引言

雷暴大风是雷暴和大风两种天气现象相伴出现的灾害性天气，由于破坏性很强，常常给人们的生命财产安全带来严重威胁。关于雷暴大风的预报, 气象学者分别从天气形势、物理量场和雷达回波特征等方面进行了分析和研究^[1-8]，并已取得了一些成果。研究表明：影响对流风暴的发生最重要的是中层干空气和强垂直风切变，而对流云体的合并或对流云线的碰头、相交主要是出现在低层辐合区内^[1]；最有利于雷暴大风产生的探空结构为：低层暖湿，中高层有干冷空气，不稳定度较大，风垂直切变较大^[2]；在雷暴大风发生前, 对流层低层一般为上升运动，来自大气中、上层的干冷空气及其伴随的下沉气流有利于不稳定层结的增强^[3]；雷暴发生时在对流层低层有一个θ_e的极大值，在对流层中层达到其极小值^[4]；有利于雷暴大风出现的环境条件是：下沉气流具有较大的不稳定性，同时对流层低层环境大气的温度直减率较大^[5]。

这些研究对雷暴大风等强对流天气产生的天气形势及物理量特征有了一定的认识，指出了有利于雷暴大风产生的条件，但对广西雷暴大风产生的主要天气型、物理量特征诊断对比分析方面研究的还不多。该文统计了广西2006—2008年雷暴大风天气过程，对雷暴大风发生的天气类型进行了分型和分析，并对各天气类型的物理量特征，及雷暴大风出现区域环境场特征进行了诊断对比分析，旨在为分析研究和预报该类天气提供参考。

1 资料及广西雷暴大风定义

(1) 大风和雷暴资料取自广西2006—2008年90个气象观测站和自动气象观测站资料(除高海拔的自动站外)。

(2) ECMWF提供的2006—2008年500 hPa高度分析场资料。

(3) 2006—2008年08时和20时探空观测资料内插到网格点后计算的K指数、SI指数、假相当位温、相对湿度、水汽通量散度、垂直速度、涡度等物理量再分析资料，格距为2.5°×2.5°，共6层：1000 hPa、925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa、200 hPa。广西区域物理量特征平均场取值范围为：广西区域5个格点，即：25°N、105°E，25°N、107.5°E，25°N、110°E, 22.5°N、107.5°E，22.5°N、110°E的平均值。

(4) 本文对雷暴大风过程的定义为：雷暴发生前、后1小时伴随瞬时风速(阵风)≥17 m·s^-1的大风，广西区域24小时有≥2个站出现雷暴大风，则记为一次过程。

2 广西2006—2008年雷暴大风基本特征 2.1 天气环流分型

按照定义，统计广西2006—2008年资料，总共有45次雷暴大风天气过程，平均每年约出现15次，对各次雷暴大风发生前24小时500 hPa大气环流特征统计分析，发现影响雷暴大风的环流形势以高原东部深槽型(简称高原深槽型)、华北低槽型、西太平洋副高西部型(简称副高西部型)、台风低槽型(含东风波)为主，其中由高原深槽型造成的雷暴大风过程所占比例最大，其次为台风低槽型，最少为华北低槽型(表 1)。

2.2 日变化特征

广西45次雷暴大风天气多发生在午后13:00—19:00，占总站次的69%，峰值发生在16:00左右。这是因为在一般情况下，午后(14时后)的近地面温度达到最大值，热力效应造成近地面层增温达到最强，使得大气的层结状态不稳定度加大，有利于雷暴大风的发生。

2.3 月变化特征

广西2006—2008年雷暴大风出现在3—10月，以4—9月居多，每年4月气温明显回升，雷暴大风发生的次数逐月增加，至7月和8月热力、动力、水汽条件最好，雷暴大风现象最多，9月以后迅速减少；高原深槽型雷暴大风多发生在6—7月，华北低槽型发生在4—6月，副高西部型和台风低槽型多发生在7—8月(表 1)。

2.4 地理分布特点

分析了广西2006—2008年雷暴大风过程资料(图略)，广西45次过程106个站次雷暴大风天气空间分布较为均匀，这与系统影响下的局地热力、动力条件密切相关；雷暴大风多发区(出现次数≥4次的县市)，一个位于涠洲岛和桂东南的梧州市、滕县、象州县、昭平县，另一个位于桂西的南宁市、都安县、巴马县、天峨县，这些多发区大部位于当地地势较高的山头或是河谷旁，由于地形的狭管效应、地形抬升等作用有利于雷暴大风天气的发生。

3 雷暴大风500 hPa环流特征

雷暴大风的发生同其他强对流天气一样是在大的环流背景下发生、发展的，即天气尺度环流的维持可以持续输送大量的潮湿空气，引起不稳定能量的释放，提供雷暴大风发展及维持的有利环流条件，下面就广西雷暴大风的4种天气型分析其合成的500 hPa高度场特征(图略)。

3.1 高原深槽型

2006—2008年高原深槽型18个个例合成的500 hPa高度场主要特征是：青藏高原东部(23°~40°N、100°~110°E)有明显的低压槽，槽后等高线振幅＞15个纬距，青藏高原西部为显著的高压脊，85°~105°E范围环流经向度加大，有利于引导强冷空气从青藏高原东部南下侵入广西，此类入侵路径为西路型冷空气；孟加拉湾有581 dagpm低涡中心，有利于强盛的西南暖湿气流向广西区域输送，西太平洋副热带高压中心位于菲律宾东部洋面，有利于东南暖湿气流向华南地区输送，3股气流在广西交汇，使得广西易产生强烈的对流天气。

3.2 华北低槽型

2006—2008年华北低槽型4个个例合成的500 hPa高度场主要特征是：蒙古至华北地区有明显的低槽，青藏高原南部到孟加拉湾为显著的低槽区，高原南部到广西为槽前偏西南气流控制，华北槽后等高线和南支槽前等高线呈“＞”喇叭状，并在32°~35°N、100°~110°E附近汇合，冷空气从华北槽后的华东地区南下侵入广西，此类入侵路径为东路型冷空气；孟加拉湾为低槽区，其槽前有西南暖湿气流向广西区域输送，西太平洋副热带高压中心位于南海海面上，有利于中南半岛附近的偏南暖湿气流向华南地区输送，3股气流在广西交汇，使得广西易产生强烈的对流天气。

3.3 副高西部型

2006—2008年副高西部型8个个例合成的500 hPa高度场主要特征是：西太平洋副高位于我国东部海面，呈南北向或宽带状，588 dagpm线跨15个纬距以上，西太平洋副高西脊点位于110°E以东，由于副高多呈方头状西伸，其边缘偏南气流较强盛，广西处于其西侧的偏南气流里，由于存在风速辐合或风向气旋性切变，加上午后热对流的作用，容易造成强雷暴大风天气；孟加拉湾有581 dagpm低涡中心，当副高东退时，广西西部有南支槽移出，槽前的西南气流和副高西侧的东南气流辐合，有利于产生强烈的对流天气。

3.4 台风低槽型

2006—2008年台风低槽型15个个例合成的500 hPa高度场主要特征是：台风中心进入南海北部海域，孟加拉湾附近有578 dagpm低涡中心，云南到越南为南支低槽，西太平洋副高脊西伸控制25°~35°N的中国大陆，高原东部和西太平洋洋面上分别有2个高压中心，在副高南侧的广东东部，如果有东风波西移，波的东侧东南风较大，未来24~48小时将影响广西，在午后至上半夜影响的地区，加上热力作用，易出现较明显的雷暴大风天气；在午后到上半夜，当广西低空气流由副高边缘的偏南气流转为台风西半圆(西弧状)的偏北气流时，由于气流东大西小，自东向西辐合，加上午后的热力作用，易产生台风右前飑线和强雷暴天气；此时进入南海的台风有2条移动路径：(1) 台风沿着30°N附近2个高中心的断裂带，即我国东部沿海转向北—东北行；(2) 当30°N附近副高体偏强，台风在广东和广西一带沿海西行，中心进入越南并入南支低槽中。

4 稳定度指数和物理量诊断分析

雷暴大风是一种典型的强对流天气，各种稳定度指数、能量和动力参数能从不同角度反映雷暴大风发生前的大气环境状态和条件^[9-11]。本文分别给出了2006—2008年广西暴雷大风4种天气型的K指数、SI指数、假相当位温、相对湿度、水汽通量散度、垂直速度、涡度等稳定度指数和物理量特征的计算结果，并进行了对比分析。这里主要分析了雷暴大风当天08时的稳定度指数和物理量特征。

4.1 K指数

广西2006—2008年雷暴大风出现前4种天气型各型合成的K指数分布特征是：在云南省附近有一K指数高值中心带，主要呈经向分布，一个K指数高能舌伸向广西区域，广西区域K指数在31~37 ℃，其中华北低槽型在广西东北部有一个35 ℃的高值中心，台风低槽型K指数在34~36 ℃，而副高西部型在广西东南部的K指数较小(31~33 ℃)；表明雷暴大风发生前在广西区域大气层结存在不稳定能量聚集，华北低槽型和台风低槽型的大气层结为最不稳定，副高西部型在广西东南部的大气层结不稳定较小(图略)。

4.2 SI指数

广西2006—2008年雷暴大风出现前4种天气型各型合成的SI指数分布特征是：广西区域SI指数呈经向分布，其中副高西部型、台风低槽型SI＜0 ℃，高原深槽型和华北低槽型在广西区域东部和南部SI＜0 ℃，西北部SI指数在0~1 ℃。表明在雷暴大风发生前广西大部区域大气存在不稳定层结结构，高原深槽型和华北低槽型在广西的西北部气层介于稳定和不稳定层结之间(图略)。

4.3 假相当位温

潜在不稳定是发生强对流天气的必要条件，通常用假相当位温(θ_se)随高度的变化来确定大气的稳定程度， $\frac{{\partial {\theta _{{\rm{se}}}}}}{{\partial z}} < 0$ 表示大气层结是潜在不稳定的。

分析广西2006—2008年雷暴大风发生前4种天气型各型合成的1000~500 hPa的θ_se随高度变化特征(表 2)，发现：θ_se从低层到700 hPa随高度增加很快递减，表明在对流层中低层不稳定度大，有明显的层结不稳定状态，其中副高西部型不稳定度最大，华北低槽型不稳定度最小；到500 hPa高度递减变慢，而高原深槽型为递增，表明高层不稳定度较低层减小，高原深槽型层结开始出现稳定；从500 hPa到200 hPa随高度增加很快递增，即不稳定层结发展到约500 hPa后，层结趋于稳定，副高西部型递增率最大，即高层趋于稳定更快。

4.4 水汽通量散度和相对湿度

强雷暴大风的发生，低层不但要有充沛的水汽，还要有源源不断的水汽输送和辐合。分析了广西雷暴大风发生前4种天气型各型合成的1000 hPa水汽通量散度场(图 1)。从图 1a~1c可见，高原深槽型、华北低槽型和副高西部型从南海经广东到广西有一条SE—NW向带状水汽通量散度负值区，水汽通量散度中心位于南海或桂东南，中心值分别小于-5×10^-7 g·s^-1·cm^-2· hPa^-1、-8×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1和-6×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1，表明南海有水汽辐合，并沿着副热带高压西侧东南气流向广西输送；从孟加拉湾至印缅到广西有一条SW—NE向带状水汽通量散度负值区，水汽通量散度中心位于孟加拉湾附近，中心值分别小于-4×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1、-4×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1和-3×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1，表明孟加拉湾有水汽辐合，并沿着孟加拉湾槽前西南气流向广西输送；广西处于两条水汽辐合的汇合处，其水汽通量散度中心值分别小于-3×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1、-8×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1和-3×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1，说明雷暴大风区(广西区域)低层存在较强的水汽辐合，而华北低槽型在南海、孟加拉湾及广西区域低层水汽辐合最明显。

从图 1d可见，台风低槽型从南海经广东到广西有一条SE—NW向带状水汽通量散度负值区，水汽通量散度中心位于南海，中心值小于-18×10^-7 g·s^-1·cm^-2·hPa^-1，水汽通量散度在广西东部为负，西部为正，表明在南海到广西东部有强的水汽辐合，随着台风的北上西移，水汽辐合区将由广西的东部向西部扩展。

从广西2006—2008年雷暴大风发生前不同天气下相对湿度垂直分布看(表 3)，由于低层水汽辐合作用，广西区域近地层相对湿度较大，而在500 hPa及以上高空相对湿度显著减小，这种层结结构表明低层水汽非常充沛，偏南气流和西南急流所携带的大量水汽亟待向上输送，而对流层高层湿度迅速减小，这样形成了中上干、下湿的不稳定层结。

4.5 垂直速度和涡度

从高原深槽型、华北低槽型、副高西部型沿110°E的垂直速度和涡度，及台风低槽型沿115°E的垂直速度和涡度垂直剖面分布情况发现：雷暴大风发生前，高原深槽型、华北低槽型在广西区域及以北地区(22°~35°N)从近地层到200 hPa整层表现为上升运动(图 2a, 2b)，最强的上升运动在29°N附近的500 hPa上空，其中心值分别为-16×10^-3 hPa·s^-1和-30×10^-3 hPa·s^-1，同时在广西区域及以北地区低层到500 hPa为正涡度区(图略)，最大正涡度在28°N附近的700 hPa或925 hPa的中低空，其中心值分别为26×10^-5 s^-1和32×10^-5 s^-1。

雷暴大风发生前，副高西部型在广西的北部(27°~43°N)从近地层到200 hPa整层表现为上升运动(图 2c)，最强的上升运动在30°N和40°N附近的500 hPa上空，分别有两个中心，其值均为-6×10^-3 hPa·s^-1，同时在广西北部(28°~35°N)从低层到600 hPa有正涡度区(图略)，最大正涡度在700 hPa上空，其中心值大于18×10^-5 s^-1，此时广西区域整层大气为下沉运动和负涡度区。

雷暴大风发生前，台风低槽型在广西区域东南部(南海北部)，从近地层到200 hPa整层表现为强的上升运动(图 2d)，最强的上升运动在18°N附近的500 hPa上空，其中心值为-28×10^-3 hPa·s^-1，同时在广西东南部低层到300 hPa为正涡度区(图略)，最大正涡度在20°N附近的500 hPa，其中心值为30×10^-5 s^-1。

4.6 雷暴大风区域环境场特征

雷暴大风属于中小尺度系统，局地性很强，从广西45次雷暴大风过程看，有25次过程出现的站次≤3个，认为这25次是局地雷暴大风过程，对这25次过程有、无雷暴大风区域稳定度指数和物理量特征进行了对比分析，分析格点取广西区域的5个格点，以出现雷暴大风站点最靠近的格点定为有雷暴大风的区域特征，其余为无雷暴大风的区域特征，计算了25次过程有、无雷暴大风区域平均的稳定度指数和物理量特征(表 4)。

从表征大气稳定程度的K指数、SI指数、θ_{se 700-1000 hPa}，和表征低层水汽辐合大小的1000 hPa水汽通量散度，及动力条件500 hPa垂直速度和925 hPa涡度特征看(表 4)，3种稳定度指数有雷暴大风区域分别比无雷暴大风区域偏强0.8 ℃、0.7 ℃和1.1 ℃，低层水汽通量散度有雷暴大风的区域为比无雷暴大风区域偏小0.1×10^-7 g·s^-1·cm^-2· hPa^-1，500 hPa垂直速度有无雷暴大风区域分别为-4.0×10^-3 hPa·s^-1和-5.0×10^-3 hPa·s^-1，均有强的上升运动，925 hPa涡度有雷暴大风区域比无雷暴大风区域偏强1.3×10^-5 s^-1。

以上分析表明，在大范围环流背景下，广西出现雷暴大风的区域不稳定度更大，且低层水汽辐合和气旋性辐合也偏强。

5 结论

统计了广西2006—2008年雷暴大风发生情况，分析了雷暴大风发生前主要影响系统500 hPa高度场、稳定度指数和物理量特征，及其雷暴大风区域环境场特点，得到：

(1) 雷暴大风的影响环流型有高原深槽型、台风低槽型、副高西部型和华北低槽型；雷暴大风多发生在午后13:00—19:00，峰值出现在16:00左右；7月和8月雷暴大风现象最多；由于地形地势作用，局地雷暴大风出现较频繁。

(2) 雷暴大风产生前，广西大部区域不稳定能量聚积，大气层结很不稳定，低层有强的水汽辐合，相对湿度大；与此同时，在广西区域及其以北地区(高原深槽型、华北低槽型、副高西部型)或广西区域东南部(台风低槽型)整层大气伴有强的上升运动，中低层为明显的正涡度，有利于中低层产生气旋性辐合上升运动及扰动，触发雷暴大风天气的产生。

该文对雷暴大风区域性稳定度指数和物理量特征分析表明，出现雷暴大风的区域其不稳定性比无雷暴大风的区域显著，同时有雷暴大风的区域低层有强的水汽辐合，中低层气旋性辐合也偏强。因此，采用中尺度数值预报模式高分辨率的格点预报资料，结合雷暴大风天气的不稳定指数和能量指标诊断结果，建立有效的雷暴大风天气短时预报系统将是一项很有意义的工作。