引言

雷暴大风是指大气对流活动导致的地面及近地面强风事件，主要由雷暴强下沉气流造成，有时伴随冷池密度流、高空动量下传等作用(王秀明等，2013)。雷暴大风具有突发性强、持续时间短、致灾性强等特点。近年来，湖北省(以下简称湖北)境内局地对流大风天气频发。例如: 2015年6月1日湖北监利下击暴流造成“东方之星”游船翻沉事件，使442人遇难；2021年5月10日武汉局部遭遇10级雷暴大风，造成2名高空保洁工作工人死亡；2021年5月14日武汉市蔡甸区遭遇龙卷，致使10人遇难、230人受伤，直接经济损失3.01亿元。目前，雷暴大风短时预报准确率低(唐文苑等，2017)，临近预警提前量小，预报预警服务远不能满足社会需求，如何提升雷暴大风预报预警能力是强天气预报和研究中需要重点解决的问题。

分析雷暴大风发生的天气尺度系统和环境参数，提高对雷暴大风形成的环流背景和环境条件的认识，是准确预报预警雷暴大风的前提。近年来，我国各地气象工作者对雷暴大风等强对流天气形势、环境参数等做了大量统计分析工作，得出了一些对实时业务预报有指导意义的结论。根据高低空冷暖平流和水平锋生强弱，许爱华等(2014)把中国中东部强对流天气类型分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型、高架对流型。秦丽等(2006)、钟利华等(2011)、杨晓霞等(2014)基于500 hPa天气系统，分别对北京、广西、山东的雷暴大风天气进行分型，并给出当地雷暴大风发生的关键环境参数。费海燕等(2016)和马淑萍等(2019)分析中国强雷暴大风(风速≥25 m·s^-1) 和极端雷暴大风(风速≥30 m·s^-1)的气候特征和环境参数指出，中国强雷暴大风主要分布在华北和华东地区，强雷暴大风和极端雷暴大风中层均有明显的干层(温度露点差大于10 ℃)，对流有效位能(CAPE)平均值大于1 800 J·kg^-1，0—6 km风垂直切变平均值大于14.3 m·s^-1。许霖等(2017)利用2001—2010年NCEP再分析资料，统计分析了湖南典型站点的动力热力参数，发现热力动力不稳定条件在湖南东西部和南北部存在区别。方翀等(2017)统计分析华北低海拔和高海拔地区雷暴大风的环境物理参数表明，有利的抬升指数、最大CAPE、850 hPa与500 hPa温差等对雷暴大风有一定的指示性，但需要考虑季节因素，且每种参数对于雷暴大风是否发生、范围大小及海拔高度的指示均不尽相同。杨晓霞等(2019)应用探空资料统计分析了山东省雷暴大风天气过程的12个环境物理量参数，得到4—9月各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月均值和阈值。环境参数研究有助于理解强对流天气发生的物理过程，一些参数可作为雷暴大风的预报指标，因此有些学者在雷暴大风环境参数等研究的基础上，对华北、河南雷暴大风进行潜势预报(廖晓农等，2009；严仕尧等，2013；吕晓娜等，2020)，为雷暴大风客观化预报研究提供了有价值的参考。

湖北地处长江中下游地区，南北气流交汇频繁，受西、北、东三面环山及河谷地形等的影响，雷暴大风是其常见的灾害性强对流天气。目前，关于湖北雷暴大风的研究，主要集中在单个或多个雷暴大风过程环境条件的分析上(张家国等，2010；刘希文等，2018)，而对雷暴大风发生的天气系统和环境参数的系统归类总结相对较少。为此，本文在前人相关研究工作的基础上，对湖北2007—2015年雷暴大风的时空分布、天气类型、强对流相关环境特征等进行了总结分析，并将湖北分成4个自然区域，揭示不同区域雷暴大风天气类型与环境参数特征，再基于各区域不同天气类型等给出环境参数阈值，为今后提高湖北雷暴大风预报预警水平和减灾服务能力提供参考依据。

1 资料与方法

本文选取雷暴大风个例所用资料包括: 2007— 2015年湖北78个地面自动观测站风速资料、ADTD闪电定位系统监测资料和雷达资料。在一个观测日内，即当日08时(北京时，下同)至次日08时，湖北有1个及以上自动观测站记录到瞬时极大风速≥17 m·s^-1，则确定为出现地面大风，由强冷空气、地面气旋引发的非雷暴大风，则结合闪电资料和雷达资料对其站点进行剔除。

普查、挑选雷暴大风日需满足的三个条件: (1) 两个临近自动站同一时次或相邻时次内有地面大风记录；(2) 大风区域有闪电观测记录；(3) 大风区域雷达回波强度≥45 dBz且持续2个体扫以上。依据以上条件，筛选出研究时段内湖北有54个雷暴大风日，共348站次出现雷暴大风。规定临近两个站点同一时次或相邻时次内出现大风，剔除非常局地的雷暴大风，确保计算的环境参数更具代表性。湖北雷暴大风主要从午后发展，傍晚至夜间结束，因此将08时至次日08时作为一个观测日，这与费海燕等(2016)统计采用的一个观测日(20时至次日20时)时段不同。

雷暴大风天气类型和环境参数研究所用资料主要是每6 h一次的NCEP 0.5°×0.5°再分析资料；统计其天气类型时，结合地面和高低空常规观测资料进行辅助分析。采用天气学方法分析2007—2015年雷暴大风发生前的环流形势、影响系统发现，湖北雷暴大风天气类型与我国中东部地区强对流天气分类相似(许爱华等，2014；孙继松等，2019)。因此，参考我国中东部地区强对流分型，将湖北雷暴大风天气类型分成高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型。利用NCEP再分析资料计算对流不稳定、风垂直切变、水汽等环境参数时，参考了梁爱民等(2006)的研究方法，即利用临(邻)近原则，统计雷暴大风发生站点临近时次和邻近网格点的环境参数，并以箱线图反映不同天气类型和季节环境参数。考虑到湖北不同地区雷暴大风天气类型、环境参数存在差别，将湖北分为鄂西北、鄂西南、江汉平原、鄂东4个区域，分析不同区域内各型雷暴大风的环境参数特征。鄂西南包括恩施地区和宜昌地区，两个地区产生雷暴大风的天气类型区别较大，因此在讨论天气类型时，对这两个地区分开讨论。3月份只出现1次雷暴大风，分析环境参数时，将3—4月进行合并分析。

2 湖北雷暴大风类型

统计结果显示，2007—2015年湖北高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型雷暴大风日数分别为17、14、7、16 d，高空冷平流强迫型日数最多，占雷暴大风总日数的31%；其次是准正压型，占30%；低层暖平流强迫型占26%；斜压锋生型最少。

图 1a—d分别给出高空冷平流强迫型、斜压锋生型、低层暖平流强迫型、准正压型雷暴大风的天气系统配置。高空冷平流强迫型中(图 1a)，500 hPa槽后偏北气流引导冷平流南下，叠加在850 hPa暖脊上，中低层不稳定条件增强，同时边界层有辐合线发展，加上午后地面温度升高，不稳定能量增大，在低槽后部、边界层辐合线附近发生雷暴大风(图 1a黄色区域)，此类型高空强干冷平流起主导作用，上下层形成明显的垂直温差，产生的静力不稳定很强。

斜压锋生型中(图 1b)，500 hPa有冷槽南压，低层暖湿气流发展，地面冷锋和暖倒槽活跃，从低层到中层天气系统明显向冷空气一侧倾斜，斜压性强，中低层强冷暖空气强烈交汇，伴有明显温度锋区和锋生作用，随着冷空气进入暖倒槽，触发雷暴并迅速发展，这种类型常发生在春季，雷暴大风出现在紧贴冷锋的冷空气大风前侧，冷空气大风与雷暴大风经常伴随出现，呈现混合性大风形式，大风一般发生在地面冷锋前部、低层急流左侧(图 1b黄色区域)。

低层暖平流强迫型(图 1c)发生在低层700 hPa以下强烈发展的暖湿平流中，低层有较强西南气流发展，强烈暖湿平流对建立热力不稳定起主要作用，中低层水汽条件较好，动力扰动表现为高空低槽、急流脉动、中低层切变线等，大风发生在低槽前部、边界层切变线附近或低层南风急流区内以及水汽、不稳定能量最强区域(图 1c黄色区域)。

准正压型(图 1d)发生在冷暖平流较弱的环境条件下，主要出现在7—8月副热带高压(以下简称副高)的边缘，副高边缘高温高湿环境给雷暴大风发生提供了强的不稳定条件，边界层辐合线、地形等均为其动力强迫因子，特别是500 hPa短波槽携带的弱冷空气沿副高北侧东北移时，低槽前部弱冷空气叠加在高温高湿下垫面之上造成热力不稳定，常导致大范围局地分散的雷暴大风(图 1d)，其预报难度较大。

3 湖北雷暴大风时空分布特征 3.1 时间分布特征

按月和天气类型统计2007—2015年湖北雷暴大风日数，其结果显示(表 1)，湖北雷暴大风只发生在春夏季，即3—8月，9月至次年2月无雷暴大风日，7月雷暴大风日数最多，8月次之，夏季(6—8月)雷暴大风日数占其全年总数的78%。不同月份雷暴大风类型差别较大，斜压锋生型从3月份开始出现，低层暖平流强迫型和高空冷平流强迫型4月份才出现，准正压型则到6月份才出现。6月份高空冷平流强迫型最多，7月和8月准正压型最多。从气候态上，7月中旬到8月湖北梅雨期结束，受增强北跳的副高影响，能量条件较好，边界层弱的辐合条件便可导致对流发展增强。

由2007—2015年湖北雷暴大风站次日分布图(图 2a) 可见，其日变化特征明显，大多数发生在15—19时，峰值在16时，究其原因，此时段地面温度较高，大气中不稳定能量最强，对流抑制能减弱，有利于雷暴大风的发生。08—10时无雷暴大风记录。从11—16时，雷暴大风站次迅速增多，从16时到次日01时，呈缓慢下降趋势。

另外，上述54个雷暴大风日持续时间(指末站雷暴大风结束时间与首站雷暴大风开始时间之差)的统计结果显示(图 2b)，其持续时间大多在3~4 h之间，占30%；持续5~6 h的日数次之，占20%，持续时间＞10 h的日数较少。

3.2 空间分布特征

根据本文第1节中的方法，共筛选出湖北雷暴大风348站次，其站次分布见图 3。从中可见，雷暴大风站次空间分布不均，高频中心出现在鄂西南宜昌和鄂东黄石附近，最高达16站次，次高频中心在鄂西北十堰附近，鄂西南恩施地区大风发生站次较少(＜8站次)。高频中心分布可能与河谷地形、喇叭口地形等有关，黄石位于大别山与幕阜山之间长江河谷地带，受两山阻挡，沿长江河谷常有偏东风发展，与自湖南北上的偏南气流形成边界层辐合线；宜昌、十堰分别处于长江河谷、汉江河谷开口向东的喇叭口地形内，偏东气流在喇叭口地形作用下，辐合抬升增强，在一定的不稳定和水汽条件下，上述地区更易出现对流天气。另外，统计湖北雷暴大风日站次分布表明，2~5站次的日数占总数的54% (图略)，6站次以上的占46%，其中10站次以上的仅占23%，这说明湖北以局部雷暴大风为主。

由2007—2015年湖北不同区域四型雷暴大风日空间分布(表 2)可知(若某日多个区域出现雷暴大风，则每区均统计1次)，鄂东雷暴大风日数最多，恩施地区最少。各区域出现雷暴大风的主要天气类型差别较大，鄂西北冷平流强迫型最多，占该区雷暴大风总数的71%，且此型雷暴大风也主要出现在鄂西北；鄂东暖平流强迫型、斜压锋生型和准正压型均较多，斜压锋生型几乎均出现在该地区；宜昌地区冷平流强迫型、暖平流强迫型和准正压型均较多；江汉平原暖平流强迫型最多；恩施地区各型雷暴大风次数均偏少，其中准正压型相对较多。

由于河套南下冷槽、高原东移低槽以及自孟加拉湾、南海北上的西南气流等系统，受秦巴山脉、云贵高原等大尺度地形影响，湖北不同区域受上述天气系统影响的强弱不同；天气尺度系统给强对流天气提供了有利的环境条件，而本区域及周边中尺度地形、地貌等对边界层中尺度系统的发展、维持有较大影响。为了进一步了解湖北雷暴大风的空间分布特点，综合天气类型和边界层中尺度系统的演变特征，结合区域地形，对各型雷暴大风在不同区域的发生机理简要分析如下: 1) 高空冷平流强迫型。此型雷暴大风受500 hPa东北冷涡或河套东移冷槽影响，一般冷涡或冷槽以东移或北收为主，南压较少，强冷平流主要影响鄂西北，该区域大部为山地，在偏北气流控制下山区午后气温迅速升高，上下层形成强的静力不稳定层结，在边界层辐合线的抬升作用下，对流得到发展，特别是边界层为偏东风时，偏东气流在山区喇叭口地形内汇合抬升，触发强雷暴。2) 低层暖平流强迫型。经桂、湘的低层偏南急流向北发展，在武陵山脉与幕阜山之间加强，加上低槽引导冷空气南下，江汉平原附近常有气旋波发展、东移，导致宜昌地区东部、江汉平原和鄂东暴雨、雷暴大风等对流天气频发，这与张家国等(2013)研究得到的相关结果类似。3) 斜压锋生型。此型雷暴大风主要发生在春季，低层西南急流偏东偏南，位于江汉平原南部到鄂东地区，随着地面和边界层冷空气南下，鄂西北的襄阳至江汉平原一带迅速转为偏北风，不利于对流系统的发展维持，而冷暖气流交汇最充分的地区位于鄂东，导致该型雷暴大风几乎都发生在该区域。4) 准正压型。此型雷暴大风大多发生在副高外围，弱的边界层辐合线就能触发强雷暴，该型雷暴大风主要出现在鄂东和宜昌地区，鄂东及周边地区有桐柏山、大别山和幕阜山，宜昌地区处于长江峡谷、山区地区与平原的过渡带，山地热力加热不均、地形抬升等均有利于边界层对流触发(俞小鼎等，2012)。

4 湖北雷暴大风的环境参数特征

归纳雷暴大风的环境参数特征，有助于了解其发生前的物理过程并将其用于实际预报。根据环境参数的物理意义和预报员的预报经验，本文选取了K指数、对流有效位能(CAPE)、850 hPa与500 hPa的温差(ΔT₈₅)三个大气对流不稳定参数以及动力参数中低层、低层风垂直切变和水汽参数850 hPa露点温度。下文从不同天气类型、自然区域、月份等对湖北雷暴大风发生站次环境参数从小到大排列，以箱线图反映各类参数的区间范围。

4.1 对流不稳定参数

K指数是综合了垂直温度梯度、低层水汽含量和湿层厚度的一个气团属性量，侧重反映中低层温湿分布对稳定度的影响。ΔT₈₅表示大气的静力稳定度状况，其值越大，表明下沉气块温度与环境温度相差越大，越有利于负浮力产生及下沉气流增强，是强对流天气预报业务中最常用的物理量。CAPE是指气块在给定环境中绝热上升时正浮力产生的能量，大气中位能转换为动能的最大值，其值越大，越有利于产生强对流天气，是判断对流发生潜势的重要参数。

4.1.1 各型雷暴大风的对流参数特征

图 4给出2007—2015年湖北各型雷暴大风的对流不稳定参数箱线图。图 4a显示，冷平流强迫型、斜压锋生型、准正压型、暖平流强迫型雷暴大风的K指数平均值为36~38 ℃不等，冷平流强迫型略低，其他三型相差不大。冷平流强迫型K指数的25百分位值仅33 ℃，说明此型雷暴大风有25%的站次发生在K指数较低环境下，其他三型25百分位值均超过36 ℃。四型雷暴大风的K指数最高值均较高，42~43 ℃不等；其最低值差别较大，准正压型最低为22 ℃，斜压锋生型为30 ℃，冷平流强迫型为25 ℃，暖平流强迫型为29 ℃。由于低层暖平流强迫型中低层水汽条件较好，使得K指数整体偏高，离散度较小。图 4b显示，冷平流强迫型雷暴大风ΔT₈₅平均值最高，达28.2 ℃，斜压锋生型最低，仅24 ℃，准正压型、暖平流强迫型分别为25.5 ℃和26.5 ℃。四型雷暴大风ΔT₈₅的25百分位平均值为24.8 ℃，冷平流强迫型最大(26 ℃)，斜压锋生型最小(23 ℃)。暖季湿绝热曲线的ΔT₈₅为20~ 21 ℃，干绝热层结ΔT₈₅为40 ℃左右，上述四型雷暴大风的ΔT₈₅分布区间为21~34 ℃，均具有条件性不稳定层结特征。图 4c显示，四型雷暴大风的CAPE平均值为1 250~2 100 J·kg^-1不等，而其25百分位值在600~ 1 700 J·kg^-1之间，准正压型主要发生在盛夏副高外围，CAPE平均值和25百分位值比其他类型明显偏高，斜压锋生型主要出现在春季，CAPE整体偏低，其最小值仅250 J·kg^-1。

4.1.2 不同区域对流参数特征

湖北各区域引发雷暴大风的主要天气类型差别较大，因此有必要分区对对流参数作进一步分析。图 5是鄂西北、鄂西南、江汉平原、鄂东和湖北全省雷暴大风的K指数、ΔT₈₅和CAPE箱线图。从图 5a中可见，鄂西北、鄂西南、江汉平原、鄂东的K指数平均值在35~39 ℃之间，鄂东比其他地区明显偏低；鄂东K指数离散度最大，分布区间为26~40 ℃，鄂西北次之，分布区间为31~42 ℃，鄂西南和江汉平原其离散度较小；4个区域中，鄂西北K指数的中位数最高，达40 ℃，说明鄂西北有50%雷暴大风日发生在高K指数环境下，高K指数主要是中层强冷平流形成强上下层温差所致；准正压型低K指数几乎都发生在鄂东地区，导致鄂东25百分位数仅为33 ℃。从图 5b中可见，鄂西北、鄂西南、江汉平原、鄂东的ΔT₈₅均值为25.9~27.7 ℃不等，鄂西北略偏高，其他3个地区差别不大；鄂西北ΔT₈₅整体偏高，25百分位值达26 ℃，鄂东25百分位值偏低，仅24 ℃；鄂东ΔT₈₅离散度最大，其分布区间为21~29 ℃，鄂西北次之，为25~33 ℃，鄂西南为24~30 ℃，江汉平原为23~27 ℃。从图 5c中可见，鄂西北、鄂西南、江汉平原、鄂东的CAPE均值为1 430~1 610 J·kg^-1不等，鄂西北略偏低；鄂西北的CAPE分布区间为500~3 100 J·kg^-1，鄂西南为700~ 3 100 J·kg^-1，江汉平原为600~2 900 J·kg^-1，鄂东为250~ 3 200 J·kg^-1，其中鄂东的CAPE低值最低，其高值也最高。

斜压锋生型和准正压型对流参数低值多出现在鄂东地区，导致该区域CAPE、K指数、ΔT₈₅离散度均最大。从湖北全省分布看，K指数、ΔT₈₅和CAPE的25百分位值分别为35 ℃、25 ℃、925 J·kg^-1，其平均值分别为37 ℃、26.7 ℃、1 580 J·kg^-1。湖北雷暴大风的对流参数与其他省份相比差异明显。如，华北西北气流型和西南气流型雷暴大风的ΔT₈₅平均值均超过28 ℃ (严仕尧等，2013)，大于湖北的ΔT₈₅平均值，而其CAPE和K指数则低于湖北的平均值。鲁中地区雷暴大风的ΔT₈₅、CAPE的25百分位值分别为25 ℃和300 J·kg^-1 (高晓梅等，2018)，其ΔT₈₅与湖北相同，但CAPE值明显低于湖北。湖南地区雷暴大风的ΔT₈₅中位值最高为23.3 ℃ (许霖等，2017)，低于湖北的ΔT₈₅中位值(26 ℃)。

4.1.3 不同季节对流参数特征

统计湖北4—8月逐月雷暴大风发生时的K指数、ΔT₈₅和CAPE可知，K指数平均值为36.8~38.7 ℃不等，ΔT₈₅平均值在26.0~27.1 ℃之间，CAPE平均值在699~1 922 J·kg^-1之间，K指数和ΔT₈₅逐月变化不明显，K指数7月略高，CAPE表现为逐月增长特征。本文CAPE以地面为起始抬升高度，地面温度和露点、中低层垂直温度递减率均与CAPE大小密切相关，夏季地面温度、露点整体比春季高，使得6—8月的CAPE值比4—5月的明显偏高。CAPE最低值各月为300~500 J·kg^-1，其差别不大，4月和5月最低值主要出现在斜压锋生型影响下的鄂东地区，6月和7月其最低值主要出现在冷平流强迫影响下的鄂西北地区。

4.2 动力参数

环境风向风速随高度变化形成的风垂直切变对风暴的组织、结构和演变影响较大，并很大程度上决定了对流风暴的类型。在一定的水汽、不稳定条件下，风垂直切变越大，风暴组织程度越高，其生命史越长、强度越强(俞小鼎等，2012)。本文选取中低层(925—500 hPa)风垂直切变(S_L95)和低层(925—700 hPa) 风垂直切变(S_L97)来分析雷暴大风的动力参数特征。图 6给出湖北各型、全省以及4—8月各月雷暴大风的不同层次风垂直切变箱线图。从中看到(图 6a、b)，冷平流强迫型、斜压锋生型、准正压型、暖平流强迫型S_L95平均值为6~17 m·s^-1不等，S_L97平均值为5~12 m·s^-1不等，斜压锋生型风垂直切变比其他类型明显偏高，特别是S_L97，冷平流强迫型和暖平流强迫型S_L95较高。从全省分布看，S_L95、S_L97的25百分位值分别为8 m·s^-1和5 m·s^-1，平均值分别为12 m·s^-1和6 m·s^-1，准正压型风垂直切变较低，导致全省风垂直切变平均值偏低。按照切变值≥15 m·s^-1且＜20 m·s^-1为中等以上风垂直切变的标准(樊李苗和俞小鼎，2013)，斜压锋生型有半数以上的雷暴大风日出现了中等以上风垂直切变，冷平流强迫型和暖平流强迫型有1/4的日数出现中等以上风垂直切变。准正压型的风垂直切变较小，造成此型雷暴大风的风暴多是孤立的，在强不稳定条件下孤立风暴可引发强下击暴流，如2018年7月28日受单体风暴影响，武汉东西湖站最大地面阵风达31.4 m·s^-1。从全省逐月风垂直切变看(图 6c、d)，S_L95、S_L97平均值和中位数基本呈逐月递减变化，春季不稳定能量偏弱，意味着产生强雷暴需要更强的动力抬升条件。

4.3 水汽参数 4.3.1 低层水汽特征

水汽含量和水汽垂直分布是影响雷暴强度及其结构特征的重要因子。雷暴大风的发生需要一定的低层水汽条件，统计分析和预报经验表明，850 hPa露点温度(T_d85)是衡量湖北低层水汽含量的重要因子。因此，本文选用T_d85分析低层绝对水汽含量特征。图 7给出湖北各型、全省以及4—8月各月雷暴大风的T_d85箱线图。从中可见，高空冷平流强迫型的T_d85离散度最大，分布区间为8~20 ℃，25百分位值为11 ℃，4—8月T_d85最低值为8~14 ℃不等，进一步分析发现，各月T_d85最低值均出现在发生该类型雷暴大风的鄂西北地区；斜压锋生型雷暴大风的T_d85离散度次大，分布区间为10~19 ℃，其25百分位值为12 ℃、平均值为16 ℃、最低值为10 ℃，最低值出现在4月和5月的鄂东地区；准正压型雷暴大风出现在6—8月，其T_d85整体较大，分布区间在16~20 ℃，其25百分位值为17 ℃、平均值为17.9 ℃；暖平流强迫型雷暴大风的T_d85分布区间在13~20 ℃，其25百分位值为16 ℃、最低值13 ℃、平均值16.7 ℃，最低值发生在4月和5月的鄂东地区。

由上述分析可知，在绝对水汽条件较弱的情况下，鄂西北可出现冷平流强迫型雷暴大风，鄂东可出现斜压锋生型和暖平流强迫型雷暴大风。

4.3.2 水汽垂直分布特征

大多数雷暴大风是由雷暴内强烈的下沉气流产生的，强降水引发向下的加速度，往往是雷暴内下沉气流的最初触发因素(俞小鼎等，2012)。对流层中层若存在干层，由降水引发的下沉气流因雷暴周边干空气的夹卷，可使雨滴或冰雹迅速蒸发造成下沉气流降温，雷暴下沉气流内温度明显低于环境温度而产生向下的负浮力导致下沉气流加速下降，负浮力在激发强下沉气流中起最主要作用(徐焕斌，2012)。以某层温度露点差T-T_d≤5 ℃为湿层，T-T_d＞5 ℃为干层，统计湖北54个雷暴大风日的垂直方向925—400 hPa共8个层次的干湿程度可以得到4种水汽垂直分布类型，即整层高湿类、上干下湿类(600 hPa以上为干层，其下为湿层)、上干中湿下干类(600 hPa以上和850 hPa以下为干层，850—600 hPa为湿层)、整层干燥类。表 3给出4种水汽垂直分布结构下湖北各型雷暴大风日数，从中可见，整层高湿、上干下湿、上干中湿下干和整层干燥水汽条件下发生的雷暴大风日数分别为6、32、12、4 d，这与雷暴大风发生的环境条件基本相符，即雷暴大风一般发生在上干下湿的环境下，上干中湿下干和上干下湿条件下发生的雷暴大风日数共占其总数的80%。整层干燥下发生的雷暴大风最少，且都为高空冷平流强迫型，均发生在鄂西北。整层高湿下雷暴大风主要发生在鄂东地区和江汉平原南部，其中斜压型日数为2 d，低层暖平流强迫型日数为4 d，雷暴大风的发生虽无干空气加入，但中低层存在较强动力抬升条件是关键。

上述分析表明，干空气引发的负浮力在湖北雷暴大风发生过程中起重要作用，但即使无干空气参与，也可发生雷暴大风。

4.4 环境参数阈值

在根据箱线图显示的参数范围设定湖北全省和不同区域各型雷暴大风的适宜阈值时，如果采用箱线图中的最低值作为该参数的阈值，将会造成较高的虚警率，因此对于各型雷暴大风，动力参数和水汽参数以25百分位值作为其最低阈值(表 4)。不同区域各型雷暴大风的对流参数存在一定差异，用同一阈值对雷暴大风作潜势预报会带来较多空报和漏报。鄂西南、江汉平原的对流参数离散度较小，因此鄂西南、江汉平原雷暴大风的对流参数阈值主要参考全省阈值，全省雷暴大风的K指数、ΔT₈₅和CAPE阈值分别为35 ℃、25 ℃、925 J·kg^-1，其中江汉平原雷暴大风的ΔT₈₅阈值比全省阈值略低。鄂东、鄂西北雷暴大风的对流参数离散度较大，尤其是鄂东，斜压锋生型、准正压型、低层暖平流强迫型雷暴大风的对流参数低值主要出现在鄂东，使得鄂东对流参数的阈值比其他区域低。鄂西北雷暴大风以冷平流强迫型为主，其对流参数阈值参考该类型箱线图中的25百分位值，其他类型参考全省阈值。表 4未从季节上对环境参数作进一步划分，一般来说，春季大气对流不稳定条件较差，以动力强迫为主，各区域斜压锋生型的ΔT₈₅、CAPE比全省阈值低；夏季对流不稳定条件较好，弱的抬升条件就可触发强风暴，各区域准正压型的CAPE比全省阈值高。

5 结论与讨论

本文利用常规观测资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料和雷达资料，对湖北省2007—2015年54个雷暴大风日的时空分布特征、天气系统配置和环境参数特征进行了分析，统计分析了全省以及不同自然区域和不同季节各型雷暴大风的环境参数分布特征及阈值。主要得出以下结论：

(1) 湖北雷暴大风分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型四种类型，主要发生在3—8月，7月最多，夏季雷暴大风日数占全年总数的78%。雷暴大风的日变化特征明显，其主要发生在15—19时，峰值在16时，08—10时无雷暴大风记录。雷暴大风空间分布不均，鄂西南的宜昌和鄂东的黄石附近出现高频中心，鄂西北的十堰附近为次高频中心，鄂西南的恩施地区发生频率较小。

(2) 湖北各型雷暴大风中，高空冷平流强迫型最多，占总数的31%，其次是准正压型，占30%，低层暖平流强迫型占26%，斜压锋生型最少。斜压锋生型主要发生在春季，其他类型主要发生在夏季，斜压锋生型从3月开始出现，低层暖平流强迫型和高空冷平流强迫型从4月开始出现，准正压型6月才出现；6月发生最多的雷暴大风是高空冷平流强迫型，7月和8月准正压型最多。

(3) 湖北不同区域各型雷暴大风的分布差别较大。鄂西北冷平流强迫型最多，且此型主要出现在该区域；鄂东暖平流强迫型、斜压锋生型和准正压型均较多，斜压锋生型几乎均出现该区域；宜昌地区冷平流强迫型、暖平流强迫型和准正压型均较多；江汉平原暖平流强迫型最多；恩施地区各型雷暴大风均偏少，其中准正压型相对较多。

(4) 湖北各型雷暴大风的环境参数存在差异。高空冷平流强迫型的850 hPa与500 hPa温差和中低层风垂直切变较大、850 hPa露点偏低；低层暖平流强迫型的K指数和中低层风垂直切变均较大；准正压型的CAPE较高、中低层和低层风垂直切变较小；斜压锋生型的中低层和低层风垂直切变均较大。大多数雷暴大风发生在上干下湿的环境条件下，但是少数整层干燥和整层高湿的环境条件也可产生雷暴大风。

(5) 湖北不同区域各型雷暴大风的对流参数不同，鄂西南、江汉平原雷暴大风的对流参数离散度较小，主要参考全省阈值，即K指数≥35 ℃、ΔT₈₅≥25 ℃、CAPE≥925 J·kg^-1；鄂东、鄂西北雷暴大风的对流参数离散度较大，尤其是鄂东，按区域归纳各型雷暴大风的对流参数阈值，对其预报预警的指导意义更大。

环境参数可从不同侧面反映大气的能量及动量、水汽等分布状况，不同区域、不同天气背景下，不同环境参数贡献大小不同。在相似的环流背景和环境参数条件下，雷暴大风的有无、落区、强度均有较大区别。因此，使用环境参数阈值制作雷暴大风潜势预报会带来较多空报和漏报。湖北各区域天气影响系统、周边地形和地貌区别较大，今后应加强大尺度分型和环境参数细化研究，并充分考虑区域地形以及边界层触发抬升系统的差异，进一步分析地形地貌、大尺度与边界层中小尺度系统对雷暴大风发生发展的作用，不断提高湖北雷暴大风的预报预警和气象服务能力。