1. 引言
云南地处低纬高原，受东亚季风和南亚季风共同影响，形成干湿季分明的季风气候特征。与全国大多数地区相比，云南暴雨范围小、雨量集中、局地性和突发性强，暴雨预报难度大。云南暴雨大多属于强对流性暴雨，强降雨同时伴有雷暴、短时强降水、冰雹等强对流天气 [1] [2] 。云南的强对流天气主要表现为雷电、暴雨、大风、冰雹等天气现象，主要特征为强对流天气主要发生在雨季，即每年的5月至10月，尤其是7月到8月，强对流天气在空间上具有很强的局部性和时空性，一方面会在山区、高海拔地区以及湖泊等地形、气候条件较为复杂的地方产生，另外也会在平原地区发生。云南地区强对流天气大多持续时间短，但强度很高，一般会伴随着雷电、冰雹、暴雨等现象，威力十分巨大，对人畜、交通、建筑以及农作物等造成很大的危害。在雨季中，云南强对流天气的发生频率很高，一天内可出现数次强对流天气现象。综上云南强对流天气在时空分布、强度及发生频率等方面具有明显的特征。郑媛媛等 [3] 对特定的天气型进行细化，结果表明：逆温层、中层干冷气流和强垂直风切变等条件对强雷暴的形成非常有利。
有学者研究指出 [3] [4] 高空强冷平流主导型的第一类雷雨大风的预报中，K指数和SI指数等反映热力不稳定性的对流参数在此类型雷暴大风的预报中具有一定的局限性。段炼等 [5] 研究发现FY_2G卫星资料能对此次雷暴生成区、雷暴变化过程有较好的表征，对中小尺度雷暴发生的短时和临近预报有较好的指导作用。在我国，雷暴伴随的短时强降水是一种常见的极具影响力的天气现象，这种强降水过程具有历时短暂但强度大的特点，可在短时间内引发大量降水，从而导致滑坡、泥石流、城市内涝等多种灾害，对社会经济和人员安全造成重大影响。此外，由于该天气现象突发性强、时空尺度较小，气象预报业务难以做出精确预报 [6] [7] 。我国短时强降水分布较广泛，时间尺度较大，局地性强降水和大范围持续性强降水都可能增加洪涝灾害的发生概率，对社会经济造成严重影响。
思茅机场位于云南省普洱市思茅区境内，距离普洱市区约15公里，海拔高度为1831米。机场北面为普洱市区，南面为勐海县、勐腊县所辖的勐库镇、勐约镇，东面和西面分别为江城县和景东县。机场周围地形丘陵起伏，天气受局地地形影响较大 [8] 。本文利用多源资料对云南思茅机场一次强对流天气过程进行诊断分析，以期为思茅机场强对流天气预报以及相关航空公司用户提供参考。
2. 资料来源
本文利用2022年7月7日NCEP FNL全球大气再分析资料，其空间分辨率为1˚ × 1˚，时间分辨率为6小时；降水量资料采用云南省国家观测站降水资料，该资料的时间分辨率为1小时，该资料由云南省气象局信息中心和云南省气象台开放实验室提供。全文中的时次如无特别说明，均为北京时。
3. 思茅机场雷暴天气特征
3.1. 雷暴日数的年变化和年际变化特征
普洱思茅机场2006~2020年的年平均雷暴日数为71.3天，从图1可看出全年各月均有雷暴发生，且雷暴日数分布与本场干湿季相吻合。雷暴多发生在4~10月，主要集中在6~9月，占总数的69.4%，平均雷暴日数峰值出现在8月，为15.5天，次高值出现在7月，为13.1天；11月至次年3月，雷暴较少，12月最少，平均雷暴日数仅为0.1天。对2006~2020年6~9月的平均雷暴日数进行年际变化分析，可看出6月最大值与最小值之差为8天，7月最大值与最小值之差为15天，8月为13天，9月为13天，7月平均雷暴日数年际变化最大，这与各年雨季开始早晚及降水量有关(见图1)。
Figure 1. Annual variation characteristics of thunderstorm days
图1. 雷暴日数的年变化特征
2006~2020年的逐年雷暴日数年际变化呈缓慢下降趋势，雷暴日数最多87天，出现在2008年，最少55天，出现在2012年。2006~2013年雷暴日数波动较大，2014年以后趋于相对平稳状态且缓慢下降状态(见图2)。
Figure 2. Interannual variation characteristics of thunderstorm days
图2. 雷暴日数的年际变化特征
3.2. 雷暴的初期和终期
普洱思茅机场2006~2020年雷暴初日在1至5月间，最早2016年1月1日，最晚2006年5月12日，平均为2月21日，年际差别较大；雷暴终日平均在10月26日，最早2020年10月5日，最晚2018年12月8日，年际差别大；平均雷暴初终日之间的日数平均为248天(见表1)。
Table 1. Initial and final statistics of thunderstorms in 2006~2020
表1. 2006~2020年雷暴的初期和终期统计
3.3. 雷暴的日变化特征
从普洱思茅机场2006~2020年累年合计的逐时雷暴出现次数看，普洱思茅机场的雷暴日变化明显。本场雷暴发生有一个大高峰和一个小高峰，大高峰时期雷暴多发生在07~14时，小高峰主要在21~23时，18~19时及02~04时雷暴发生极少；08~10时发生的雷暴次数最多，均达15次以上，其中10时为雷暴发生最多的时刻，为19次。上午02~04时雷暴出现较少，18~19时出现雷暴次数为0，考虑是由于本场16~19时期间无航班，缺少记录。本场发生在午后至傍晚的雷暴，多为局地性单点对流产生的雷暴，深夜的雷暴多为系统性雷暴(见图3)。
3.4. 雷暴的持续时间
2006~2020年累年雷暴持续时间在各时间段出现的次数从全年情况分析，本场雷暴出现的次数随雷暴持续时间的增大而减少，雷暴持续时间主要为0~2小时，占年平均总数的87.3%；持续0~1小时的次数最多，共出现39.5次，持续4~6小时的次数最少，仅0.5次。从最长持续时间上看，持续时间较长的月份主要还是集中在6~9月，历史极值出现在2010年8月，持续时间最长的为5.5小时，其余月份最长持续时间极少超过4小时(见图4)。
Figure 3. Diurnal variation of the number of thunderstorms (unit: times)
图3. 雷暴出现次数的日变化(单位：次)
Figure 4. The number of thunderstorm duration in each time period (unit: times)
图4. 雷暴持续时间在各时间段出现的次数(单位：次)
4. 过程概况和天气形势
4.1. 过程概况
受空中槽线以及锋面过境影响，2022年7月7日云南省思茅机场出现了一次强对流天气过程，并伴有雷暴、短时强降水等天气现象，本次强对流天气持续时间较长，以局地阵雨为主，后期发展为中雨，降水时段为7日08时~16时，期间共发生两次雷暴天气分别为17时56分至10时10分以及20时40分至21时47分。由图5可知，短时降水主要集中在云南省西南以及南部地区，思茅机场位于降水中心区域，同时还出现了17~25 m/s的大风，并伴有雷电等强对流天气现象，对于航空运输影响较大。
4.2. 环流背景
6日08时(图6(a))的500 hPa环流形势显示，亚欧大陆中高纬度地区呈现出“两槽一脊”型环流形势，高压脊位于贝加尔湖西南侧，穿过我国内蒙古中西部和青海地区，低压槽区则位于贝加尔湖东南侧，延伸至我国内蒙古东部、华北、华中和西南地区，呈带状分布。思茅机场位于高空槽前部，地面冷锋引起思茅机场气温的急剧下降。西太副高的西伸脊点位于(120˚E, 35˚N)附近(图6(a))。副高的西伸既减缓了东亚深槽的移动速度，又加强了偏西气流，进一步为强对流天气的发展提供了有利条件。6日20时(图6(b))，槽线进一步向东移动，副高依然较为强劲，西伸脊点位于(112˚E, 38˚N)附近，持续的暖湿气流为强对流天气的发生和发展提供了较为有利的水汽条件。7日08时(图6(c))，偏西气流转为东北气流，7日20时(图6(d))，副高显著东退，槽线进一步朝东南方向移动，此时思茅机场受到东北气流的控制。综上所述，在对流中层风场出现辐合，副高减弱，同时有一股弱冷空气南下，以上形势为强对流天气的发生提供了有利的环流条件。
Figure 5. 24-hour cumulative monitoring of severe convective weather in China from 23:00 on July 6 to 23:00 on July 7, 2022 (wind field unit: m/s, precipitation unit: mm)
图5. 2022年7月6日23时~7日23时全国强对流天气24小时累积监测(风场单位：m/s，降水量单位：mm)
(a) (b)
(c) (d)
Figure 6. (a) At 08:00 on 6 July; (b) 20:00 on July 6; (c) 08:00 on July 7; (d) 500 hPa geopotential height field (black solid line, unit: dagpm), wind field (wind plume, unit: m/s) and temperature field (red dotted line, unit: ˚C, “·” is the location of Simao Airport) at 20:00 on July 7
图6. (a) 7月6日08时；(b) 7月6日20时；(c) 7月7日08时；(d) 7月7日20时500 hPa位势高度场(黑色实线，单位：dagpm)、风场(风羽，单位：m/s)以及温度场(红色虚线，单位：℃，“·”为思茅机场位置)
本次强对流天气过程中，思茅机场处于较强的西南气流辐合区，6日08时(图7(a))时强劲的西南气流输送了大量暖湿气流到降水区域。7日08时(图7(b))，槽线进一步向东南方向移动，发展至我国华中至西南东部地区，同时冷空气也进一步东移和南下。850 hPa (图7(c)、图7(d))分析发现，强劲的西南气流将大量水汽从孟加拉湾地区输送到我国云南省南部地区，并与西北气流交汇，为短时强降水的形成提供了有利条件。
由于高空槽后冷平流的输送，思茅机场的海平面气压场逐渐降低，导致地面温度显著下降。高层干冷气流和中低层暖湿气流的分布增加了气层的不稳定性 [9] ，这有利于思茅机场强对流天气的发生。7日08时(图8(a))，锋面系统位于我国内蒙古西部、青海省和西南地区北部的一条直线上，而思茅机场基本上处于锋面前方。7日14时(图8(b))，随着锋面系统的东移和南下，锋面呈东北–西南走向，思茅机场将受到锋面过境的影响。这种低层强烈的辐合上升运动为强对流天气的持续发展提供了有利的动力条件。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 7. (a) At 08:00 on 6 July; (b) 08:00 on July 7; 700 hPa; (c) 08:00 on July 6; (d) July 7 at 08:00 850 hPa geopotential height field, wind field (geopotential height field unit: dagpm, wind field unit: m/s, temperature field unit: ˚C, “·” is the location of Simao Airport)
图7. (a) 7月6日08时；(b) 7月7日08时；700 hPa；(c) 7月6日08时；(d) 7月7日08时850 hPa位势高度场、风场(位势高度场单位：dagpm，风场单位：m/s，温度场单位：℃，“·”为思茅机场位置)
(a) (b)
Figure 8. (a) At 08:00 on 7 July; (b) July 7, 14:00 Surface pressure field (unit : hPa, “·” is the location of Simao Airport)
图8. (a) 7月7日08时；(b) 7月7日14时地面气压场(单位：hPa，“·”为思茅机场位置)
综上所述，通过以上分析可以得知，中高层的槽线以及地面的锋面系统是影响思茅机场强对流天气的主要天气系统。高空槽后的偏北气流引导着冷空气向南下并与中低层的暖湿气流相交汇，同时配合地面锋面的过境，为本次强对流天气过程提供了良好的动力和热力条件。
5. 物理量诊断分析
5.1. 水汽条件
6日08时(图9(a))时水汽通量散度的辐合中心位于云南省南部地区，且辐合强度超过了−15 × 10−6 kg/m2·s。思茅机场此时位于辐合中心的北部，6日20时(图9(b))，思茅机场处于水汽通量散度的辐合中心区域，且辐合强度仍超过了−15 × 10−6 kg/m2·s，7日08时(图9(c))机场上空的水汽通量散度有所减小，此时思茅机场处于西北风与西南风的切变区域。7日20时(图9(d))机场上空的水汽通量散度仍超过了−10 × 10−6 kg/m2·s。由此可见，在这次短时强降水过程中，思茅机场上空的水汽辐合较为显著，为降水的发生和发展提供了有利的水汽条件。同时，风切变也为强对流天气的发生和持续提供了有利的动力条件。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 9. (a) At 08:00 on 6 July; (b) 20:00 on July 6; (c) 08:00 on July 7; (d) 20:00 on July 7; 850 hPa wind field (unit: m/s) and water vapor flux divergence (fill color, unit: 10−6 kg/m2·s, “·” is the location of Simao Airport)
图9. (a) 7月6日08时；(b) 7月6日20时；(c) 7月7日08时；(d) 7月7日20时；850 hPa风场(单位：m/s)以及水汽通量散度(填色，单位：10−6 kg/m2·s，“·”为思茅机场位置)
根据图10(a)，6日14时我国西南和西藏东部地区的大气可降水量较大，大值区的中心分别位于四川省东部、重庆市西部和西藏东部地区，其中心的最大值分别超过了140 kg/m2和160 kg/m2。通过持续的西南气流，水汽进一步向思茅机场输送，为短时强降水的发生提供了充足的水汽。6日20时(图10(b))，大气可降水量的大值区仍然位于西藏东部和西南地区，而云南省西部地区的大气可降水量也超过了150 kg/m2，这表明云南省地区的水汽条件良好。7日08时(图10(c))，随着天气系统的移动，我国西南大部分地区的大气可降水量均超过了120 kg/m2，其中思茅机场的大气可降水量超过了140 kg/m2，这表明由于受到槽前的西南气流的影响，仍然有大量的水汽不断输送到降水区域。7日20时(图10(d)))，随着空中槽线和地面锋面系统的不断向东南移动，大气可降水量的大值区的中心此时位于西藏东部和四川省西部地区，思茅机场位于大气可降水量的大值区的南部，这为短时强降水的持续提供了良好的水汽条件。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 10. (a) 14:00 on July 6; (b) 20:00 on July 6 ; (c) 08:00 on July 7; (d) 20:00 on July 7; precipitable Water Vapor (unit: kg/m2, “·” is the location of Simao Airport)
图10. (a) 7月6日14时；(b) 7月6日20时；(c) 7月7日08时；(d) 7月7日20时；整层大气可降水量(单位：kg/m2，“·”为思茅机场位置)
5.2. 动力条件
充沛的水汽、强烈的上升运动是促使短时强降水过程发生、发展的必要条件 [10] ，根据图11所示的思茅机场(100.96˚E, 22.79˚N)的时间–高度剖面分析可知，在6日20时，强降水开始前，在思茅机场上空的700 hPa以下以及500~600 hPa之间存在明显的散度场负值区域。这表明该区域存在一定的辐合上升运动，而在700~600 hPa以及500 hPa以上，存在散度场正值区域，表明该区域存在下沉运动。这种上升和下沉运动的交替为短时强降水的发生提供了良好的动力条件。7日20时，700 hPa以下仍然存在散度负值区域，其中心的最小值小于−1 × 10−6 s−1，而700 hPa以上存在散度正值区域，其中心的最大值超过了1.5 × 10−6 s−1。同时，通过垂直速度的分析可知，在800~400 hPa之间，垂直速度为负值，其中心最小值小于−1.1 Pa/s，并且等值线较为密集，这表明此时大气中存在较强的湍流运动，进一步为强对流天气的持续提供了有利的动力条件。
Figure 11. From 08:00 on 6 July to 02:00 on 8 July; vertical velocity (isoline, unit: Pa/s) and divergence (fill color, unit: 10−6 s−1) of time-height profile at Simao airport
图11. 7月6日08时至8日02时；思茅机场时间–高度剖面垂直速度(等值线，单位：Pa/s)以及散度(填色，单位：10−6 s−1)
5.3. 热力条件
5.3.1. 假相当位温(θse)
6日14时(图12(a))，850 hPa上假相当位温大值区位于我国西藏东部、四川省东部以及重庆市西部、四川省东南部以及云南省东北部地区，此时思茅机场位于假相当位温大值区南部。至7日20时(图12(b))，此时850 hPa上假相当位温的大值区位于我国西藏东部以及四川省西部地区，思茅机场仍位于假相当位温大值区南部，具备高能高湿的不稳定条件，表明此时随着强对流天气的发生，不稳定能量逐渐释放。6日14时的850 hPa上(图12(a))，假相当位温大值区域位于中国西藏东部、四川省东部、重庆市西部、四川省东南部和云南省东北部。在此时，思茅机场位于假相当位温大值区南部，假相当位温超过了358 K。根据之前对高空环流的分析，表明思茅机场位于一个槽前位置，西南气流带来了大量的暖湿气流，为强对流天气的发生提供了充足的水汽条件。7日20时(图12(b))，850 hPa上的假相当位温大值区域位于中国西藏东部和四川省西部，思茅机场仍然位于假相当位温大值区南部，具备高能高湿的不稳定条件。这表明随着强对流天气的发生，不稳定能量逐渐释放。
5.3.2. K指数
6日14时(图13(a))我国西藏东南部和云南省西部、中部地区出现了K指数大值区，中心最大值超过44℃。思茅机场位于大值中心南侧，其K指数数值超过42℃，表明此时思茅机场的大气不稳定程度较强，有利于强对流天气的发生。7日20时(图13(b))，K指数大值区进一步向东移动，此时位于西藏东部、四川省西部和云南省西部地区，且中心最大值仍超过44℃。这表明此时思茅机场的大气不稳定程度仍然较强，强对流天气将持续发展，这也与之前强对流实况分析中第二波次雷暴出现的时间相符。由以上分析可知，冷暖空气交汇导致大气层结不稳定度进一步增大。
(a) (b)
Figure 12. (a) At 14: 00 on 6 July; (b) at 20:00 on July 7; 850 hPa pseudo-equivalent potential temperature (unit : K, “·” is the location of Simao Airport)
图12. (a) 7月6日14时；(b) 7月7日20时；850 hPa假相当位温(单位：K，“·”为思茅机场位置)
(a) (b)
Figure 13. (a) At 14:00 on 6 July; (b) 7 July 20:00; K index (unit: ˚C, “·” is the location of Simao Airport)
图13. (a) 7月6日14时；(b) 7日7月20时；K指数(单位：℃，“·”为思茅机场位置)
5.3.3. 不稳定能量
6日20时(图14(a))，850 hPa以下水汽含量在15 g/kg以上，说明近地层水汽条件较好，在500~400 hPa之间存在逆温层，有利于不稳定能量的储存。在800 hPa以下，风向为西南风。在700~500 hPa之间，风向为东北风，500 hPa以上转为西北风。这表明此时思茅机场空中处于横槽前，且CAPE值为3936 J/kg，不稳定能量充沛。7日08时(图14(b))，逆温层在850~700 hPa之间，且上干下湿，有利于强对流天气的形成。此时CAPE值为3965 J/kg，表明思茅地区上空仍积累了大量不稳定能量，为此次强对流天气过程的持续发展提供了较为有利的动力和热力条件。7日20时(图14(c))，层结曲线落后于状态曲线，且CAPE值仍较大，为3344 J/kg，有利于强对流天气的进一步持续发展
(a) (b)
(c)
Figure 14. (a) At 20:00 on 6 July; (b) 08:00 on July 7; (c) July 7, 20:00, Skew T diagram
图14. (a) 7月6日20时；(b) 7月7日08时；(c) 7月7日20时，斜温对数压力图
6. 结论
1) 中高层的槽线和地面的锋面系统是导致本次强对流的主要天气系统，槽后的偏北气流引导冷空气向南移动，与中低层的暖湿气流交汇，加之地面锋面过境，为本次强对流天气过程提供了较好的动力和热力条件。
2) 强降水过程中思茅机场上空的水汽辐合较为显著，为降水的发生和发展提供了有利的水汽条件，同时较好的垂直风切变也为强对流天气的发生和持续提供了有利的动力条件。思茅机场低空的辐合和高空的辐散产生的抽吸作用有利于垂直上升运动的加强和维持，为强对流的发生和发展提供了有利的动力条件。
3) 西北向东南方向移动的干冷空气加强了思茅机场南北向的温度梯度，干冷气流与暖湿气流在云南省南部地区交汇，从而增加了水汽的积聚，垂直方向上的湍流运动较强，为强对流天气的形成和发展提供了热力不稳定条件，另外思茅机场近地层存在逆温层，使不稳定能量得以积累。