s）的形成过程中，它的天气学意义是风速由比较均匀变为有切变,水平尺度10 km以下（仰角3.5°比仰角1.5°范围大）。这次局地强对流天气和γ－β尺度的辐合和辐散区有关，即有中小尺度系统生成、维持和发展。
3 结语
庐山强雷电天气是发生在局地小尺度系统对应的单体回波中,这些系统是在有利对流天气的大尺度天气形势背景下产生的，在天气形势场、卫星云图、雷达回波上都有明显的特征。强雷电往往与强降水、雷雨大风等灾害性天气伴随，在水汽云图上表现为高层亮温区，在雷达回波强度上表现为强回波区伸展高度较高和在回波速度场上出现了“逆风区"和“正速度快速增大区”。这些特征为开展雷电预报提供了思路和依据。
参考文献
1 许爱华.江西“暖区"强对流天气的热力条件和动力条件诊断分析[J].气象,2001,27(5):32～34.
2 杨梅，李玉芳，李玉林，等.江南夏季雷电回波特征分析[J].江西气象科技,2001，24,（2）：20～23.
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收稿日期：2002年11月22日 改回日期：2002年12月08日
第一作者简介：许爱华(1961－ )，女，高级工程师，从事天气预报业务和科研工作.
