貴州遵義連續兩次冰雹天氣過程的診斷分析

張云秋，陳茜茜，唐 海

(1.貴州省桐梓縣氣象局，貴州 桐梓 563200；2.貴州省余慶縣氣象局，貴州 余慶 564400；3.貴州省仁懷市氣象局，貴州 仁懷 564500)

1 引言

冰雹、大風等強對流天氣容易對社會的工農業生產造成巨大的損失，也常常威脅到了人民的生命財產安全。而強對流天氣是在一定大氣環流背景下，由中小尺度系統觸發形成[1]，因此預報很有難度。冰雹是遵義地區主要的氣象災害之一，根據肖蕾等[2]對歷史資料的統計分析，遵義在4月和5月是冰雹的多發季節，降雹頻次最多的是遵義中部和東部地區。張蕾等[3]也對遵義降雹天氣系統的垂直配置進行了分類，其結論顯示無地面鋒面配合的降雹類型是占比最小的。本文中的兩次冰雹天氣過程都沒有地面鋒面的配合，因此希望通過這兩次冰雹過程的異同點以及降雹雷達回波特征的分析，為此類型冰雹的預報和預警提供參考依據。

2 資料的分析與處理

本文收集了2016年4月2日和4月5日貴州省遵義市14個國家站、256個區域站的觀測數據及冰雹實況，利用NCEP(1°×1°)再分析資料繪制了無探空站地區和無高空觀測時次的TlogP圖，計算了相關的物理量數據，利用“氣象雷達產品生成軟件”分析了遵義多普勒天氣雷達(CD型)的觀測數據，對4月2日和5日遵義兩次冰雹過程的環境場和雷達回波特征進行了綜合分析。

3 天氣實況與環流形勢

3.1 天氣實況

2016年4月2日天氣過程(簡稱“4.02”)降雹范圍較大。降雹時段為17—21時，主要出現在仁懷、播州、余慶、鳳岡、湄潭，最大冰雹直徑為余慶構皮灘40 mm，最大雨量為湄潭抄樂47.5 mm。2016年4月5日天氣過程(簡稱“4.05”)除降雹外還伴有區域性暴雨，降雹時段為19—21時，主要出現在匯川、紅花崗、綏陽、習水，最大冰雹直徑為綏陽縣城15 mm，強降水集中在匯川、紅花崗、湄潭、綏陽、道真，其中1鄉鎮出現大暴雨，2縣(區)城13鄉鎮出現暴雨，最大雨量為紅花崗新舟100 mm(最大小時雨強73.5 mm/h)。

3.2 環流形勢

“4.02”冰雹發生前，500 hPa中高緯度位勢高度場為2槽1脊型，貴州處于高空槽前，畢節地區在500 hPa上有弱冷平流，東北低渦的底部在河北—渤海一帶，位置比較偏北，低層沒有冷平流影響貴州；2日08時，200 hPa副熱帶急流軸在廣西—江西—福建一線，850 hPa低空急流軸(最大風速16 m/s)在廣西—貴州東南部—湖南一線，貴陽站為SSW風，風速10 m/s，遵義地區處于急流左前側的風速輻合區和氣旋性切變區，畢節—遵義—重慶萬州有一條切變線，切變線較弱，偏北風僅為2 m/s；2日20時，200 hPa急流軸北抬，中心移到湖南中部，且風速明顯增強，850 hPa低空急流范圍略擴大，貴陽站為SSW風，風速12 m/s，遵義地區轉為西南氣流控制，如圖1a。

圖1 4月2日20時天氣形勢圖(a)；4月5日20時天氣形勢圖(b)Fig.1 Weather chart at 20∶00 April 2th (a); Weather chart at 20∶00 April 5th(b)

“4.05”冰雹、暴雨發生前，500 hPa中高緯度位勢高度場也為2槽1脊型，我國北方受烏拉爾山東側高壓脊前的西北氣流控制，貴州處于高空淺槽前部，高低層都為暖平流控制。5日08時，850 hPa低空急流軸(最大風速20 m/s)在廣西西部—湖南西部一線，貴陽站為SSW風，風速14 m/s，遵義地區處于急流左前側的風速輻合區和氣旋性切變區；5日20時，200 hPa急流軸在廣西—臺灣一線，850 hPa低空急流范圍略擴大，貴陽站為SSE風，風速12 m/s，貴州北部—湖南北部—湖北—安徽有一條暖式切變線，如圖1b。

4 環境場與物理量

4.1 抬升觸發機制

兩次強對流天氣發生前地面都為熱低壓控制，受偏南氣流和地形影響，貴州西部有東西向的地面輻合線形成，低層的風速輻合、氣旋性切變與地面輻合線共同作用，加劇了中尺度強對流天氣的觸發抬升作用，有利于輻合線上出現強對流天氣。

4.2 “上干下濕”的不穩定形勢[4]

定義相對濕度<60%為干區[5]，根據對NCEP(1°×1°)再分析資料的分析，2日14時，綏陽和思南地區650 hPa～250 hPa都為干區，其下都為濕區，5日14時，550 hPa～200 hPa都為干區，其下都為濕區，因此兩次過程遵義中部、東部地區都存在“上干下濕”的不穩定形勢。如圖2。

圖2 綏陽縣(107°E，28°N)4月2日14時T-lnP圖(a)與5日14時TlogP圖(b)；思南縣(108°E，28°N)4月2日14時T-lnP圖(c)與5日14時TlogP圖(d)Fig.2 The TlogP in Suiyang County (107 °E, 28 °N) at 14∶00 April 2th(a) and at 14∶00 April 5th (b); The TlogP in Sinan County (108 °E, 28 °N) at 14∶00 April 2th (c) and at 14∶00 April 5th注：4張TlogP圖是用NCEP(1°×1°)再分析資料繪制，綠線代表相對濕度，紅線代表狀態曲線，黑線代表層結曲線，藍線代表露點曲線。

4.3 水汽條件

2日08時赫章—湄潭一線850 hPa水汽通量和比濕都自西向東遞增，水汽通量2～10 g/(s·hPa·cm)，比濕10～12 g/kg(700 hPa為4 g/kg)，遵義地區水汽通量散度自南向北遞增，為-4～-7g·hPa-1；5日08時赫章—湄潭一線850 hPa水汽通量自西向東遞增，為7.9～17.1 g/(s·hPa·cm)，比濕12.7 g/kg(700 hPa為8.1～8.9 g/kg)，遵義地區水汽通量散度自西南向東北遞增，為-23～-33 g·hPa-1；5日20時850 hPa上遵義地區有暖式切變線，利于水汽聚集，2日20時850 hPa上重慶沙坪壩站已轉為偏南風，遵義為西南氣流控制，不利于水汽聚集。因此“4.05”的本地比濕條件、水汽輸送和輻合條件都明顯優于“4.02”，更有利于強降水天氣的發生。

4.4 物理量特征

不穩定層結是對流性天氣的3個基本條件之一，抬升指數(LI)、對流有效位能(CAPE)等能夠反映不穩定層結情況，常用于強對流天氣預報中。LI指數負值越大，表明層結越不穩定，CAPE值是大氣不穩定程度的度量，發生對流必須滿足CAPE為正。從表1、表2可知，4月2日遵義東部的對流有效位能(CAPE)和抬升指數(LI)明顯比5日更有利于形成強對流天氣。

表1 基于NCEP(1°×1°)再分析資料計算的4月2日綏陽、開陽、思南各項指數Tab.1 The various indexes were calculated based on the NCEP (1°×1°) reanalysis data on April 2th in Suiyang County, Kaiyang County, Sinan County

表2 基于NCEP(1°×1°)再分析資料計算的4月5日綏陽、開陽、思南各項指數Tab.2 The various indexes were calculated based on the NCEP (1°×1°) reanalysis data on April 5th in Suiyang County, Kaiyang County, Sinan County

注：遵義中部指桐梓、綏陽、匯川、紅花崗、播州，遵義東部指湄潭、鳳岡、余慶；受NCEP(1°×1°)再分析資料的分辨率影響，遵義東部的大氣環境用距離最近的綏陽、開陽、思南3縣的數據綜合分析。

中等到強的垂直風切變有利于對流風暴有組織地發展。以地面至500hPa的風矢量差表示深層垂直風切變，15 m/s≤風矢量差<20 m/s，判定為中等以上垂直風切變，20 m/s≤風矢量差，判定為強垂直風切變。從表1、表2可知，2日的垂直風切變較強，5日都是中等偏弱的垂直風切變，因此4月2日比5日更容易出現強風暴。

5 雷達回波特征對比

5.1 速度圖和反射率因子剖面特征

“4.02”中，從遵義雷達0.5°仰角的徑向速度圖可以看出，19時08分余慶構皮灘(圖3a)有強低層輻合，最大入流速度-24 m/s，最大出流速度18 m/s，旋轉速度21 m/s，利于形成強上升氣流。從17時24分播州三合(圖3b)和19時08分余慶構皮灘(圖3c)兩張反射率因子剖面圖可以看出，低層都有弱回波區和反射率因子高梯度區，但圖3b的反射率因子強度明顯小于圖3c，且圖3c強回波伸展到8 km以上，遠高于圖3b和-20 ℃層高度(2日20時貴陽站為7 585 m)，更加有利于大冰雹的形成，實況為構皮灘最大冰雹直徑40 mm遠大于三合7 mm。

圖3 4月2日19時08分余慶構皮灘0.5°仰角徑向速度圖(單位：m/s)(a)；17時24分播州三合(b)和19時08分余慶構皮灘(c)反射率因子剖面圖(單位:dBz)Fig.3 The mean radial velocity chart on 0.5 ° elevation at 19∶08 April 2th in Goupitan Town,Yuqing County (unit:m/s) (a);The reflectivity factor profile at 17∶24 in Sanhe Town,Bozhou Distric (b) and at 19∶08 in Goupitan Town,Yuqing County (c) (Unit:dBz)

“4.05”中，匯川團澤(圖4b)的反射率因子剖面圖顯示，受雷達體掃仰角的限制，在距離雷達較近處存在靜錐區，雷達發射的最高仰角電磁波上方的降水物質不能被探測到，使得風暴結構不能完整展現，但從圖中也可看到明顯的低層弱回波區和中層回波懸垂結構，強回波中心值也超過了55 dBz。

從表1、表2可以看出，5日20時綏陽的不穩定能量相比14時已下降很多，CAPE值為0，最優對流有效位能(BCAPE)為213 J/kg，低的不穩定能量使得上升氣流不夠強，不利于形成強冰雹，有利的降雹條件是具有中等強度的垂直風切變。從圖4b和圖4c可以看到，對流系統的強度在向東北方向移動和傳播的過程中已明顯減弱。圖4a顯示，5日20時54分(綏陽縣站20時57分開始降雹)，綏陽縣城有強低層輻合，最大入流速度-24 m/s，最大出流速度12 m/s，旋轉速度18 m/s，有利于形成強上升運動，雷達探測到的強回波(≥45 dBz)最高高度為4.5 km，也是最強回波49 dBz所在處，此高度正好在0 ℃層附近，有降雹的潛勢，但雷達回波的各項降雹指標已明顯減弱，這也使得冰雹指數(HI)未能識別該冰雹云。

圖4 4月5日20時54分綏陽縣城0.5°仰角徑向速度圖(單位：m/s)(a)，19時53分匯川團澤(b)和20時54分綏陽縣城(c)反射率因子剖面圖(單位:dBz)Fig.4 The mean radial velocity chart on 0.5 ° elevation at 20∶54 April 5th in Suiyang County seat(unit:m/s) (a);The reflectivity factor profile at 19∶53 in Tuanze Town,Huichuan Distric (b) and at 20∶54 in Suiyang County seat (c) (Unit:dBZ)

5.2 冰雹指數(HI)特征

將2日08時和5日08時貴陽探空站0 ℃和-20 ℃層高度植入冰雹指數算法里進行計算，分析結果如下：

表3 4月2日與5日兩次冰雹過程冰雹指數(HI)識別情況Tab.3 The identify situation of hail index (HI) in two hail weather events on April 2th and 5th

備注：冰雹發生的具體時間不能準確統計，不能判斷降雹為某一個風暴單體所致，因此以風暴組為單位進行統計，風暴組之間的區分以明顯時間間隔和距離較遠作為標準，人為判斷，無量化指標。

根據郭曉超等[6]對遵義地區冰雹指數的研究，冰雹發生地距離雷達22 km內受靜錐區影響，冰雹指數偏小，這也是“4.05”中匯川、紅花崗冰雹未能識別的原因之一。冰雹指數中各項參數最高的為余慶構皮灘(距遵義雷達76 km)，強冰雹概率、冰雹概率、預期的最大冰雹尺寸分別為80%、100%和1.98 cm。總體來看，排除靜錐區和綏陽縣雹云外，冰雹指數對其他降雹云團都進行了識別，對強冰雹的指示性尤其明顯。

5.3 垂直累積液態含水量(VIL)變化

表4 4月2日與5日兩次冰雹過程降雹地區VIL數據對比Tab.4 The identify situation of hail index (HI) in two hail weather events on April 2th and 5th

備注：因為紅花崗區和匯川區處于遵義雷達靜錐區，因此VIL值失真，不參與統計。

降雹單體在成熟前有明顯的VIL躍增[7]。“4.02”冰雹發生地中只有湄潭和余慶VIL躍增最明顯，播州、仁懷和鳳岡VIL躍增都較小。其中余慶構皮灘VIL一個體掃增加了7 kg/m2，達到18 kg/m2，湄潭新南一個體掃增加了8 kg/m2，達到15 kg/m2。從實況來看，湄潭出現的冰雹范圍最大，最大冰雹直徑(10 mm)也大于播州、仁懷和鳳岡，而余慶則出現了最大直徑的冰雹。因此VIL值越大、躍增越明顯，則出現大冰雹或者大范圍冰雹的可能性越大。

6 小結與討論

①2016年4月2日和4月5日兩次冰雹過程都沒有受到北方來的冷空氣影響。“4.02”降雹直徑與范圍比“4.05”大，主要是因為前者大氣層結相對后者更加不穩定，前者的不穩定能量和垂直風切變更強，有利于形成很強的上升氣流，且上升氣流和下沉氣流能夠長時間地共存，使得對流風暴有組織地發展。

②“4.05”過程降雨量和降雨強度比“4.02”大，主要是因為前者不穩定能量適中，低空急流強，利于水汽輸送，且遵義地區5日20時低層有切變線，2日20時低層為西南氣流控制，前者有利于水汽大范圍地聚集和輻合，為暴雨提供充足的水汽。

③從兩次過程的雷達回波分析來看，冰雹云低層都有較強的輻合，強上升氣流產生的弱回波區和中層回波懸垂結構都比較明顯，最大冰雹直徑所在地(構皮灘)的強回波中心擴展到了-20 ℃以上，有利于出現大冰雹。

④綏陽縣城雹云的回波指標較弱，冰雹指數(HI)也未能識別，但實況出現了此次過程最大直徑的冰雹。在出現這種回波結構的情況下，要準確預報預警確實有困難。

⑤除了靜錐區和綏陽縣的雹云外，冰雹指數對其他降雹云團都進行了識別，對強冰雹的指示性尤其明顯。

⑥通過對靜錐區以外的降雹云團進行分析，發現VIL值越大、躍增越明顯，則出現大冰雹或者大范圍冰雹的可能性越大。

[1] 朱平,肖建設,伏洋.青藏高原東北部冰雹和雷雨預警的風暴單體識別特征對比分析[J].干旱區研究,2012,29(6):941-948.

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