1. 引言
贵州位于云贵高原的东部，地形多山地、丘陵。贵阳市位于贵州中部，而贵阳机场位于贵阳市西南方向，海拔高度为1037米。从气候统计上看，贵阳机场一年四季均有可能出现雷雨，2008~2021年间机场平均初雷日在2月27日，最早的初雷日为1月5日(2016年)，最晚的初雷日为3月20日(2010年) [1] 。
一直以来，雷暴天气就是气象部门和机场关注的重要天气，雷雨天气对飞行安全和航班正常率影响极大。曼吾拉·卡德尔 [2] 分析了乌鲁木齐机场一次春季雷雨天气，发现强对流发生前夕，中低层存在切变线和水平风的垂直切变。王乐 [3] 分析了2022年武汉天河机场的初雷过程，认为此次雷雨过程是由高空槽、中低层低涡以及西南急流共同配合，同时地面有冷空气南下激发形成的。李娜等 [4] 对廊坊地区一次强对流暴雨天气过程进行分析，认为925 hPa θse能量锋区是本次强对流系统发生发展的重要强迫因子。白慧等 [5] 对2020年冬季贵州中东部大范围混合强对流天气过程进行分析，认为西北太平洋副热带高压显著偏强偏西偏北，西南低空急流强盛，与高空急流形成耦合形势，为大范围强对流天气的发生、发展提供了暖湿不稳定背景和动力抬升条件。吴和俐等 [6] 对2021年5月贵州省一次强对流天气过程进行综合分析，认为此次天气过程是在高空冷槽的背景下，配合低层的切变线以及南风急流，在中尺度辐合线的触发下发生的强对流天气过程。
北京时间2022年1月4日18:37~19:35时贵阳机场发生了弱到中雷雨天气，伴随出现17米/秒的大风天气，5个航班受雷雨影响，这是机场2022年的初雷，也是近15年以来最早发生的初雷，与2016年的初雷相比，此次雷雨强度更强，影响更大，是自2008年以来最早的初雷。贵州全省均受到影响，中西部地区出现强对流天气，部分地区出现冰雹和8级以上的大风。
一般而言，冬季因气温低，不稳定能量小，极少出现雷雨 [7] ，贵阳机场此次初雷天气发生不仅时间最早，强度也较大，具有其特殊性和研究的价值。与此次雷雨相似的还有2020年1月6日的初雷，当日16:48~20:16机场也出现了弱–中雷雨伴短时24米/秒大风。两次雷雨天气发生时间均在1月初的傍晚至夜间，均出现了地面大风天气，但2020年的过程持续时间较长(约3个小时)，并且地面大风风速更大，为了对以后初雷的预报提供依据，总结预报指标，本文利用常规观测资料对比分析两次初雷天气的异同点，计算相关物理量场，总结了两次过程发生前的环流特点、动热力和水汽条件。文章选取的资料时间为天气发生前当日8时(北京时)的实况探测资料。
2. 环流形势分析
2.1. 高空形势
对比分析2022年1月4日和2020年1月6日两次初雷，在8时中尺度分析图上(图1)，2020年1月6日的雷雨发生前的形势(图1(a))为200 hPa，由图可知，贵州位于高空急流入口区的高空辐散区，有利于辐散抽吸增强上升运动，500 hPa高空槽位于100˚E附近，贵州处于槽前西南气流中，700 hPa空中槽分别位于川东和滇西地区，贵州受槽前西南急流影响，强劲的西南急流源源不断地将暖湿空气输送至贵州地区，850 hPa切变线位于川东–重庆地区，200 hPa~850 hPa系统配置，有利形成系统性大范围上升运动，同时850 hPa低空急流位于贵州东南部，贵阳位于低空急流轴左侧的辐合区，有利于水汽和不稳定能量在贵阳附近累积。地面上在贵州受热低压控制，中部有辐合线存在，其为对流天气的发生提供了触发因子。分析水汽条件，贵州地区是850 hPa的显著湿区(温度露点差小于5℃，图中绿色锯齿线)，850 hPa比湿为10 g/kg，低层水汽充沛饱和。在垂直方向上，贵州受700 hPa、850 hPa暖脊控制，贵州中部850 hPa和500 hP为温差24℃ (图1黄色虚线区域内温度差大于22℃)，下暖上冷，层结极不稳定，此温差也达到了贵阳发生强对流的阈值。此次过程从天气系统的配置看，是一次低层暖平流强迫类的强对流天气，雷暴出现在低空暖湿不稳定环境下，水汽、不稳定层结达到了强对流天气发生的条件，由于低层极强的暖平流强迫，导致上下层温度直减率大，因此在寒冷的冬季也发生了雷暴大风。
(a) 
(b)
Figure 1. Mesoscale analysis diagram of the weather situation: (a) 8:00 on January 6, 2020; (b) 8:00 on January 4, 2022
图1. 天气情况的中尺度分析图：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时
分析2022年1月4日8时的中尺度分析图(图1(a))。雷暴发生前，贵阳位于200 hPa高空急流右侧的辐散区，850 hPa低空急流左侧的辐合区，形成了高层辐散低层辐合的垂直结构，根据尤西林尼等人研究 [8] 在高低空急流轴趋于正交和平流强度最大时，对流不稳定易发生。同时，贵州大部分区域位于在500 hPa槽线、700 hPa空中槽和850 hPa切变线前部，地面在中部有辐合线存在，天气尺度系统的配置也有利于上升运动发展。700 hPa西南急流位于贵州中部地区，贵州中部以南受低层暖脊控制，西北部有冷空气堆积，随着系统过境，冷暖气流交汇有利于强对流天气发生；在垂直方向上，850 hPa和500 hPa温差为24℃。水汽条件，贵州是850 hPa的显著湿区，贵阳站850 hPa温度露点差为0℃，比湿为8 g/kg，700 hPa温度露点差为为0℃，比湿6 g/kg，低层水汽充沛并达到饱和。从天气系统的配置看，也是一次低层暖平流强迫类的强对流天气，低层强烈的暖湿气流为强对流的发生起了主要作用。
通过分析两次过程的天气形势，相同点在于两次过程均是低层暖平流强迫类的强对流天气，对流天气发生在低空暖区里，高空均有500 hPa、700 hPa空中槽，850 hPa切变线，地面在中部有辐合线，且两次过程切变线，地面辐合线位置相近。中低层均有700 hPa、850 hPa低空急流，温度层结垂直分布相同，下暖上冷，850 hPa和500 hPa温差均为24℃，并且都是水汽大值区。主要区别在于850 hPa的温度和水汽含量，2020年的初雷，850 hPa温度为12℃，比湿为10 g/kg，2022年为9℃、8 g/kg，2020年低层更暖湿。
2.2. 探空图和物理量分析
在贵阳站的探空图上(图2)，2020年1月6日各指数的数值为(见表1)，K指数36，SI为−0.57，CAPE值为209.2，订正后490，DCAPE为4.6，2022年1月4日各指数的数值，K指数34.1，为−0.14，CAPE值为0，订正后为0.7，DCAPE为243.4。两次初雷发生前CAPE值不高，一般而言，高值CAPE有利于强对流的发展，但低值CAPE并不能排除对流风暴的发生 [9] 。而K指数和SI达到了机场发生雷雨的阈值，因此在强对流天气预报时不能只单一分析某个指数，而应更全面考虑，在各指数没达到阈值时，是否仍有不稳定的层结存在。DCAPE值两次过程差异大，但在实况中均有地面大风出现，并且2020年的过程风速更大，但DCAPE值仅为4.6，因此在贵阳机场的地面大风预报中，DCAPE值只能作为参考，不能由其判断是否有雷暴大风出现。
Figure 2. The T-logP map of Guiyang Station: (a) 8:00 on January 6, 2020; (b) 8:00 on January 4, 2022
图2. 贵阳站探空图：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时
Table 1. Values of each physical quantity on T-logP map
表1. 探空图各物理量数值
从探空图的形状上看，两次过程差别较大，2020年的形状细长，湿层深厚，2022年的形状为喇叭状，上干下湿，是雷暴和大风出现的典型形式，由于2020年的湿层深厚，也导致其持续时间较2022年的初雷更长的原因之一。
两次过程前，2020年的探空图上，对流凝结高度、0℃层高度和−20℃层高度均高于2022年的初雷。贵州春季降雹0℃高度在3500~4500米之间，−20℃层高度在6600~7600米之间，而冬季降雹因个例较少还未做统计，但从这次过程看，冬季降雹时0℃层和−20℃层高度会略低于春季降雹的平均高度。
3. 物理量条件分析
3.1. 动力条件分析
图3(a)、图3(b)是散度垂直剖面(沿106˚E)。两次过程在21˚N至30˚N之间，均是低层辐合高层辐散的垂直结构，但2020年的辐合区更大，地面至400 hPa的是辐合区(图3(a)虚线区域)，中心强度为−12 × 10−5 s−1，400 hPa以上为辐散区，中心强度为24 × 10−5 s−1，而2022年的过程，辐合区(图3(b)虚线区域)仅从低面至700 hPa，中心强度为−6 × 10−5 s−1。700 hPa以上均是辐散区，辐散中心在700 hPa~500 hPa之间，中心值为4 × 10−5 s−1。两次过程对比，2020年初雷的辐合辐散区域和中心强度均大于2022年，可见虽然雷雨发生前基本都存在低层辐合高层辐散的结构，但更强的辐合辐散更有利于对流的发生和维持。
(a) (b)
Figure 3. Divergence vertical cross-sectional view (unit: 10−5 s−1): (a) 8:00 on January 6, 2020; (b) 8:00 on January 4, 2022
图3. 散度垂直剖面图(单位：10−5 s−1)：(a) 2020年1月6日8时；(b) 2022年1月4日8时
3.2. 水汽条件分析
图4(a)、图4(c)是比湿垂直剖面图(沿106˚E)，两次过程的比湿分布相似。在机场(26˚N) 700 hPa以下的中低层，比湿均大于6 g/kg，700 hPa~850 hPa比湿在7~8 g/kg，达到了贵阳雷雨天气发生的阈值。但2020年的过程的比湿值要略大于2022年的，在26N˚附近，2020年的比湿值在8~9 g/kg，2022年的比湿值为7~8 g/kg。
水汽通量散度剖面图(沿106˚E，图4(b))上，两次过程在26˚N附近，低层均是是水汽的辐合区，但在具体的分布上还是略有差异。2020年的过程辐合中心值为−1.6 g/(cm2∙hPa∙s)，辐合区高度从地面至850 hPa，850 hPa~500 hPa是水汽辐散区，中心值为0.6 g/(cm2∙hPa∙s)。而2022年的过程，辐散区达到700 hPa，中心值为−1.4 g/(cm2∙hPa∙s)，而700 hPa~500 hPa是水汽辐散区，中心位于600 hPa附近，中心值为0.8 g/(cm2∙hPa∙s)。虽然在机场(26˚N)上空，水汽均是低层是辐合，中层是辐散，但两次过程水汽输送强度还是有所差异，2020年的过程从中心强度看，要强于2022年的初雷。
两次过程从比湿、水汽通量散度的垂直分布上都比较相似，但在具体的强度上还是有差异，2020年的过程的比湿值和水汽通量散度的中心强度均强于2022年的，可见较好水汽条件也是有利对流的增强和维持。
Figure 4. Vertical profile of each water vapor physical quantity at 8:00: (a) Vertical profile of specific humidity on January 6, 2020 (unit: g/kg); (b) Vertical profile of vapor flux divergence (unit: g/(cm2∙hPa∙s))) on 6 January 2020; (c) Vertical profile of specific humidity on 4 January 2022 (unit: g/kg); (d) Vertical profile of vapor flux divergence (unit: g/(cm2∙hPa∙s)) on 4 January 2022
图4. 8时各水汽物理量垂直剖面图：(a) 2020年1月6日比湿垂直剖面图(单位：g/kg)；(b) 2020年1月6日水汽通量散度(单位：g/(cm2∙hPa∙s))垂直剖面图；(c) 2022年1月4日比湿垂直剖面图(单位：g/kg)；(d) 2022年1月4日水汽通量散度(单位：g/(cm2∙hPa∙s))垂直剖面图
4. 雷达图像分析
两次过程从雷达回波分析(图5)，差别较明显。2020年初雷，初始回波是从贵州西南部关岭地区生成并逐渐向西北方向移动，后续在雷暴回波达到机场后，在关岭附近仍不断有对流生成并向西北移动，形成“列车效应” [10] ，回波的这种发展特征与500 hPa高空槽的影响有关，槽前西南气流也是对流移动的引导气流，而高空槽的长时间维持也是导致机场雷雨持续时间较长的原因之一。2022年初雷，初始回波从贵州西部纳雍附近生成并向东偏南移动，并且回波主体移动至贵阳附近后，后续并无新的对流生成，而且回波移速较快，约30公里/小时，较快的移速和偏东南的移向与500 hPa高空槽快速过境有关，因此2022年初雷虽然强度较强，但持续时间短。
(a) 2020年1月6日15:02时 
(b) 2020年1月6日16:49时 
(c) 2022年1月4日16:01时 
(d) 2022年1月4日18:01时
Figure 5. Guiyang Airport radar PPI images (elevation angle 2.5˚)
图5. 贵阳机场雷达PPI图像(仰角2.5˚)
5. 结论
本文利用地面高空填图资料、相关物理量场资料，对贵阳机场2020年1月6日、2022年1月4日两次初雷天气进行对比分析，得到以下结论：
1) 两次初雷均有空中槽、切变线、地面辐合线，且切变线、地面辐合线位置相近，均有低空急流，温度层结垂直分布相同，均为低层暖平流强迫类的强对流天气。主要区别是850 hPa的温度和水汽含量，2020年低层更暖湿。
2) 探空图差别较大，2020年的形状细长，湿层深厚，2022年的形状为喇叭状，上干下湿。
3) 散度垂直剖面图，雷雨发生前都是低层辐合高层辐散的结构，2020年初雷的辐合辐散区域和中心强度均大于2022年，更强的辐合辐散有利于对流的发生和维持。
4) 水汽物理量垂直分布都比较相似，但2020年的过程的比湿值和水汽通量散度的中心强度均强于2022年，较好水汽条件也是有利对流的增强和维持。
5) 两次初雷对流初生地不同，移向移速不同，这与500 hPa的引导气流密切相关。