1. 引言
雷暴是目前公认的严重威胁飞行安全的天气，常伴随闪电、大风、短时强降水、下击暴流、低空风切变、冰雹及龙卷等危险天气，严重威胁飞行安全 [1] [2] [3] 。闪电和强烈的雷暴电场能严重干扰飞机中、短波无线电通讯，甚至使通信联络暂时中断，还可能造成航空器个别部分磁化，使磁罗盘产生误差。因此，雷暴区一直被视为“空中禁区”，若飞机误入雷暴区后果将不堪设想 [4] [5] 。机场、航路上出现雷暴会造成飞机复飞、备降、返航或绕飞，也因而造成基于空中交通通行能力的大面积航班延误，给航空公司造成巨大经济损失，给航班正常运行和服务保障工作带来巨大压力 [6] [7] [8] 。
贵阳龙洞堡国际机场位于贵阳市东郊，经度106˚E、纬度26˚N、机场标高1139 m，距贵阳市中心11 km，是中国西南地区重要的航空枢纽。因雷暴天气影响贵阳机场飞机起降、造成航班大面积延误、返航、备降的情况时有发生。因此，做好贵阳机场雷暴的预报及分析总结十分重要。随着贵阳机场双跑道建设及三期工程的扩建，贵阳机场的“小气候”如雷暴年平均发生次数趋势、最多出现月份、最易出现时段、雷暴伴随天气、伴随极大风速、持续时间等也在发生变化。本文利用2012~2022年贵阳机场近11年最新观测资料，针对贵阳机场雷暴年际变化、年变化、季节变化、日变化、开始和结束方位、持续时间及伴随天气做定量分析，以期为贵阳机场今后的雷暴预报和预警提供新的参考指标。
2. 资料与方法
本文基于2012~2022年贵阳机场的实况观测资料，以1 d内出现1次或1次以上雷暴记为1个雷暴日。以每个时段自整点前59分开始，至00分结束为雷暴发生时段统计标准。
采用统计学方法，从年际变化、年变化、季节变化、日变化、开始和结束方位、持续时间及伴随天气等来研究贵阳机场的雷暴天气特征，以期为贵阳机场进行雷电预报预警，实现航班高效安全运行提供科学依据。
3. 贵阳机场雷暴天气特征
3.1. 雷暴日数的年际变化和季节变化特征
由图1(a)可见，贵阳机场2012~2022年雷暴日数年际变化特征显著，呈三峰两谷型分布。2014、2016、2018年为年雷暴日数的峰值年，2012、2022年为年雷暴日数的峰谷年。年平均雷暴日数为40 d，最多雷暴日数为60 d，出现在2014年；最少雷暴日数为30 d，出现在2012、2022年。
由图1(b)可见，贵阳机场不同季节雷暴发生日数为：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。春季(3~5月)累年雷暴日数为186 d，占比41.99%；夏季(6~8月)为211 d，占比47.63%；秋季(9~11月)为34 d，占比7.67%；冬季(12月至次年2月)为12 d，占比2.71%。
(a)
(b)
Figure 1. Interannual variation (a) and seasonal variation (b) of thunderstorm occurrence days at Guiyang Airport from 2012 to 2022
图1. 贵阳机场2012~2022年雷暴发生日数年际变化(a)、季节变化(b)
3.2. 雷暴日数的年变化和雷暴次数日变化特征
由图2(a)可见，贵阳机场雷暴发生日数年变化呈显著的单峰型分布。1~10月均有雷暴出现，主要集中在4~8月、雷暴日数均在55 d以上，累计雷暴日数占总雷暴日数的79.2%。其中，5月最多，出现84 d，占比19%；其次为7月，占比17%；再次是6月，占比16%；11、12月无雷暴发生。
造成贵阳机场雷暴日数年变化的原因是3~5月贵州大部开始从“小季风”向西南季风过渡，机场开始受西南季风影响、空气潮湿、冷暖空气频繁交汇。6~7月低层气温逐渐升高，盛行西南季风、西太平洋副热带高压开始第一次北跳，贵州大部处于副热带高压西部外围，不稳定能量较强。若有冷锋、切变线活动时易产生雷暴。8月副高发展强盛，机场位于高压脊南侧，盛行东南季风，为连晴少雨天气，受地形影响，易触发局地热雷暴，当受东风波、台风等影响时易产生雷暴 [9] 。
(a)
(b)
Figure 2. Annual variation of thunderstorm occurrence days and frequency at Guiyang Airport from 2012 to 2022 (a) and (b)
图2. 贵阳机场2012~2022年雷暴发生日数年变化(a)、发生次数日变化(b)
雷暴发生时段统计标准为：每个时段自整点前59分开始，至00分结束。如04:01 (含)~05:00 (含)有雷暴过程发生或雷暴持续，则记05:00发生一次雷暴。由图2(b)可见，贵阳机场雷暴发生次数日变化特征明显(多夜雷)，呈显著的两峰一谷型分布。雷暴多发生在11时(世界时，后同)~次日21时，其中13~14时、16~19时最多，累年均在89次以上；01~06时最少，累年均在20次以下。
造成贵阳机场多夜雷的原因是：机场地处云贵高原东部斜坡的群山丘陵之中，近地面层空气潮湿，夜间云顶温度因辐射冷却而迅速降低，气层趋于不稳定。夜间山地增温效应消失，锋面、冷槽等低值系统得到加强。加上副热带高压白天西伸、夜间东退，有利于高原低值系统东移影响本场。另外，在云贵静止锋存在期间，因为夜间云顶辐射冷却降温而形成逆温层，在逆温层下积累了大量的不稳定能量和水汽，一经触发便形成雷暴 [9] 。
3.3. 雷暴的开始方位和结束方位特征
以贵阳机场为中心，对雷暴过程的开始方位及结束方位进行统计。由开始方位图3(a)可知，雷暴在贵阳机场西北方向发生的概率最大，为21.63%；其次为偏西、西南及偏南方向，分别占比14.19%、13.51%、12.16%。由结束方位图3(b)可知，雷暴在贵阳机场偏东方向结束的概率最大，为22.88%；其次为偏南、偏北及东南方向，分别占比18.31%、12.81%、12.13%。
总体来看，对贵阳机场产生影响的雷暴多发生于机场的西北和偏西方向，这与贵阳机场的地形地势有一定关系。据李丽 [9] 等研究表明：贵阳机场西北方向有相对机场高度差较大的山峰和水面宽阔的红枫湖，为雷暴的产生提供了动力作用和充足的水汽条件。因此西北方向产生的雷暴多且强度较强。雷暴在贵阳机场上游发生后在引导气流的影响下向东南、偏东或偏南方向移动，影响贵阳机场后远离本场，雷雨天气过程结束。
Figure 3. Probability circle chart of thunderstorm starting direction (a) and ending direction (b)
图3. 雷暴开始方位(a)、结束方位(b)的概率圆环图
3.4. 雷暴的初日和终日
初雷在航空气象预报中意义重大，当机场出现初雷则预示着本场已开始进入雷雨季节，雷暴就成为预报和监视的重点。如表1，贵阳机场初雷一般出现在冬末或初春，最早出现在1月4日(2016、2022年)，最晚出现在3月15日(2014年)，初雷出现在2月中下旬后概率较大(占比73%)。冬季当贵阳机场气温较低时易造成雷暴的漏报，如2017年2月23日最高气温2.8℃、2019年2月17日最高气温1.2℃，但仍出现了雷暴。
终雷日一般出现在夏末或秋初(8月底至10月)，出现在9月概率为55%、10月为36%；终雷最早出现8月31日(2018年)，最晚出现在10月29日(2014年)。
持续时间方面，64%的初雷持续时间在1 h内，18%初雷持续时间在1~2 h。初雷常伴随小到中阵雨，天气并不十分剧烈。
Table 1. Comprehensive table of the beginning and end days of thunderstorms at Guiyang Airport from 2012 to 2022
表1. 贵阳机场2012~2022年雷暴初终日综合表
3.5. 雷暴的持续时间
通过对贵阳机场2012~2022年每一次雷暴过程的持续时间进行统计可知，雷暴发生的次数随雷暴持续时间的增长而减小，雷暴多持续在2小时(含)内，占总数的73.2% (图4)。
Figure 4. Scattered distribution of thunderstorm duration
图4. 雷暴持续时间散点分布
Table 2. Number of occurrences of thunderstorm duration in various time periods from 2012 to 2022
表2. 2012~2022年累年雷暴持续时间在各时段出现的次数
如表2，雷暴持续时间为0~1 h (含)的最多，累年合计为245次，占总数的49%；1~10月均有出现。其中3~4月、6~8月每月均出现30次以上；其次为5月，出现28次；1月、2月、10月较少出现不到10次。
持续时间为1~2 h (含)的合计为121次，占总数的24.2%；2~10月均有出现。其中5~7月出现较多，均在20次以上；2月、9~10月较少出现。
持续时间为2~4 h (含)的合计为96次，占总数的19.2%；1~10月均有出现。其中5月出现最多，为25次；1~2月、9~10月很少，均≤ 2次。
持续时间为4~6 h (含)的合计为24次，占总数的4.8%；仅出现在4~8月。其中6月出现最多，4月、8月均仅出现2次。
持续时间为6~12 h (含)的合计为13次，占总数的2.6%；仅出现在3~6月及8月。其中6月出现最多，3~4月、8月均仅出现1次。最长持续时间为10 h 51 m，发生在2022年6月3日。
持续时间在12 h以上仅1次，发生在2021年8月24日、持续12 h 4 m，占总数的0.2%。从最长持续时间来看，较长持续时间的月份主要集中在3~8月，均为5 h以上。
雷暴的持续时间还表现在雷暴的连续出现日数(以下简称“连日”)现象上。由表3可见，连日雷暴(2d或以上)出现次数年际变化平均每年约出现9.64次，多则可出现13次(2014年)，少则也有7次(2022年)。其中，每次连日雷暴以连续出现2 d占多数，约占67%；而连续出现3d的连日雷暴天气占22%；连续出现4 d、5 d的分别占5%、4%；连续出现6 d及7 d以上的均占1%。最长连日雷暴为8天，出现在2018年8月4日至8月11日(表4)。
Table 3. The interannual variation of continuous thunderstorms at Guiyang Airport from 2012 to 2022
表3. 贵阳机场2012~2022年连日雷暴年际变化
Table 4. Number of consecutive days of thunderstorms at Guiyang Airport from 2012 to 2022
表4. 贵阳机场2012~2022年连日雷暴连续出现日数
3.6. 雷暴出现时伴随的天气现象
由表5可见，当贵阳机场出现雷暴时，常伴有其他危险天气，最多的是中阵雨(小阵雨出现次数更多，未统计)。其中，冰雹3次，分别为2014年5月9日、2021年5月10日、2021年5月12日(冰雹最大直径为mm，重量为g)；雷打雪(边打雷边下雪) 1次，出现在2020年1月24日；雷暴大风也常出现，其中2020年5月19日出现32 m/s大风，其余出现雷暴大风均在17 m/s以上。
Table 5. The number of weather phenomena accompanying thunderstorms at Guiyang Airport from 2012 to 2022
表5. 贵阳机场2012~2022年雷暴出现时伴随的天气现象发生次数
4. 结论
本文利用贵阳机场2012~2022年的观测资料，从雷暴的年际变化、季节变化、年变化、日变化、开始和结束方位、雷暴初终日、持续时间、伴随天气等进行统计分析。发现其年际变化特征显著，年平均雷暴日数为40 d，最多(少)雷暴日数为60 d (30 d)；雷暴发生日数夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季；年变化特征为1~10月均有雷暴出现，主要集中在4~8月(5月最多)，11、12月无雷暴发生；日变化特征明显(多夜雷)；初雷一般出现在冬末或初春，终雷一般出现在夏末或秋初，82%的初雷持续时间在2 h内。并定量地分析了雷暴在各方位发生、结束的概率，在贵阳机场西北方向发生的概率最大，其次为偏西、西南及偏南方向；在偏东方向结束的概率最大，其次为偏南、偏北及东南方向。详细统计了雷暴持续时间在各时段的分布情况，雷暴持续时间多在2 h (含)内，占73.2%；其次为2~4 h (含)，占19.2%；每次连日雷暴以连续出现2 d占多数，约占67%；连续出现3 d的占22%。最后，统计了贵阳机场雷暴伴随的天气现象，有中到大雨、冰雹、大风等，其中伴随中阵雨天气次数最多。