1. 引言
局地热雷暴天气因局地性强，通常影响范围只有几公里至几十公里，这使得精确预报变得非常困难。因突发性明显，发展迅速，有时几乎没有预警时间，给预报带来了很大的不确定性，对民航运行的安全、正常、效率带来严重影响。郑祚芳等应用多种非常规观测资料对2006年6月27日夜间北京地区一次局地强对流天气过程进行了分析，结果表明：地面中尺度辐合线是本次强对流主要触发机制之一，城市热岛效应为强对流天气的发生提供了有利的热力条件；卢建壮通过对2007年5~9月处于500 hpa副热带高压边缘时午后出现的多次短时雷暴大风天气进行分析，初步做出梧州处于副热带高压边缘时午后易出现短时雷暴大风潜势预报的预报指标；黄荣等对北京地区2011年8月9日局地雷暴的新生和增强机制进行了较精细的分析，认为上游冷池出流边界(阵风锋)伴有的强温度梯度和边界层辐合上升运动是原有局地新生雷暴显著增强的主要原因；夏文梅等对2020年7月11日江西副热带高压边缘中尺度雷暴大风回波特征进行分析，结果表明回波产生初期是局地对流单体回波，通过不断新生单体和单体合并等方式，形成南北走向的回波短带，这种合并形成的回波短带发展旺盛时，会产生多站雷暴大风天气；曾琳等对广州后汛期一次局地强对流过程的大气热力、动力及云物理结构变化特征进行了综合分析，发现xpar-d雷达更高时空分辨率的探测可清晰显示对流发展旺盛阶段的zdr弧、kdp柱、zdr柱、v型缺口等特征，为判断雷暴云团的发展程度和预警提供重要信息；辛辰等应用红外云图亮温阈值法判断对流云团，统计分析2015~2019年中国长三角地区盛夏副热带高压控制下的局地对流天气时空分布，发现对流有效位能对局地对流天气的触发有较明显参考，沿海地区的副高偏南型对流有效位能略高于副高偏北型，内陆地区相反；孙明燕等针对弱环境场下局地对流性降水难于准确预报问题，本文以长江下游地区两次局地对流性降水过程为例，通过调整wrf模式中两类边界层参数化方案(ysu和acm2)的湍流垂直混合强度，探究改善降水预报准确度的一种可行途径；闵颖等对2021年4月28日午后出现在文山市的一次局地强风暴过程进行分析，结果表明在静止锋东退减弱和副热带高压西进北抬的天气尺度背景下，中等以上强度垂直风切变、层结不稳定和大的对流有效位能为风暴的发生提供了有利的环境条件；李强等对发生在副热带高压影响下的重庆局地强风暴过程进行了观测和数值模拟分析，探讨了其中尺度对流系统(mcs)演变，抬升触发和维持机制；徐大红等普查2006年至2010年夏季共5年的fy-2e的每隔1 h的红外云图辐射量温资料(tbb)，贵州山地夏季mcc的生成源地相对集中在贵州西北都地区，它们移动路径主要以偏东南为主，夏季mcc的平均生命史为12.1 h。
国内对局地热雷暴研究更多局限于个例分析，但局地热雷暴受限于地形地貌及当地气候特征的不同，很难形成统一参考标准，尤其是针对贵阳机场这种较小区域空间的局地热雷暴研究几乎没有。本文从贵阳机场局地热雷暴预报技术层面和运行保障策略两个方面分析，试图建立一套有效的保障方法，为民航运行提质增效。
2. 资料和研究方法
利用常规观测资料和微波辐射计、风廓线资料等，对贵阳机场局地热雷暴的预报预警指标进行梳理。然后利用天气学原理对贵阳机场局地热雷暴进行分型。根据民航运行实际特点，通过探讨机场关键区划设的可能性，进一步优化局地热雷暴下的民航协同运行保障措施。
3. 贵阳机场局地热雷暴的潜势预报分析
3.1. 水汽条件分析
1) 地面比湿 > 8 g/kg或者地面露点 > 16℃；
2) 湿层厚度(比湿 > 8 g/kg)介于50 hpa~200 hpa；
3) 抬升凝结高度(lcl)和自由对流高度(lfc)较低，一般 < 850 hpa。
3.2. 能量条件分析
1) 近地面干绝热，甚至超绝热，当日最高温度tmax > 对流温度tg；
2) 对流有效位能cape > 500 j/kg；
在满足条件1)或者2)时，且强天气威胁指数sweat > 200或强风暴指数ssi > 150时，需要考虑雷暴大风。
3.3. 能量条件分析
1) 边界层辐合线，如局地风向风速辐合、地形辐合线；
2) 副高边缘弱动力和热力抬升；
3) 受热不均匀的纯热力抬升。
3.4. 垂直风切变分析
1) 风矢差 > 3 m/s/km时，热雷暴强度较强，需要考虑雷暴大风；
2) 2m/s/km < 风矢差 < 3 m/s/km时，热雷暴强度中等；
3) 风矢差 < 2 m/s/km时，热雷暴强度较弱，以普通对流为主。
4. 贵阳机场局地热雷暴的分类
table 1. classification of geothermal thunderstorms in guiyang airport bureau
表1. 贵阳机场局地热雷暴的分类
分型 |
发生频率 |
发生月份 |
发生时段 |
强度 |
伴随天气 |
预报难度 |
预报难点 |
副高外围型 |
较大 |
7~9 |
午后至下午 |
较弱 |
干雷暴或弱至中阵雨 |
一般 |
不好定时、定点 |
(台风)倒槽型 |
一般 |
7~10 |
任何时段 |
弱至中 |
弱至中阵雨为主、短时强降水 |
较易 |
不好定时、定点 |
弱抬升强迫型 |
大 |
1~12 |
下午至前半夜 |
弱至强 |
普通雷暴为主，偶有短时强降水、雷暴大风、小冰雹 |
难 |
不好定时、定点、定强 |
如所示，贵阳机场局地热雷暴可以分为副高外围型、(台风)倒槽型、弱抬升强迫型三大类型。
副高外围型发生频率较大，多发于7~9月份，日变化特征显著，一日中的午后至下午发生概率大，往往以干雷暴或弱至中阵雨为主，偶尔会出现雷暴大风，预报难度一般，主要预报难点为热雷暴定时、定点难度大；
(台风)倒槽型发生频率一般，但近两年呈现多发势头，一般多发于7~10月份，一日中的任何时段均可能出现，但午后至下午发生概率仍然大，往往以弱至中阵雨为主、短时强降水为主，预报难度较易，主要预报难点为热雷暴不好定时、定点；
弱抬升强迫型三大类型发生频率大，一年中的任何月份均可能发生，夏半年一日中的下午至前半夜发生概率大，以普通对流为主，冬半年一日中的夜间发生概率大，多表现为高架雷暴，偶尔可出现小冰雹或霰，预报难度大，主要预报难点为不好定时、定点、定强。
4.1. 副高外围型热雷暴概念模型
figure 1. conceptual model of subtropical high peripheral type thunderstorm
图1. 副高外围型热雷暴概念模型
1) 动力条件：强对流发生前，大多地面有明显的辐合线、干线，辐合线是重要的触发条件之一。槽前部的上升运动。地面至700 hpa有槽线或切变线或风速辐合线。高空200~300 hpa具有辐散式分流区，高空辐散抽吸作用有利于强对流发生(如)。
2) 热力条件：辐合线附近有时由于太阳辐射加热的不均匀，形成明显的温度锋区，100 km温差常常达到6~10℃或者有明显的暖舌叠加湿舌控制，强对流发生在附近。
4.2. (台风)倒槽型热雷暴概念模型
figure 2. conceptual model of (typhoon) reversal type thunderstorm
图2. (台风)倒槽型热雷暴概念模型
1) 动力条件：地面为低压倒槽，强对流发生前有辐合线生成。台风倒槽两侧不仅有风向辐合，还有明显的风速辐合。在台风倒槽的东南侧850~500 hpa有东南急流，不断提供水汽输送(如)。
2) 热力条件：台风倒槽前期影响前期，受台风外围下沉气流影响，一般持续高温天气，地面能量积蓄高，叠加低层有暖舌发展，不稳定能量更加充足，一旦受边界层扰动，对流迅速爆发。
4.3. 弱抬升强迫型热雷暴概念模型
1) 动力条件：一般为近地面冷垫上的锋后暖平流缓慢沿着静止锋爬升，或冷空气在夜间补充加强导致风速辐合(如)。
2) 热力条件：500 hpa冷槽叠加在850 hpa暖脊之上，或者夜间云顶辐射冷却，进一步加大高低空温差，导致大气层接不稳定，受边界层扰动上升至自由对流高度即可产生雷暴，即高架雷暴，对流强度一般较弱。
figure 3. conceptual model of weak uplift forcing type thunderstorm
图3. 弱抬升强迫型热雷暴概念模型
5. 贵阳机场局地热雷暴保障策略分析
副高外围型、(台风)倒槽型及弱抬升强迫型三种局地热雷暴的预报难点均存在无法精确做到定点、定量、定强，即局地热雷暴在预报技术层面几乎很难再进一步。鉴于此，本文试图从服务策略上，建立一套针对局地热雷暴的预报保障体系。
5.1. 机场关键区的划设
figure 4. schematic diagram of key areas of guiyang airport (red rectangular boxes represent key areas of the airport)
图4. 贵阳机场关键区示意图(红色矩形方框为机场关键区)
以贵阳机场为例，划设贵阳机场关键区(如)。平行于机场跑道的东西两条长红线距离中跑道心点垂直距离各10公里，主要考虑到航空器绕飞雷雨时，需要满足距离雷雨云团至少10公里的安全间隔；垂直于机场跑道的南北两条短红线距离中心点垂直距离各30公里，主要考虑到航空器在进近着陆阶段时的最后进近定位点前5公里需要建立目视进近着陆条件，距离机场约25公里，为进一步增加安全余度，且与气象雷达常用径圈距离30公里保持一致，四舍五入取30公里。东西两条长红线与南北两条短红线围成的矩形构成机场关键区。
机场关键区的设立，将起飞和着陆使用的机场五边考虑在气象服务保障范围内，一方面与航空运行实际更加贴合，另一方面降低了局地热雷暴无法精确做到定点、定量、定强的技术瓶颈，实现了从定点、定量预报向区域预报、概率预报的转换，大大降低了航空气象预报员的保障压力，也更加契合运行实际。
5.2. 协同运行策略的建立
贵阳机场局地热多发于午后至傍晚，虽然单次局地热雷暴影响时段不长，但叠加午后至傍晚时段正值航班运行高发期，即使机场短时间的雷雨覆盖，依然会对运行现场造成较大影响。基于此建立航空气象产品深度融入运行的协同运行策略。
1) 针对局地热雷暴，预报服务尽量为管制部门发布流量控制措施争取2~3小时提前量，并重点针对具体的航班，关注五边雷雨、风向变化及两者共同叠加影响情况。
2) 关注“高影响”天气时段。航空气象预报员需要充分评估预报结论对繁忙时刻的影响，进一步提升将航班正常性预考虑在内的预警产品发布技巧。
3) 建立“共同”情景意识。雷雨季节下，气象部门要充分理解雷雨天气下的管制指挥难的同时，也需要加大对管制用户的培训力度，让管制用户能够充分解读雷雨天气的预报预警产品，将充分的“理解”将能转化为客观有效的“生产力”，进一步提升航空运行的安全与效率。
6. 总结
1) 本文讨论了贵阳机场局地热雷暴的形成条件，一般认为需要比湿 > 8 g/kg且湿层厚度 > 50 hpa厚度、对流有效位能cape > 500 j/kg，并配合边界层辐线的动力热力抬升；
2) 本文将贵阳机场局地热雷暴可以分为副高外围型、(台风)倒槽型、弱抬升强迫型三大类型，并深入讨论了三种局地热雷暴的天气学概念模型。
3) 本文针对局地热雷暴预报定时、定点、定量难度大的现状，以贵阳机场为例，从气象服务保障的策略出发，讨论了机场关键区的划设的可能性，实现了从定点、定量预报向区域预报、概率预报的转换，大大降低了航空气象预报员的保障压力；从协同保障的角度，进一步梳理了气象产品与民航实际运行相融合的具体策略，为民航运行规避风险、提质增效。