桂西北一次區域性冰雹天氣過程分析

2014-10-25 06:35:42賀春江黃肖寒王秋文

陜西氣象 2014年3期

賀春江，蒙萌，黃肖寒，王秋文

(河池市氣象局，廣西河池 547000)

桂西北一次區域性冰雹天氣過程分析

賀春江，蒙萌，黃肖寒，王秋文

(河池市氣象局，廣西河池 547000)

利用高空、地面資料，自動氣象站資料和河池多普勒雷達資料,對2013年3月23日桂西北河池市區域性冰雹天氣過程進行分析。結果表明：500 hPa高原冷槽、850 hPa切變線、地面弱冷鋒是這次過程的影響系統；邊界層輻合線為觸發對流云提供了動力條件；冷云厚度是暖云厚度的2倍有利于冰雹天氣的產生；適宜降雹的云頂亮溫在-52 ℃到-62 ℃；當VIL 值≥60 kg/m2時，強回波附近將有冰雹出現；反射率因子圖上的弓形回波，鉤狀回波，弱回波區，旁瓣回波、三體散射，是發布冰雹預警的重要指標。

區域性冰雹；邊界層輻合線；冷暖云厚度比；云頂亮溫；VIL值；河池市

1 天氣實況

2013年3月23日下午到夜間,桂西北河池市出現大范圍強對流天氣。天峨、南丹、金城江、環江、羅城、宜州、都安等七縣市的31鄉鎮出現冰雹，其中宜州市北山鄉出現直徑60 mm的大冰雹，天峨、宜州、環江縣還出現8級以上大風，河池市的金城江區、宜州市和都安縣出現短時強降水。

2 強對流天氣成因

2.1 環流背景分析

2013年3月23日08時強對流天氣系統配置圖(圖1，圖見第7頁)顯示，500 hPa高空槽位于青藏高原東側，槽后有冷平流，桂西北受槽前西南氣流控制，溫度露點差≥25 ℃，為干空氣區。低空850 hPa為西南暖濕氣流影響，急流軸位于廣西東南部，貴州南部和廣西北部存在一西南風和東北風的冷式切變線，切變線南側溫度露點差≤2 ℃，為高濕區，水汽充沛，溫度脊位于濕區西側，桂西北地區低層高能高濕的條件已具備。地面弱冷鋒位于南嶺附近，冷鋒前部區域為東南氣流影響。23日下午到夜間隨著高空冷槽的東移，配合850 hPa切變線和地面弱冷空氣的觸發，強對流天氣發生在切變線兩側，急流軸左側，地面東北氣流和東南氣流匯合處。

2.2 地面要素的中尺度特征分析

許多研究支持強風暴發生前已有低空幅合的存在，地面幅合線是強風暴的觸發機制之一[1]。從河池地面氣象自動觀測網資料可看出，2013年3月23日16—19時在天峨、南丹、環江、羅城縣境內有一條東西向的中尺度風場輻合線，輻合線兩側有3～5 ℃的溫度梯度(圖2a、2b)。從西部移出的對流云系沿輻合線東移并逐漸加強，造成幅合線兩側4縣的14鄉鎮出現冰雹天氣。22—24時，又有一條長約100 km的西北-東南向中尺度風場輻合線在河池市金城江區至宜州市境內，雹暴沿輻合線從西北向東南移動(圖2c)，最強的冰雹出現在幅合線上。邊界層輻合線是風暴發生發展的動力條件之一,是強對流天氣重要的觸發系統。

圖2 2013-03-23地面幅合線(a 17 ：00；b 18 ：00；c 23：00。黑線為地面幅合線，圓圈為雹暴位置)

2.3 T-logp圖分析

冰雹等強對流天氣產生于較強的對流風暴中，它取決于環境的熱力不穩定，環境垂直風切變和水汽的垂直分布等因子[2]。從冰雹發生當日08和20時的河池探空資料看(圖3，圖見第7頁)，地面(925 hPa)到500 hPa，風速隨高度增加明顯，風向順轉，有較強的垂直風切變；而衡量熱力不穩定大小的最佳參量是對流有效位能Cape[3]。冰雹天氣發生前，23日08時Cape值為1 288.3 J·kg-1，20時Cape上升至1 746.2 J·kg-1，沙氏指數維持在-3.09～-4.08 ℃，風暴強度指數為295.4～310.4 ℃,具備了發生冰雹天氣的潛勢。08時ΔT850-500為26 ℃，ΔT700-500為19 ℃；20時ΔT850-500增大到31 ℃，ΔT700-500維持不變，這表明從低層到高層垂直溫度遞減率大，增大了層結的不穩定性。從水汽的垂直分布來看，冰雹天氣過程中水汽條件均呈上干下濕的分布，高層500 hPa比濕值在0.25～0.70 g/kg，700 hPa在3.5～3.9 g/kg，而低層水汽較豐富，地面到850 hPa的比濕值在12.0～15.0 g/kg。環境條件非常有利于對流風暴的產生。

3 冰雹生長條件分析

3.1 0 ℃層和-20 ℃層高度

冰雹的主要生成區是在0 ℃到-20 ℃層區域。據統計，河池市春季降雹日08時0 ℃層高度在4 100～4 900 gpm；-20 ℃層高度在7 000～8 000 gpm[4]。23日08時0 ℃層和-20 ℃層的高度分別為4 234 gpm、7 022 gpm，滿足出現冰雹的條件。

3.2 冷云與暖云厚度比

當對流云中冷云部分是暖云部分的2～3倍時，利于冰雹天氣的出現[5]。當冷云和暖云部分的厚度比達到上述比例時，既保證云中有較厚的過冷水滴區，又保證云中有不太厚的液態水含量較高的暖區，不會導致雹塊在下降過程中完全融化。此次冰雹天氣出現前，冷云與暖云部分的厚度比逐漸增加。22日08時，暖云層厚度(抬升凝結高度到0 ℃層高度)為3 330 gpm，冷云層厚度(0 ℃ 層高度到平衡高度)為5 753 gpm，兩者比為1：1.73，23日08時，暖云厚度為3 284 gpm ，而冷云厚度增加為6 641 gpm，其比變為1：2.02，有利于冰雹產生。

4 中尺度對流系統演變和雷達回波特征

4.1 中尺度對流云系的演變

在具備了強對流天氣發生的環流背景條件下，23日13時(圖略)，在廣西西林縣境內開始有對流云塊生成，云頂亮溫(TBB)為-30 ℃，它是第一個中尺度對流云系的初生階段；15：00(圖略)云團不斷加強在樂業縣北發展成第一個中尺度對流云系MCS1，其TBB為-52 ℃，具有密實的結構，MCS1逐漸發展加強，在高空槽前偏西南氣流引導下由西向東移動，16：00進入天峨縣境內；16：00—19：00(圖略)云系加強并以東移為主，TBB維持在-58～-62 ℃，受該云系影響4縣市降雹；20：00云系減弱移出河池市境內。21：00，在南丹縣西南部附近又有新的對流云塊出現，22：30(圖略)第二個中尺度對流云系MCS2在河池市金城江區境內生成，TBB為-58 ℃，緩慢東南移并逐漸加強，22：40前后金城江區開始降雹，該云系從23日22：40開始到24日凌晨造成5縣市的1個鄉鎮出現強冰雹天氣。

4.2 雷達回波特征

23日15：00河池多普勒雷達圖(圖略)，廣西樂業縣北面有分散回波，1.5°仰角基本反射率因子中心強度25 dbz。15：22天峨縣境內有新的回波生成，中心強度45 dbz。15：46兩處回波合并加強東移，16：00回波中心強度達60 dbz，回波頂高14 km，VIL液態水含量由25 kg/m2躍升到60 kg/m2，隨后維持在60～70 kg/m2。16：20天峨縣坡結鄉開始降雹，三堡鄉、向陽鎮也出現降雹，最大冰雹直徑10 mm。研究表明，VIL先猛增，后相對穩定，當達到峰值時即出現冰雹[6]，本次降雹過程也出現了同樣的情況。17：16是這次風暴的最強時段，0.5°～3.4°仰角上的反射率因子中心強度65 dbz，并出現了鉤狀回波和穹窿(圖4，圖見第7頁)，南丹縣有四鄉鎮降雹，冰雹最大直徑20 mm；18：00—19：00回波以東移為主，強回波掃過地區都出現了冰雹。19：30左右回波減弱，VIL液態水含量降至30 kg/m2，降雹停止。

23日21：00至24日00：00仰角為1.5°的河池多普勒雷達基本反射率演變 (圖5，圖見第7頁)。21：00河池西北部開始出現分散的回波，最強回波30 dbz。隨后，對流單體不斷合并加強形成多單體對流風暴由西北向東南方向移動，22：14—22：32形成一條長約100 km，中心強度55 dbz的強回波帶。VIL值由10 kg/m2躍增到40 kg/m2，并在風暴入流處出現弱回波區，表明多單體強風暴已形成并繼續發展。22：44 VIL值達65 kg/m2，河池市金城江區有四鄉鎮降雹。22：50—23：02出現旁瓣回波，旁瓣回波的出現可作為強冰雹預警的輔助指標[7]。23：20宜州市北山鄉出現直徑60 mm的大冰雹，并伴有8級大風和短時強降水。23：13—23：31出現三體散射。23：31—00：01， 1.5°仰角反射率因子強度65 dbz，VIL值達70 kg/m2，風暴發展到最強盛階段，強回波掃過區域都出現大冰雹天氣。00：31后VIL值突降至35 kg/m2，降雹停止。在風暴演變過程中，弱回波區、旁瓣回波超前大冰雹發生近 20 min，對大冰雹的預警有較強的指示意義。