1. 引言
雷暴是一种发展旺盛的强对流天气，是发生在强对流云中并伴有闪电、大风、龙卷、阵雨、冰雹等的中小尺度对流天气系统，是飞行中的航空器所遇到的最恶劣、最危险的天气，对飞行安全有严重的影响[1]。航空器在雷暴云团中飞行非常危险：云团中有强烈的阵性垂直气流和湍流，造成航空器强烈颠簸，使航空器偏离航向，难以操纵，不能保持原有飞行高度；大量的过冷水滴会使云中飞行的航空器产生严重积冰，影响空气动力性能，造成航空器的操作性和稳定性下降；云下强烈的风切变、阵风和下击暴流等可造成航空器失速、不能保持飞行姿态、偏离下滑道；航空器遭遇雷击会干扰无线电通讯，常使机载通讯设备损坏或失灵。因此雷暴的预报是航空预报的重点和难点[2]。国内对造成雷暴的环流形势研究已有许多，谭丹等[3]总结了我国飑线的4种天气背景和触发机制，即台风倒槽型或东风波型、槽前型、槽后型、高压后部型。李典南等[4]分析了我国春季冷锋北侧的冰雹天气的环境场特征，指出此类型高架对流的主要机制是700 hPa西南急流和400~500 hPa的对流不稳定。
2. 天气概况
2024年6月3日，塔城地区、伊犁河谷、北疆北部、天山山区、北疆沿天山一带、喀什–阿克苏–库尔勒一线对流发展旺盛，出现大范围的雷雨、大风天气过程。乌鲁木齐机场，6月3日16:04~17:16出现雷雨大风天气过程，并伴有偏西阵风10~18 m/s，极大风速达19 m/s，短时伴有4~5 km扬沙，过程降水量1.7 mm。
此次天气过程对飞行影响较大，航班正常率为65.54%，始发航班离岗正常率96%，出港起飞航班因天气原因延误100架次(延误超2小时航班9架次)，航班返航、备降、取消6架次。
3. 天气形式
从高空形势场上看，6月3日200 hPa上，西西伯利亚地区有低涡稳定少动，纬向度明显，其底部与中纬度偏西气流在天山北坡汇合，新疆气流受偏西气流多短波影响。
从6月3日08时500 hPa (图1(a))上来看，中亚地区呈现为两槽两脊形势，西西伯利亚地区有低涡稳定少动，北疆地区处于西西伯利亚低涡底前部偏西气流控制；从3日14时500 hPa (图1(b))上来看，低涡后部西北风带显著增强，引导低涡迅速东移南压，且冷中心略偏后于低涡中心位，此时北疆位于低涡底部偏西气流控制，多短波槽活动，为北疆西部、天山山区及其两侧和本场雷暴天气提供了有利的触发机制。700 hPa上，北疆大部处于槽前偏西气流控制，风速大值区主要位于北疆西部及北疆沿天山一带，最大风速达20 m/s，北疆沿天山一带、克拉玛依至乌鲁木齐有出现明显的风速辐合，上升运动增强，为雷雨的发生提供了有利的动力条件。从6月3日08时850 hPa (图2(a))上来看，北疆沿天山一带多风向风速辐合或切变；14时850 hPa (图2(b))上来看，天山中段有雷暴高压生成；14时，北疆盆地至天山中段有西北风转东北风与天山辐合，有上升运动，为对流提供层结不稳定条件；3日上午至中午，北疆北部、伊犁河谷、天山山区、北疆沿天山一带相对湿度较为明显，提供较好的水汽条件。
(a)
(b)
Figure 1. 500 hPa height field + wind field + temperature field at 08:00 on June 3, 2024 (a) and 500 hPa height field + wind field + temperature field at 14:00 on June 3, 2024 (b)
图1. 2024年6月3日08时500 hPa高度场 + 风场 + 温度场(a)和2024年6月3日14时500 hPa高度场 + 风场 + 温度场(b)
(a)
(b)
Figure 2. 850 hPa height field + wind field + temperature field at 08:00 on June 3, 2024 (a) and 850 hPa height field + wind field + temperature field at 14:00 on June 3, 2024 (b)
图2. 2024年6月3日08时850 hPa高度场 + 风场 + 温度场(a)和2024年6月3日14时850 hPa高度场 + 风场 + 温度场(b)
地面上3日08时(图3(a))，伊犁河谷、天山山区、北疆沿天山一带小高压东伸，有等压线密集带，利于雷暴大风天气发生。14时(图3(b))，机场偏西地区玛纳斯、呼图壁一带有明显的风向风速辐合，此时机场偏西100~150公里有对流云团发展；15时，中尺度辐合带明显东移，呼图壁–小渠子一线有中尺度辐合线，使得这一带对流云团发展加强并触发新的对流云团；16时，中尺度进一步东移影响乌鲁木齐机场，此时机场北部昌吉及其北部出现中尺度辐合线，并在上述辐合带一线触发出新的对流云团。
(a)
(b)
Figure 3. Ground isobaric line + wind field at 08:00 on June 3, 2024 (a) and ground isobaric line + wind field at 14:00 on June 3, 2024 (b)
图3. 2024年6月3日08时地面等压线 + 风场(a)和2024年6月3日14时地面等压线 + 风场(b)
4. 地面气象要素及雷达数据分析
根据新疆区域加密自动站数据分析，3日14时，机场偏西地区玛纳斯、呼图壁一带有明显的风向风速辐合，此时机场偏西100~150公里有对流云团发展；15时，中尺度辐合带明显东移，呼图壁–小渠子一线有中尺度辐合线，使得这一带对流云团发展加强并触发新的对流云团；16时，中尺度进一步东移影响乌鲁木齐机场，此时机场北部昌吉及其北部出现中尺度辐合线，并在上述辐合带一线触发出新的对流云团。
从乌鲁木齐机场多普勒雷达上看，13:00，本场西南侧山区距机场70公里开始有隐嵌对流云团发展，中心强度35~40 dBZ，向东北方向移动并加强。14:30 (图4(a))，距机场偏西方向100~150公里有中心强度为30~40 dBZ的对流云团向偏东方向移动，西南方向50~70公里有中心强度为35~45 dBZ的对流云团向东北方向移动。16:02 (图4(b))，两个对流云团在本场西侧40~50公里处合并增强，中心强度增强至45~50 dBZ，并继续向东移动，乌鲁木齐机场出现雷雨天气。
(a) (b)
Figure 4. Doppler radar combination reflectivity at Urumqi Airport on June 3, 2024 (a) 14:30; (b) 16:02
图4. 2024年6月3日乌鲁木齐机场多普勒雷达组合反射率(a) 14:30；(b) 16:02
5. 物理量场分析
5.1. 水汽通量散度
计算6月3日08时，700~850 hPa水汽通量和流场发现，中低层前期有一条西北路径的水汽输送带，中纬度的水汽随西北急流由巴尔喀什湖进入北疆盆地，且在8500 hPa达到最强。从700 hPa (图5(a))上看，水汽通量最大值为10 g × cm−1 × hPa−1 × s−1，且在塔城至克拉玛依一线大值区范围较大；从850 hPa
(a)
(b)
Figure 5. Water vapor flux and flow field at 08:00 on June 3 (a) at 700 hPa; (b) 850 hPa
图5. 6月3日08:00水汽通量和流场(a) 700 hPa；(b) 850 hPa
(图5(b))上看，水汽通量最大值为12 g × cm−1 × hPa−1 × s−1，大值区位于克拉玛依及其以东地区，西北路径的水汽输送带为北疆出现强对流、降水等天气提供了基本的水汽来源。机场西北、偏西、西南方向有明显的水汽通量辐合区，有利于乌鲁木齐机场短时强降水的产生。
5.2. 对流潜势
从此次天气过程的对流潜势，3日14时，北疆西部、北部及乌鲁木齐北侧K指数 ≥ 30℃ (图6(a))，其中伊犁河谷、塔城至博乐以及阿勒泰北部地区K指数 ≥ 35℃，从对流有效位能分析(图6(b))，大值区位于伊犁河谷、北疆沿天山一带及北疆盆地，其中北疆沿天山一带对流有效位能 ≥ 700/(J∙kg−1)，北疆地区具有热力不稳定层结，与北疆地区雷暴天气发生区域有较好的相关性。
(a)
(b)
Figure 6. K index at 14:00 on June 3rd (a); (b) Convective effective potential energy
图6. 6月3日14：00 (a) K指数；(b) 对流有效位能
6. 总结
此次强对流天气是在西西伯利亚低涡底部分裂短波东移影响新疆的大环流背景下，具备雷暴发生的三要素：热力不稳定条件：北疆西部、天山山区、北疆沿天山一带为CAPE值和K指数大值区大气具有热力不稳定层结；水汽条件：偏西路径的水汽输送为区域降水提供了充足的水汽，水汽在机场终端区内偏西区域辐合为短时强降水提供了条件；雷暴触发机制：低层切变辐合、地面中尺度辐合线为雷暴的发生提供了动力触发条件。