李 力，萬雪麗，齊大鵬，周永水，彭 芳，顧天紅

(1.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002)

0 引言

雷暴大風(fēng)是指由大氣對流活動所導(dǎo)致的地面及近地面的強(qiáng)風(fēng)事件，主要由對流風(fēng)暴的強(qiáng)下沉氣流造成，有時還包括冷池密度流、高空水平動量下傳和上升氣流的抽吸作用[1]。有時，雷暴大風(fēng)的風(fēng)速并不大，但由于輻散氣流的空間尺度很小，則可以產(chǎn)生很強(qiáng)的水平風(fēng)切變，嚴(yán)重威脅航空、水運(yùn)的安全。由于雷暴大風(fēng)有空間尺度小、生命史短、致災(zāi)性強(qiáng)、預(yù)報(bào)預(yù)警難度大等特點(diǎn)，近年來其物理機(jī)制、氣候特征、預(yù)報(bào)預(yù)警一直是研究的重點(diǎn)。張雪晨[2]、崔麗曼[3]、許霖[4]等分別對安徽、河南、湖南多年的雷暴大風(fēng)事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)雷暴大風(fēng)日數(shù)存在顯著的減少趨勢，雷暴大風(fēng)的日變化主要呈現(xiàn)單峰結(jié)構(gòu)，峰值出現(xiàn)在午后到傍晚。費(fèi)海燕等[5]研究發(fā)現(xiàn)中國強(qiáng)雷暴大風(fēng)主要發(fā)生在中國中東部地區(qū)，并對比了不同地區(qū)的強(qiáng)雷暴大風(fēng)中低層垂直風(fēng)切變、明顯的干層、紅外云圖的不同特征。方翀等[6]將華北地區(qū)雷暴大風(fēng)時空分布特征的研究分為高海拔和低海拔地區(qū)，指出高海拔地區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的頻次大于低海拔地區(qū)，并研究了多種環(huán)境參數(shù)對雷暴大風(fēng)的出現(xiàn)及其范圍的指示意義。廖曉農(nóng)等[7]對北京雷暴大風(fēng)日的環(huán)境預(yù)報(bào)因子做了研究，指出下沉對流有效位能、大風(fēng)指數(shù)、對流層下層溫度直減率對雷暴大風(fēng)的指示意義，并給出可用閾值。嚴(yán)仕堯等[8]篩選出華北地區(qū)雷暴大風(fēng)發(fā)生時多個動力熱力指標(biāo)閾值，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了指標(biāo)疊套技術(shù)應(yīng)用于華北地區(qū)的雷暴大風(fēng)潛勢預(yù)報(bào)。高曉梅等[9]研究了魯中地區(qū)雷暴大風(fēng)、冰雹雷暴大風(fēng)和強(qiáng)降水混合型等3種分類強(qiáng)對流天氣環(huán)境參數(shù)特征，并給出相應(yīng)閾值。

近年來，雷暴大風(fēng)天氣頻發(fā)，造成人員傷亡的事件時有發(fā)生，一些研究針對貴州雷暴大風(fēng)的天氣過程做了相關(guān)分析，李路長等[10]對貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)一次雷暴大風(fēng)過程進(jìn)行了環(huán)境參數(shù)和雷達(dá)回波特征分析；吳古會等[11]對貴州西南部的一次冰雹大風(fēng)天氣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)對流有效位能和抬升指數(shù)對于此次過程有較好的指示意義；王君軍等[12]研究了一次影響貴陽的颮線過程，發(fā)現(xiàn)地面大風(fēng)主要產(chǎn)生在溫度梯度最大區(qū)域靠暖區(qū)一側(cè)；張超等[13]對比黔東南兩次雷暴大風(fēng)過程表明，雷暴單體反射率因子核的突然升高和持續(xù)下降可用于下?lián)舯┝鞯亩虝r臨近預(yù)報(bào)。這些研究為貴州省雷暴大風(fēng)的預(yù)報(bào)預(yù)警提供了依據(jù)，但仍然局限于個例分析，對貴州雷暴大風(fēng)缺乏整體性、系統(tǒng)性的認(rèn)識，因此為提高對這種災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力，對貴州省雷暴大風(fēng)進(jìn)行系統(tǒng)性、整體性的研究十分有必要。本文利用地面觀測資料，統(tǒng)計(jì)分析了2012—2016年貴州省雷暴大風(fēng)的時空分布特征，利用NCEP再分析資料計(jì)算雷暴大風(fēng)發(fā)生時的動力熱力參數(shù)，并嘗試運(yùn)用指標(biāo)疊套法對雷暴大風(fēng)進(jìn)行潛勢預(yù)報(bào)，期望為貴州雷暴大風(fēng)的預(yù)報(bào)提供有價(jià)值的參考。

1 資料選取與方法介紹

根據(jù)貴州省2012—2016年人工觀測的危險(xiǎn)天氣報(bào)、重要天氣報(bào)和雷暴觀測資料，對貴州省84個縣級以上氣象站大風(fēng)記錄進(jìn)行篩選，篩選出1個觀測日內(nèi)(20時—次日20時)1個及以上測站出現(xiàn)風(fēng)速≥17 m/s，同時有雷暴發(fā)生的記錄，再結(jié)合地面氣象站、氣象衛(wèi)星等觀測資料，剔除寒潮、熱低壓引起的大風(fēng)，最后得到雷暴大風(fēng)觀測記錄169站次，根據(jù)這169個雷暴大風(fēng)事件的統(tǒng)計(jì)資料分析了貴州雷暴大風(fēng)的時空分布。

定義一天內(nèi)有2個以上站點(diǎn)發(fā)生雷暴大風(fēng)為1個雷暴大風(fēng)日，共計(jì)33個雷暴大風(fēng)日，這樣計(jì)算的對流參數(shù)更具代表性。借鑒梁愛民等[14]的研究方法，選取了雷暴大風(fēng)日中與雷暴大風(fēng)事件發(fā)生地點(diǎn)“鄰近”、發(fā)生時間“臨近”的NCEP 1°×1°再分析資料(間隔6 h，即02、08、14、20時)計(jì)算雷暴大風(fēng)發(fā)生前的對流參數(shù)。由于貴州地處云貴高原，地形西高東低，部分站點(diǎn)的海拔高度高于850 hPa，需要用到850 hPa相關(guān)要素計(jì)算的對流參數(shù)不適用于這些站點(diǎn)，因此在計(jì)算850～500 hPa的溫度差T85、850～500 hPa的露點(diǎn)溫度差Td85時，將海拔高度大于850 hPa的站點(diǎn)剔除，以免計(jì)算的對流參數(shù)無意義，剔除掉高海拔站點(diǎn)后，3月和9月的數(shù)據(jù)樣本較少，故T85和Td85只討論4—8月。其他參數(shù)的計(jì)算仍然保留所有站點(diǎn)。

通過端須圖給出各種對流參數(shù)的分布，并給出雷暴大風(fēng)發(fā)生前對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)的最低閾值，若采用端須圖的最小值作為閾值則會出現(xiàn)大量空報(bào)，因此選擇采用關(guān)鍵參數(shù)分布的25百分位作為潛勢預(yù)報(bào)最低閾值的初猜值，再嘗試運(yùn)用指標(biāo)疊套法根據(jù)實(shí)際預(yù)報(bào)效果進(jìn)行調(diào)整，在空報(bào)率和漏報(bào)率之間選取折中的閾值。指標(biāo)疊套技術(shù)的主要思想是:若滿足雷暴大風(fēng)天氣發(fā)生指標(biāo)X1的區(qū)域?yàn)閅1，滿足雷暴大風(fēng)天氣發(fā)生指標(biāo)X2的區(qū)域?yàn)閅2，則Y1和Y2重合的區(qū)域必然是最容易發(fā)生雷暴大風(fēng)天氣區(qū)域[8]。

2 雷暴大風(fēng)時空分布特征

2.1 時間分布

對2012—2016年雷暴大風(fēng)發(fā)生頻次的月分布統(tǒng)計(jì)如圖1a所示，貴州省雷暴大風(fēng)發(fā)生在3—10月，11月—次年2月沒有觀測到雷暴大風(fēng)記錄。春季(3—5月)雷暴大風(fēng)次數(shù)逐漸增多，6—7月減少，8月雷暴大風(fēng)發(fā)生次數(shù)增加到與5月幾乎相同，每月約45站次，出現(xiàn)次數(shù)均明顯多于其它月份。9—10月為一年中次數(shù)最少的月份，每月只有4站次。春季和夏季發(fā)生雷暴大風(fēng)的頻數(shù)相差不大，春季雷暴大風(fēng)發(fā)生頻率占全年的47.3%，夏季占47.9%，秋季僅占4.7%。6、7月是貴州暴雨多發(fā)時節(jié)，強(qiáng)對流天氣主要以短時強(qiáng)降水為主，水汽充足，濕層深厚，不利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生。對貴州省當(dāng)日發(fā)生3站次以上的大范圍雷暴大風(fēng)過程做月分布統(tǒng)計(jì)(圖1b)，對比圖1a可以得知，3月、9月、10月無大范圍雷暴大風(fēng)過程發(fā)生，僅有個別站點(diǎn)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)。大范圍雷暴大風(fēng)過程絕大多數(shù)(84.2%)發(fā)生在4月、5月和8月，6月和7月分別發(fā)生了1次和2次。

圖1 2012—2016年貴州省雷暴大風(fēng)月分布：(a)雷暴大風(fēng)發(fā)生頻次、(b)3站次及以上大范圍雷暴大風(fēng)過程頻數(shù)Fig.1 The monthly distribution of Guizhou thunderstorm gales from 2012 to 2016.(a) the number of thunderstorm gales, (b) the number of thunderstorm gales processes

從貴州雷暴大風(fēng)的日變化可以看出(圖2a)，發(fā)生的高頻時段在午后到前半夜，05—12時出現(xiàn)的次數(shù)最少，12—14時發(fā)生頻次迅速升高，峰值出現(xiàn)在15—18時，占55.6%，18時以后雷暴大風(fēng)迅速減少。午后地面溫度升高，大氣中不穩(wěn)定能量積聚，動力和熱力條件均有利于強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)生發(fā)展。

統(tǒng)計(jì)3站次以上大范圍雷暴大風(fēng)過程的開始時間和結(jié)束時間，將每次過程首站出現(xiàn)大風(fēng)的時間定義為開始時間，末站出現(xiàn)大風(fēng)的時間定義為結(jié)束時間。從圖2b可知，過程開始時間呈現(xiàn)兩個峰值，一個在13—18時，另一個在00—01時，其中16時的過程次數(shù)突然降低為0，由于雷暴大風(fēng)過程樣本較少故16時代表性不強(qiáng)可忽略不計(jì)。分析表明從后半夜到早晨這段時間開始發(fā)生雷暴大風(fēng)的可能性是很小的，午后是過程開始的高發(fā)期。過程的結(jié)束時間主要分布于午后到前半夜，也有個別過程是持續(xù)到后半夜和早晨。將雷暴大風(fēng)天氣過程開始時間和結(jié)束時間的差值作為過程的持續(xù)時間(圖2c)，在19個大范圍雷暴大風(fēng)天氣過程中，持續(xù)時間多數(shù)在3～4 h，占47.4%，1～2 h的次之，占26.3%，持續(xù)時間>5 h的占少數(shù)。

2.2 空間分布

統(tǒng)計(jì)2012—2016年雷暴大風(fēng)發(fā)生頻次得到貴州雷暴大風(fēng)的站點(diǎn)分布情況(圖3)。雷暴大風(fēng)發(fā)生的高頻地帶總體呈東北—西南向分布，主要出現(xiàn)在烏蒙山脈以東和苗嶺山脈周圍，西南部為雷暴大風(fēng)的高發(fā)區(qū)，關(guān)嶺發(fā)生頻次最高為14次，貞豐、興義、冊亨同樣是雷暴大風(fēng)的高發(fā)地，貴州中部的修文、東北部的銅仁發(fā)生頻次也超過7次。而西北部和東南部較少，這可能是因?yàn)槲鞅辈砍３Ｊ菍α鞒跎吹?，對流發(fā)展不是很旺盛，產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的概率較小。

3 雷暴大風(fēng)過程對流參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征分析

雷暴云的發(fā)生發(fā)展需要熱力不穩(wěn)定能量、抬升觸發(fā)條件和水汽，而大范圍強(qiáng)對流天氣還需要考慮垂直風(fēng)切變和對流層中層是否存在干層(對于雷暴大風(fēng)和冰雹很重要)，因此利用NCEP資料計(jì)算動力、熱力、水汽參數(shù)，分析貴州地區(qū)雷暴大風(fēng)發(fā)生前大氣對流參數(shù)的特征，預(yù)報(bào)員可根據(jù)具體的抬升觸發(fā)條件(如冷鋒、輻合線、地形等)結(jié)合對流參數(shù)，為預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)提供有價(jià)值的依據(jù)。

圖2 2012—2016年貴州省雷暴大風(fēng)的時間分布:(a)雷暴大風(fēng)日變化；(b)大范圍雷暴大風(fēng)過程的開始時間和結(jié)束時間；(c)大范圍雷暴大風(fēng)過程的持續(xù)時間Fig.2 The timely distribution of Guizhou thunderstorm gales from 2012 to 2016. (a) the diurnal variation of thunderstorm gales, (b) the start time and the end time distribution of large scale of thunderstorm gales processes, (c) the duration distribution of large scale of thunderstorm gales processes

圖3 2012—2016年貴州雷暴大風(fēng)發(fā)生頻次空間分布Fig.3 The spatial distribution of Guizhou thunderstorm gales from 2012 to 2016

3.1 熱力對流參數(shù)

3.1.1 對流有效位能CAPE和對流抑制CIN CAPE和CIN是用來表示整層大氣垂直不穩(wěn)定度大小的物理含義最清晰的參數(shù)[15]，對流有效位能CAPE是氣塊在給定環(huán)境中絕熱上升時正浮力所產(chǎn)生的能量的垂直積分，與對流抑制一樣，是對流發(fā)生潛勢和潛在強(qiáng)度的一個重要指標(biāo)。由CAPE的統(tǒng)計(jì)值可知，3—9月雷暴大風(fēng)發(fā)生前CAPE范圍在0～2 562 J·kg-1，平均值為1 038 J·kg-1，中位數(shù)為972 J·kg-1。圖4a是CAPE端須圖的逐月分布，其中，最下面的橫線為最小值，最上面的橫線為最大值，箱格中的橫線為中位數(shù)，方框?yàn)槠骄?，箱格的上下邊緣線分別為75百分位點(diǎn)和25百分位點(diǎn)，◆表示異常值(下同)。CAPE的平均值隨月份先增大后減小，3月最小為605 J·kg-1，7月最大為1 696 J·kg-1，8、9月有所下降。春季(3—5月)CAPE的平均值在600～700 J·kg-1， 夏季(6—8月)開始平均值有明顯的增大，增加到1 000～2 000 J·kg-1，而9月又有所下降，表明CAPE對雷暴大風(fēng)的指示性需要考慮季節(jié)因素，季節(jié)不同，在日常業(yè)務(wù)中判斷是否出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的參數(shù)指標(biāo)是不同的。

抬升力必須克服對流抑制大小的負(fù)浮力才能將氣塊抬升到自由對流高度，即深厚濕對流形成需要的抬升觸發(fā)強(qiáng)度由對流抑制決定[9]。雷暴大風(fēng)發(fā)生前的CIN從25～75百分位的范圍為-32～0 J·kg-1，中位數(shù)為-1 J·kg-1，對流抑制絕對值的最大值為279 J·kg-1。從圖4b可以看出，春季CIN的箱體較寬，分布較分散，但主體絕對值一般都小于50 J·kg-1，7—9月CIN箱體很窄，分布集中，主體絕對值均不超過10 J·kg-1。表明雷暴大風(fēng)發(fā)生前的對流抑制能量很小，而08時的探空一般具有一定的對流抑制能量，隨著午后升溫，一旦突破對流抑制能量達(dá)到自由對流高度，對流發(fā)展旺盛。

3.1.2 下沉對流有效位能DCAPE 雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生需要較強(qiáng)的下沉氣流，通常用下沉對流有效位能DCAPE來表示雷暴內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈下沉氣流的潛勢大小。統(tǒng)計(jì)雷暴大風(fēng)發(fā)生前下沉對流有效位能DCAPE，從25～75百分位的范圍為123～293 J·kg-1，中位數(shù)為208 J·kg-1，最大值為763 J·kg-1。圖4c為DCAPE端須圖的逐月分布，4月DCAPE的箱體分布最寬，平均值為325 J·kg-1，7月和8月DCAPE分布較集中，且平均值較大，表明7月和8月的DCAPE整體有一個躍升，9月又降低。DCAPE對雷暴大風(fēng)的指示性每個月都有所不同，分布集中的月份指示性相對更好。

圖4 對流有效位能CAPE(a)、對流抑制能量CIN(b)、下沉對流有效位能DCAPE(c)端須圖逐月分布(單位：J·kg-1)Fig.4 The monthly distribution of box and whisker plots of CAPE (a), CIN (b) and DCAPE(c).(Unit: J·kg-1)

3.1.3 高低層溫差 大氣靜力穩(wěn)定度可以用高低層溫差來衡量，溫差越大表明大氣越不穩(wěn)定，越有利于對流發(fā)生。700 hPa與500 hPa溫度差(T700-T500)T75從25～75百分位的范圍為15～17 ℃，最大值為23 ℃。850 hPa與500 hPa溫度差(T850-T500)T85從25～75百分位的范圍為25～28 ℃，最大值為37 ℃。T75和T85逐月分布趨勢較為一致，4—6月逐月遞減且春季箱體較寬，分布分散。7—8月與6月相比有明顯升高且箱體較窄，分布集中，運(yùn)用高低層溫差來作為預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)的要素時必須考慮季節(jié)因素。

850～500 hPa的露點(diǎn)溫度差(Td850-Td500)Td85反映了大氣層結(jié)低層和高層干濕狀況，差值越大，表明大氣層結(jié)上干下濕越明顯，對雷暴大風(fēng)的生成是很有利的[16]。Td85從25～75百分位的范圍為24～31 ℃，中位數(shù)為27 ℃，最大值為47 ℃。Td85的逐月分布差異不大，平均值在26 ℃左右，與季節(jié)變化關(guān)系不大。

圖5 700～500 hPa的溫度差T75(a)、850～500 hPa的溫度差T85(b)、850～500 hPa的露點(diǎn)溫度差Td85(c)端須圖逐月分布(單位：℃)Fig.5 The monthly distribution of box and whisker plots of temperature difference between 700 hPa and 500 hPa (a), temperature between 850 hPa and 500 hPa (b),dew point temperature difference between 850 hPa and 500 hPa (c). (Unit: ℃)

3.2 動力抬升參數(shù)

通常用0～6 km垂直風(fēng)切變表示深層垂直風(fēng)切變，在給定濕度、靜力不穩(wěn)定度及抬升的深厚濕對流中，垂直風(fēng)切變對對流性風(fēng)暴組織和特征的影響最大，垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)將導(dǎo)致對流風(fēng)暴進(jìn)一步加強(qiáng)和發(fā)展，尤其表現(xiàn)為組織度的明顯提高。統(tǒng)計(jì)Vws從25～75百分位的范圍為1～3×10-3s-1，中位數(shù)為1.9×10-3s-1，最大值為5×10-3s-1。Vws的逐月分布基本呈遞減趨勢，春季Vws平均值為2.8×10-3s-1，其中5月箱體較寬，分布較分散，而夏季Vws較小，平均值為1.2×10-3s-1，且分布相對集中，9月比8月略有回升。從圖6中注意到，一些雷暴大風(fēng)對應(yīng)有較弱垂直風(fēng)切變的情況，有研究表明，少量雷暴大風(fēng)是由弱風(fēng)垂直切變情況下的脈沖風(fēng)暴所產(chǎn)生[17]，局地雷暴大風(fēng)主要是通過脈沖風(fēng)暴產(chǎn)生下?lián)舯┝鲗?dǎo)致局地地面大風(fēng)，有時最大瞬時風(fēng)速可以超過40 m/s[18]。

圖6 0～6 km垂直風(fēng)切變Vws端須圖逐月分布(單位：10-3 s-1)Fig.6 The monthly distribution of box and whisker plots of 0～6 km vertical wind shear. (Unit: 10-3 s-1)

3.3 水汽參數(shù)

水汽是深厚濕對流的燃料，當(dāng)水汽在雷暴云中凝結(jié)成云滴或冰晶時，釋放的潛熱驅(qū)動了雷暴內(nèi)的上升氣流，本文用整層可降水量PWAT來代表水汽的絕對量。由統(tǒng)計(jì)得到雷暴大風(fēng)發(fā)生前PWAT的變化范圍較大，最大值為52 mm，最小值僅為13 mm，中位數(shù)40 mm。從整層可降水量PWAT端須圖(圖略)可以看出，整層可降水量與季節(jié)有明顯的相關(guān)，春季PWAT的變化范圍比夏季寬，平均值從春季的35 mm增加到夏季的45 mm，9月平均值略有下降。

4 指標(biāo)疊套技術(shù)在雷暴大風(fēng)潛勢預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

根據(jù)上述分析的雷暴大風(fēng)發(fā)生前各種對流參數(shù)的分布特征，可以給出預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)的關(guān)鍵參數(shù)最低閾值的初猜值，并嘗試運(yùn)用指標(biāo)疊套法制作對雷暴大風(fēng)的潛勢預(yù)報(bào)，在檢驗(yàn)中對各種參數(shù)的初猜值進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果給出預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)潛勢的對流參數(shù)最終閾值。

4.1 疊套指標(biāo)的選取

通過分析33個雷暴大風(fēng)日的參數(shù)特征值，考慮產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣需具備的基本的不穩(wěn)定能量、水汽條件和觸發(fā)抬升機(jī)制，以及有利于冰雹和雷暴大風(fēng)產(chǎn)生的中層干空氣，由于觸發(fā)抬升機(jī)制很難在對流參數(shù)中客觀的體現(xiàn)，所以指標(biāo)選取時著重考慮不穩(wěn)定能量、水汽條件和中層干空氣等有利于雷暴大風(fēng)的參數(shù)。基于以上因素選取8個參數(shù)：對流有效位能(CAPE)、對流抑制能量(CIN)、下沉對流有效位能(DCAPE)、整層可降水量(PWAT)、0～6 km垂直風(fēng)切變(Vws)、700 hPa與500 hPa溫度差T75、850 hPa與500 hPa溫度差T85、850 hPa和500 hPa露點(diǎn)溫度差Td85。利用選取的8個因子，建立多指標(biāo)疊套雷暴大風(fēng)天氣預(yù)報(bào)模型，若滿足某參數(shù)相應(yīng)的閾值則記為1，否則記為0，當(dāng)選取的8個參數(shù)都為1時，則達(dá)到這8個參數(shù)閾值的重疊區(qū)域即為預(yù)報(bào)的雷暴大風(fēng)潛勢落區(qū)。

很多對流參數(shù)的指標(biāo)選取需要考慮季節(jié)因素(如第3節(jié)所述)，因此將33個雷暴大風(fēng)日分為春季(3—5月)和夏季(6—8月)分別運(yùn)用指標(biāo)疊套法進(jìn)行雷暴大風(fēng)預(yù)報(bào)的探索，由于9月樣本較少，故在此不做討論。對春季19個雷暴大風(fēng)日和夏季14個雷暴大風(fēng)日的對流參數(shù)指標(biāo)閾值選取如表1所示。用2018年5月進(jìn)行春季指標(biāo)的檢驗(yàn)，該月共有7 d發(fā)生了雷暴大風(fēng)事件，用指標(biāo)疊套法進(jìn)行計(jì)算，正確預(yù)報(bào)出有雷暴大風(fēng)潛勢的6 d，預(yù)報(bào)正確率為74%(預(yù)報(bào)有雷暴大風(fēng)潛勢且出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的；預(yù)報(bào)無雷暴大風(fēng)潛勢且沒有出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的)，空報(bào)率為23%，漏報(bào)率為3%。用同樣的方法，選取2017年8月對夏季指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，該月共有6 d發(fā)生雷暴大風(fēng)，運(yùn)用指標(biāo)疊套法進(jìn)行計(jì)算，8月的31 d中，預(yù)報(bào)正確(預(yù)報(bào)有雷暴大風(fēng)潛勢且出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的；預(yù)報(bào)無雷暴大風(fēng)潛勢且沒有出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的)的天數(shù)為19 d，空報(bào)天數(shù)為11 d，漏報(bào)天數(shù)為1 d，正確率為61%，空報(bào)率為35%，漏報(bào)率為3%。

表1 貴州雷暴大風(fēng)過程對流參數(shù)閾值統(tǒng)計(jì)Tab.1 The statistics of convective parameters threshold for thunderstorm gales processes in Guizhou

4.2 疊套指標(biāo)的應(yīng)用

按照表1中給出的預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)對流參數(shù)的閾值，采用指標(biāo)疊套技術(shù)，判斷滿足參數(shù)閾值的格點(diǎn)。當(dāng)所有參數(shù)在該格點(diǎn)都滿足相應(yīng)的閾值，則判斷該點(diǎn)附近的區(qū)域有產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的潛勢并記為1，反之記為0，再畫出所有標(biāo)記為1的區(qū)域，即為預(yù)報(bào)落區(qū)?，F(xiàn)將指標(biāo)疊套法預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)潛勢落區(qū)的應(yīng)用舉例如下，為減少空報(bào)率，更好的與預(yù)報(bào)落區(qū)比較，個例中大風(fēng)實(shí)況包含了區(qū)域站觀測到的雷暴大風(fēng)記錄。

例1：按照表1中的春季指標(biāo)，運(yùn)用指標(biāo)疊套法計(jì)算2018年5月5日14時起報(bào)，預(yù)報(bào)未來6 h的雷暴大風(fēng)潛勢(圖7b)，陰影區(qū)表示對流有效位能CAPE≥200 J·kg-1、對流抑制能量CIN≤100 J·kg-1、下沉對流有效位能DCAPE≥90 J·kg-1、整層可降水量PWAT≥26 mm，0～6 km垂直風(fēng)切變VWS≥1.5×10-3s-1、700 hPa與500 hPa溫度差T75≥14 ℃、850 hPa與500 hPa溫度差T85≥24 ℃、850 hPa與500 hPa露點(diǎn)溫度差Td85≥24 ℃。實(shí)況5月5日14時—6日00時在貴州中部一線和西南部出現(xiàn)雷暴大風(fēng)天氣，指標(biāo)疊套模型預(yù)報(bào)區(qū)域主要在貴州中部以北和西南部地區(qū)，可見貴州中部、東部和西南部地區(qū)的大風(fēng)實(shí)況與預(yù)報(bào)落區(qū)有較好的重疊，北部空報(bào)，對西部的雷暴大風(fēng)漏報(bào)。

圖7 2018年5月5日14時-5月6日00時雷暴大風(fēng)實(shí)況(a)，2018年5月5日14時起報(bào)，指標(biāo)疊套法預(yù)報(bào)未來6 h雷暴大風(fēng)潛勢(b)Fig.7 The real thunderstorm gales areas from 14 o’clock May 5 to 00 o’clock May 6, 2018 (a), the thunderstorm gales potential trend forecast in next 6 hours based on indicator superposition method, predicted at 14 o’clock, May 5, 2018 (b)

例2：圖8b為2017年8月23日14時起報(bào)，預(yù)報(bào)未來6 h的雷暴大風(fēng)潛勢，同理應(yīng)用指標(biāo)疊套模型，陰影區(qū)表示雷暴大風(fēng)潛勢預(yù)報(bào)落區(qū)。實(shí)況8月23日14—23時在貴州大部地區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(圖8a)，預(yù)報(bào)除貴州西部和東部邊緣外，其余地區(qū)都有雷暴大風(fēng)發(fā)生的潛勢，與實(shí)況較吻合，但對于西部海拔高的地區(qū)預(yù)報(bào)能力較弱。

圖8 2017年8月23日14—23時雷暴大風(fēng)實(shí)況(a)，2017年8月23日14時起報(bào)，指標(biāo)疊套法預(yù)報(bào)未來6 h雷暴大風(fēng)潛勢(b)Fig.8 The real thunderstorm gales areas from 14 o’clock to 23 o’clock October 23, 2017 (a), the thunderstorm gales potential trend forecast in next 6 hours based on indicator superposition method, predicted at 14 o’clock, October 23, 2017 (b)

5 結(jié)論與討論

根據(jù)貴州省2012—2016年169站次雷暴大風(fēng)個例進(jìn)行時空分布的統(tǒng)計(jì)分析，利用NCEP再分析資料計(jì)算雷暴大風(fēng)發(fā)生前的大氣環(huán)境條件，并給出對流參數(shù)的逐月分布。根據(jù)對流參數(shù)隨季節(jié)的變化關(guān)系，分別給出春季和夏季預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的最低閾值作為指標(biāo)，嘗試運(yùn)用指標(biāo)疊套法制作雷暴大風(fēng)潛勢的預(yù)報(bào)落區(qū)。主要結(jié)論如下：

①貴州雷暴大風(fēng)發(fā)生在3—10月，5月和8月雷暴大風(fēng)發(fā)生次數(shù)最多，每月約45站次，9月、10月最少。一天當(dāng)中雷暴大風(fēng)發(fā)生的高頻時段在午后到前半夜，峰值出現(xiàn)在15—18時，05—12時出現(xiàn)的次數(shù)最少。絕大多數(shù)(84.2%)大范圍雷暴大風(fēng)過程發(fā)生在4月、5月和8月，而3月、9月、10月沒有大范圍雷暴大風(fēng)過程發(fā)生。大范圍雷暴大風(fēng)過程開始時間主要在13—18時，結(jié)束時間主要在午后到前半夜，持續(xù)時間多數(shù)在3～4 h。

②貴州雷暴大風(fēng)發(fā)生的高頻地帶總體呈東北—西南向分布，主要出現(xiàn)在烏蒙山脈以東和苗嶺山脈周圍，西南部為雷暴大風(fēng)的高發(fā)區(qū)，關(guān)嶺發(fā)生頻次最高為14次，而西北部和東南部較少。這可能是因?yàn)槲鞅辈砍３Ｊ菍α鞒跎吹兀瑢α靼l(fā)展不是很旺盛，產(chǎn)生雷暴大風(fēng)概率較小。

③CAPE的平均值隨月份先增大后減小，3月最小，7月最大，表明CAPE對雷暴大風(fēng)的指示性要考慮季節(jié)因素，季節(jié)不同在日常業(yè)務(wù)中判斷是否出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的參數(shù)指標(biāo)是不同的。春季對流抑制CIN分布較分散，但主體絕對值一般都小于50 J·kg-1，7—9月CIN分布集中，主體絕對值均不超過10 J·kg-1，表明雷暴大風(fēng)發(fā)生前的對流抑制能量很小。

④7月和8月DCAPE分布較集中，平均值最大。DCAPE對雷暴大風(fēng)的指示性每個月都有所不同，分布集中的月份指示性相對更好。

⑤T75和T85逐月分布趨勢較為一致，4—6月平均值逐月遞減，7—8月明顯增加，運(yùn)用高低層溫差來作為預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)的要素時必須考慮季節(jié)因素。Td85的逐月分布差異不大，平均值在26 ℃左右，可見與季節(jié)變化關(guān)系不大。

⑥Vws平均值的逐月分布基本呈遞減趨勢。PWAT的變化范圍較大，最小值為13 mm，最大值為52 mm，中位數(shù)40 mm。整層可降水量與季節(jié)有明顯的相關(guān)，春季PWAT的變化范圍比夏季寬。

⑦分別選取春季和夏季8個關(guān)鍵對流參數(shù)的最低閾值作為預(yù)報(bào)雷暴大風(fēng)的指標(biāo)，并嘗試運(yùn)用指標(biāo)疊套法作出對雷暴大風(fēng)的潛勢預(yù)報(bào)。檢驗(yàn)結(jié)果表明指標(biāo)疊套法能較好的預(yù)報(bào)出雷暴大風(fēng)的潛勢，但空報(bào)率較高，預(yù)報(bào)員仍然需要根據(jù)具體的抬升觸發(fā)條件來作出消空的訂正。