黄花机场雷暴特征统计及浅析

龙源期刊网黄花机场雷暴特征统计及浅析作者：黄霖来源：《中国科技纵横》2017年第20期摘要：本文利用观测月、年总簿资料，挑选并统计出2006年1月1日至2016年12月31日雷暴逐月发生总日数、逐年发生总日数、逐时发生总次数及其日变化情况，初雷逐年发生时间、雷暴发生方向及其特征，并依据以上统计作出简单分析。目的是让观测员对黄花机场雷暴特征有一个整体了解，加强对雷暴的认识，减轻其对雷雨天气的排斥情绪，最终为观测工作提供帮助。关键词：雷暴；总日数；初雷；统计中图分类号：P446文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）20-0189-031引言[1]雷暴是一种常见的天气现象，对飞行安全具有较大的影响。雷击发生区域主要集中在±3℃等温线所在高度之间以及砧状云和浓积云顶之间。导电良好的金属飞机遭到雷击只会在飞机表皮上烧出几个小洞以及烧毁一部分电子设备。强烈的雷暴电场和闪电会严重干扰中、短波无线电通信，甚至会造成通信联络短时中断，但其对超短波通信的影响比较小；强烈的电场和闪电还会引起飞机个别部位磁化，使磁罗盘产生误差；使无线电罗盘指示器的指针缓慢旋转或左右摆动，当出现的干扰足够强烈时指针会突然偏转向雷暴出现的方向，甚至在该方向停留较长时间。同时，飞机因为在雷暴电场中飞行，会携带大量感应电量，可能会在翼尖等部位出现跳火花的现象，从而影响到无线电通信。当雷暴出现在机场上空时，其所带来的强降水、低能见度、风向突变和阵风，对飞行安全和地面设备也会产生非常大的影响。当机场出现雷暴时，会造成飞机绕行，部分航班可能会备降、延误、甚至取消，这些情况对航空公司会造成比较大的经济损失，同时也给旅客造成了不便。因此研究黄花机场雷暴特征对于提高观测员对雷暴的观测，保障飞行安全具有比较大的意义。2资料与方法本文采用湖南空管分局观测情报室2006年1月至2016年12月的月总簿、年总簿中的雷暴记录作为原始资料，制作出雷暴逐月发生总日数、逐年发生总日数、逐时发生总次数及其日龙源期刊网变化情况，初雷逐年发生时间、雷暴发生方向相关图表并进行统计分析，了解黄花机场雷暴相关特征。3结果与分析3.1雷暴的成因[2]雷暴的形成有多种原因，以普通雷暴为例，要形成雷暴应当具备以下三个必要条件：3.1.1大量的不稳定能量垂直运动是否强烈由大气中不稳定能量的多少决定，如果大气中不稳定能量越多，并且层次足够厚，那么云伸展的高度就会越高，此时只要空气中的水汽足够充沛就能够形成雷暴云。3.1.2充沛的水汽充沛的水汽是形成雷暴的重要原因，有强烈对流发生，但是如果没有充沛的水汽，那么也不可能产生高大的雷暴云。所以雷暴云时常出现在水汽比较充沛的地区，在比较干旱的地区，如沙漠地区，雷暴是非常罕见的。3.1.3足够的冲击力大气中不稳定能量的多少和水汽的充沛程度只是形成雷暴的先决条件，是否有足够的冲击力使空气抬升到自由对流高度是形成雷暴的导火索，只有拥有足够的冲击力才能使不稳定能量释放出来，上升气流才能强烈发展，最终形成雷暴云。大气中的冲击力有：地形抬升、锋面、气流辐合以及地表受热不均等。另外，从单个雷暴形成的物理现象看，只有积雨云中有足够的电荷才会导致雷暴放电。一个发展成熟的积雨云，其正负电荷的分布如图1。图1所示：正电荷区主要分布在-20℃的冻结高度以上，在-20℃以下区域主要是负电荷，而又有小部分的正电荷区在底部，其所代表的的区域有强烈下降气流或大雨，矢线代表云中气流情况。当积雨云中聚集了足够充沛的电荷时，空气会因为电离出现一条耀眼火花而形成的导电通路，并向着符号相反的电荷中心移动，最终两种不同符号的电荷中和，形成闪电。闪电形成时，空气会急速膨胀，引起剧烈的增压而形成纵波，并发出强烈的振动声，这就是雷声。通过闪电和雷声相隔的时间，可以算出闪电出现位置距离观测者的大概距离。3.2雷暴月发生总日数统计及分析龙源期刊网月各月雷暴发生总日数。可以看出这段时间中一共发生了418日雷暴。其中8月发生雷暴日数最多，为72日；其次是4月和7月，分别为65日和63日。1月份发生雷暴日数最少，为0日；其次是12月和11月，分别为1日和4日。一年中雷暴主要集中在3月至8月发生，这6个月共计发生370日雷暴，占总雷暴日数的88.5%，分析其原因，首先该时间段水汽充足，太阳辐射强烈，容易形成强烈对流；而且该时间段锋面出现较多，能够提供足够的冲击力。而这6个月正好是春夏两季，可以看出黄花机场春夏两季是雷暴发生最为频繁的季节，这两个季节也是雷雨保障任务最为繁重的季节。从图表中可以看出，雷暴在1月份发生次数为0日，即这11年中1月份都没有雷暴发生，而11月和12月雷暴分别只发生4日和1日，分析其原因，一是冬季比较干燥，不能提供充沛的水汽；二是冬季大气比较稳定，没有足够的冲击力；三是太阳辐射弱，空气不易形成剧烈对流。根据图表可以看出，这三点在1月份表现的尤其突出。因此，这3个月对观测员的雷雨保障任务相对也比较轻松。3.3雷暴年发生总日数统计图3统计了2006年至2016年共计11年全年雷暴发生总日数。这段时间内雷暴共计发生418日，年平均雷暴日数为38日，可以看出黄花机场属于雷暴较多地区。其中2013年雷暴发生总日数最多，为50日，占11年雷暴总日数的11.9%；其次是2016年和2014年，分别为49日和48日，占11年雷暴总日数的比例分别是11.7%和11.4%；这3年雷暴发生总日数超过了11年雷暴发生总日数的三分之一；2011年雷暴发生总日数最少，为21日，占11年雷暴总日数的5.0%；其次是2009年和2007年，分别为26日和28日，占11年雷暴总日数的比例分别是6.2%和6.7%；这3年雷暴总日数不到11年雷暴总日数的五分之一。可以看出雷暴年出现总日数最多的三年都在12年以后，而雷暴年出现总日数最少的三年都在11年以前，说明雷暴年发生总日数整体上是朝越来越多的方向发展，可以预计将来雷暴年发生总日数会越来越多。同时从图3还可以直观的看出雷暴年发生总日数是呈大小年变化的，即一年多一年少，根据该规律，我们可以大胆预测2017年相较2016年雷暴年发生总日数会偏少。3.4雷暴的日变化特征图4统计了2006年1月1日至2016年12月31日逐时发生雷暴总次数。图中1时出现的雷暴次数代表北京时1点至2点之间出现的雷暴次数，以此类推。只有在该时间段内首次出现才计入统计，由上一时间段持续至下一时间段的不计入统计。从图表中我们可以看出，2006年1月1日0点到2016年12月31日24点共计出现雷暴506次。雷暴在每日的每一时间段都会发生，从13点开始到16点，雷暴数量逐渐增加，而雷暴发生的最高值出现在19点，为50次；次高值出现在24点，为43次；其次为16点出现的龙源期刊网次；这三个时间段出现的雷暴总次数占总雷暴次数的26.3%，超过全天各时间段雷暴总次数的四分之一。雷暴发生的最低值出现在3点，为11次；次低值出现在23点和9点，都为12次；这三个时间段出现的雷暴总次数占总雷暴次数的6.9%，不到全天各时间段雷暴总次数的十分之一。因此，观测员在日常工作中要特别注意19点、24点、以及16点三个时间段可能出现的雷暴。分析其原因，黄花机场以锋面雷暴居多，冷锋雷暴在昼间、夜间、陆地、海上都能出现，日变化较小，一般下午和前半夜较强，早晨减弱。图表中雷暴在午后以及前半夜偏多也符合冷锋雷暴的特点。3.5初雷统计图5统计了2006年至2016年黄花机场初雷发生日期，从图表中可以看出，黄花机场初雷集中在2、3月份发生，并且集中在中下旬发生。其中最早一年是2010年和2012年，初雷发生日期都是2月5日；最晚一年是2011年，初雷发生日期为3月23日。从图5中我们还可以看出，在2011年以前初雷整体发生日期都偏晚，而2012年以后初雷整体发生日期较之前偏早，初雷发生日期整体呈一个越来越早的趋势，可以推断今后初雷发生日期都会偏早。经过统计分析可以知道，观测员在2月份以后要尤其注意初雷的发生，做好初雷的报告。3.6雷暴发生方向经过对图2的分析后我们知道每年3月到8月是雷暴发生日数最多的月份，因此我们把这6个月拿出来单独分析。表1统计了2006年至2016年每年3月1日至8月31日雷暴每次出现方向的总次数，图6统计了各个方向出现次数占总次数的比例，表1和图6中雷暴的发生包括雷暴消散后又出现的情况。从图表中可以看出，雷暴发生方向最多的是正南方向，占20%比例，其次是正西方向和西南方向，分别占19%和16%比例，三个方向发生雷暴总数占比为51%。出现这一情况的原因我们考虑是由于黄花机场处于西风带，系统性雷暴多随天气系统的移动而移动，热雷暴的移动方向大体上与500hpa等压面上图上气流方向一致。雷暴发生方向最少的是东北方向，占比仅为4%，其次是正东方向和西北方向，占比均为5%。4结语龙源期刊网经过以上统计分析，我们对雷暴的一些特征有了简单认识，作为观测员，对于雷暴的监控，要做好以下几点：（1）加强3月至8月雷暴的监控；（2）加强午后和前半夜雷暴的监控；（3）每年2月要做好初雷的监控；（4）当有雷暴发生时，加强对西面、西南面、以及南面雷暴的监控；（5）当雷暴出现时，不要慌张，按照工作程序规定逐条处理相关事项；（6）发布报文时要做好检查工作，做好与相关单位的信息通报工作。做出以上统计，目的在于提高观测员对雷暴的了解以及观测，能够为服务对象提供更加优质的气象服务，为飞行安全尽自己的绵薄之力。参考文献[1]耿家勤，石步鸠，邓明光，等.民用航空气象地面观测技术手册[M].中国民用航空总局空中交通管理局，2007.103-104.[2]耿家勤，石步鸠，邓明光，等.民用航空气象地面观测技术手册[M].中国民用航空总局空中交通管理局，2007.85-86.[3]耿家勤，石步鸠，邓明光，等.民用航空气象地面观测技术手册[M].中国民用航空总局空中交通管理局，2007.86.