2018年3月4日陽新縣冰雹大風(fēng)災(zāi)害天氣分析

劉熠炎 童紅梅 衛(wèi)文芳 柯凡

摘 要 利用常規(guī)氣象資料、衛(wèi)星雷達(dá)、區(qū)域自動站、EC_thin等資料，對2018年3月4日下午發(fā)生在陽新縣的一次強冰雹大風(fēng)天氣形勢背景、環(huán)境場條件、雷達(dá)回波特征等進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明：1）本次冰雹大風(fēng)天氣是在南支槽前西南急流影響下，地面冷空氣南下入侵暖低壓槽而產(chǎn)生的。2）中高層干冷、低層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，低層暖平流、中高層冷平流的溫度平流配置、中低空急流以及地面暖低壓輻合系統(tǒng)的配置為冰雹大風(fēng)天氣的產(chǎn)生提供了有利熱力動力條件。3）較高CAPE值、良好的低層水汽條件、強垂直風(fēng)切變、適當(dāng)?shù)? ℃與-20 ℃層高度有利于強冰雹天氣的發(fā)生。4）高SWEAT指數(shù)、60 dBZ以上強回波、55 dBZ強回波達(dá)8～9 km高度、VIL值≥50 kg·m-2以及高值迅速下降、HI指數(shù)及高POSH在強冰雹預(yù)警服務(wù)中有指示作用。

關(guān)鍵詞 冰雹;環(huán)境場;中尺度分析;雷達(dá)回波

中圖分類號：P458.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.058

冰雹是重要災(zāi)害性天氣之一，具有影響范圍小、發(fā)展迅速、持續(xù)時間短等特點，常伴隨雷暴大風(fēng)、短時強降水等局地災(zāi)害性天氣，造成較嚴(yán)重災(zāi)情損失。近年來，許多氣象工作者[1-7]對冰雹天氣的形成和發(fā)展機制進(jìn)行了許多研究，俞小鼎[1-2]指出有利于強冰雹發(fā)生的3個關(guān)鍵條件為較高的對流有效位能、強的垂直風(fēng)切變和合適的零度層高度。辛秋玲等[3]分析西寧市冰雹天氣發(fā)現(xiàn)冰雹是由冷暖空氣交匯導(dǎo)致層結(jié)不穩(wěn)定形成的對流天氣。張騰飛等[5]認(rèn)為高層輻散和低層輻合流場配置形成的大氣強烈不穩(wěn)定，具有較強的垂直風(fēng)切變和大氣抽吸作用。研究表明：強不穩(wěn)定層結(jié)、強垂直風(fēng)切變、高低空急流和溫度差動平流等對強對流天氣產(chǎn)生起重要作用。

黃石市地處鄂東南，每年春夏季節(jié)時有短時強降水、雷暴大風(fēng)及冰雹災(zāi)情天氣發(fā)生，但是冰雹天氣發(fā)生的相對較少，但危害卻較重，分析黃石市發(fā)生的冰雹天氣對于短臨預(yù)警具有現(xiàn)實意義。基于此，通過對2018年3月4日下午發(fā)生在陽新縣的冰雹大風(fēng)天氣過程進(jìn)行分析，為今后此類強對流天氣預(yù)報提供可參考依據(jù)。

1 實況及災(zāi)情

2018年3月4日15：30—17：00，陽新縣興國鎮(zhèn)、城東新區(qū)部分村組降冰雹，最大冰雹直徑達(dá)3～4 cm，同時伴有短時強降水，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)極大風(fēng)速達(dá)8～9級，其中網(wǎng)湖極大風(fēng)速為22.3 m·s-1，木港極大風(fēng)速為21.5 m·s-1，軍墾極大風(fēng)速為19.3 m·s-1，造成部分農(nóng)作物和房屋受災(zāi)。

據(jù)民政部門初步統(tǒng)計，此次風(fēng)雹災(zāi)害全縣3 676人受災(zāi)，轉(zhuǎn)移20人，興國鎮(zhèn)寶塔村湖蒿種植基地受風(fēng)雹災(zāi)害影響，受災(zāi)316 hm2，絕收96 hm2，損壞房屋28間、14戶，直接經(jīng)濟損失879萬元。

2 環(huán)境場條件

2.1 環(huán)流形勢分析

3月4日，陽新縣強對流冰雹大風(fēng)過程是受南支槽東移、地面北方冷空氣入侵，冷鋒入暖槽的影響下產(chǎn)生的。在500 hPa圖上，4日8：00陽新縣處于高空南支槽前西南急流軸上（34 m·s-1）;700 hPa圖上，四川東部有西南渦，切變線位于鄂西北，鄂東南處于強盛西南氣流中（16～18 m·s-1）;850 hPa上切變線位于江漢平原至恩施一帶，陽新縣處于20 m·s-1西南急流軸上、急流核正前方，有一定的風(fēng)速輻合。4日20：00南支槽東移，中低層切變線南壓，850 hPa切變線壓至鄂東南南部，925 hPa南壓至江西北部，強對流天氣已移出至江西中北部。

地面圖上，2018年3月4日8：00—11：00鄂東南處于暖低壓中，其北側(cè)有冷空氣南下，14：00—17：00冷空氣南下，暖低壓南落，隨著冷鋒南襲入暖槽區(qū)，激發(fā)強對流天氣，導(dǎo)致陽新出現(xiàn)冰雹大風(fēng)、并伴有短時強降水天氣。17：00以后隨冷空氣進(jìn)一步南下，鄂東南為偏北風(fēng)控制，強對流天氣結(jié)束，降水減弱。

2.2 熱力條件分析

從2018年3月4日8：00陽新縣上空各層θSe分布來看，1 000 hPa為340 K高值中心，往上逐漸減小，至500 hPa降為319 k相對低值區(qū)，屬于對流不穩(wěn)定區(qū)域。另從EC-thin預(yù)報14：00假相當(dāng)位溫（500 hPa與850 hPa的差值）來看，鄂東南處于-10K的負(fù)高值區(qū)，有利產(chǎn)生強對流天氣。

2.3 動力條件分析

從3月4日8：00EC_thin預(yù)報的6h時效散度場來看，鄂東南南部500 hPa以下為明顯輻合區(qū)，500 hPa以上為一致輻散區(qū)，有利于產(chǎn)生強烈的上升運動，產(chǎn)生強風(fēng)暴天氣。

3 降冰雹的物理條件診斷分析

3.1 水汽條件

由3月4日8：00 EC_thin數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報逐3 h的水汽通量散度場可見，850 hPa層上，4日11：00，陽新縣處于值為-200×10-6～-170×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1明顯增強的水汽輻合區(qū)，14：00陽新縣處于-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心，17：00時，-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心東移南壓。14：00，500 hPa層上陽新地區(qū)為16×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻散區(qū)，700 hPa層為-100×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1的輻合中心。925 hPa層上，水汽動態(tài)變化更明顯，在強對流發(fā)生前的11：00為輻散，14：00開始出現(xiàn)明顯水汽輻合。14：00陽新縣上空大氣可降水量PW為51～57 kg·m-2。中低層強的水汽輻合，高層水汽輻散，形成明顯的抽吸作用，有利于形成強烈的上升運動，產(chǎn)生強對流天氣;大氣可降水量充沛、水汽條件好，有利短時強降水強風(fēng)暴天氣的產(chǎn)生。

3.2 穩(wěn)定度指標(biāo)和強對流指數(shù)

K指數(shù)是考慮了氣層水汽條件的一種不穩(wěn)定指數(shù)，它考慮了中低層的水汽條件，是分析暴雨、強對流的一種較好的熱力穩(wěn)定度指數(shù)。分析EC_thin預(yù)報K指數(shù)表明，8：00陽新地區(qū)為31～32 ℃，11：00大于39℃，14：00為36～40 ℃。陽新處于K指數(shù)高值區(qū)，有利于強對流天氣產(chǎn)生。

上下層溫度差大，有利于強對流風(fēng)暴產(chǎn)生。8：00陽新縣上空T500-T850=-29 ℃，14：00為-29～-27 ℃，垂直溫差大，有利于形成強風(fēng)暴天氣。

強對流天氣威脅指數(shù)（SWEAT指數(shù)）主要用于監(jiān)測強烈的對流性天氣，SWEAT的值越大，發(fā)生龍卷和強雷暴的可能性越大。據(jù)EC_thin物理量預(yù)報產(chǎn)品分析，8：00陽新地區(qū)SWEAT指數(shù)為320～350，11：00為360以上，14：00為300～330，17：00降為280附近，高值區(qū)位于鄂東南，且隨著時間向南壓。陽新處于SWEAT值大于300的高值區(qū)，容易發(fā)生強雷暴天氣。

對流有效位能是研判強對流天氣的重要指標(biāo)，分析3月4日8：00武漢探空資料可見，采用午后地面溫度升到29 ℃的拖動訂正，得到訂正的CAPE值約為1 000 J·kg-1;同時，次安慶站探空資料拖動訂正的CAPE=1 050 J·kg-1。由風(fēng)矢圖可見，低層（近地面至700 hPa）風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，700～250 hPa風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流;700 hPa以下空氣濕度大，接近飽和，700 hPa以上空氣濕度小，溫度和露點溫度廓線呈喇叭形狀，呈現(xiàn)出上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，且低層暖平流、中高層冷平流，加強了不穩(wěn)定層結(jié)，有利強對流風(fēng)暴的產(chǎn)生，喇叭形狀溫濕廓線有利于形成雷暴大風(fēng)天氣。

3.3 0 ℃層和-20 ℃層高度

冰雹的發(fā)生需要合適的0 ℃層和-20 ℃層高度，因為0 ℃層和-20 ℃層之間主要由過冷水滴、雪花及冰晶組成，這個區(qū)域是冰雹生長的“雹源區(qū)”。利用武漢站的探空資料，分析表明，ZH=3 880 m，-20H=6 762 m。0 ℃層、-20 ℃層高度合適，有利于大冰雹的形成。由探空圖可見，8：00近地面有一逆溫層，有利于低層能量的積累，午后陽新地面溫度升到29 ℃，沖破逆溫層，有利于產(chǎn)生強天氣。

4日8：00的EC_thin數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報0 ℃層可見，陽新上空0 ℃高度由4.0 km降至3.7 km，-20 ℃層高度由7.1～7.2 km下降為7.0 km（8：00—14：00），陽新縣上空“冰雹源區(qū)”高度合適，適宜形成大冰雹。

3.4 垂直風(fēng)切變分析

4日8：00探空資料分析表明，武漢站0～6 km風(fēng)速差為27 m·s-1，垂直風(fēng)切變大;0～3 km風(fēng)速差值為18 m·s-1;安慶站0～6 km風(fēng)速差33 m·s-1，0～3 km風(fēng)速差值為16 m·s-1。陽新縣位于兩站之間，與兩站臨近，可見陽新上空存在強的垂直風(fēng)切變，有利于形成強對流風(fēng)暴。

4 中尺度分析

從3月4日8：00高低空形勢場及要素配置來看，陽新縣處于槽前西南急流軸上，且位于低層急流核前方，有風(fēng)速輻合，受到急流核脈動的影響。925 hPa層上鄂東南為露點溫度Td大于15 ℃的高值區(qū)，水汽條件好;850 hPa層上鄂東南為露點溫度Td大于13 ℃的高值區(qū)，水汽條件好;700 hPa層上陽新處于濕度鋒區(qū)附近干區(qū)一側(cè)，武漢以西及以北T-Td≤2 ℃，鄂東南部T-Td>4 ℃。地面場上，鄂東南處于暖低壓中，武漢至江漢平原東南部有冷空氣入侵、有一條冷鋒。從上述分析可見，陽新縣處于鄂東南南部，受到西南急流影響，且處于地面暖低壓中，低層水汽條件好，增溫增濕顯著，具備產(chǎn)生強對流天氣的不穩(wěn)定層結(jié)條件;午后陽新地面氣溫升高明顯，在北邊冷空氣入侵下，溫度梯度加大，陽新中部一線（東西向）形成一條弱的地面中尺度輻帶，在此中尺度輻帶上及其南側(cè)產(chǎn)生了冰雹大風(fēng)以及短時強降水等強對流天氣。

5 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波分析

5.1 衛(wèi)星云圖分析

分析FY2E紅外云圖可見，3月4日上午鄂東南晴到少云，12：00以后，在高空槽前西南氣流引導(dǎo)下，來自貴州南部的絮狀云團移至湖北南部，鄂東南上空云系增多，絮狀云團在向東北方移動中，對流發(fā)展，14：30云團中出現(xiàn)了強度明顯增強的對流云塊，15：30云團北部的對流云團發(fā)展加強影響鄂東北，南部的強對流云影響鄂東南。16：30強對流云團已經(jīng)移動至湖北東部邊界一帶，鄂東南上空為層狀云。

5.2 雷達(dá)回波分析

5.2.1 反射率因子分析

分析組合反射率CR雷達(dá)回波可見，3月4日13：00—14：00，岳陽、臨湘、通城、洪湖、咸寧有絮狀回波生成，在高空西南氣流引導(dǎo)下，向東北方向移動，絮狀回波逐漸形成一條斷續(xù)的圓弧回波。14：00—14：30，在該圓弧回波的南邊，崇陽-通山生成一條線狀對流回波，其東端有強度達(dá)60 dBZ強風(fēng)暴單體形成，14：33該強風(fēng)暴單體東移至陽新西部。14：33—15：04，該強風(fēng)暴單體發(fā)展，強回波面積擴大，影響王英、三溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn);15：04—15：23，該強風(fēng)暴回波南北向拉長為一段線狀回波，為斷續(xù)大圓弧回波帶中最強的一段，陽新軍墾農(nóng)場15：20出現(xiàn)19.3 m·s-1（8級大風(fēng)）;15：23—15：35，強回波帶東移中減弱消散，在其東側(cè)對流單體迅速發(fā)展加強，形成強度達(dá)60 dBZ以上強風(fēng)暴，15：41以后強度減弱并向東移動，陽新城關(guān)一帶出現(xiàn)最大直徑4 cm的冰雹;16：00強風(fēng)暴減弱并移出陽新，其南邊生成對流回波與從江西北部北抬至陽新南部的對流回波合并，16：00—16：30陽新南部的強回波導(dǎo)致木港、網(wǎng)湖出現(xiàn)短時強降水及雷暴大風(fēng)。16：30強回波東移出境，陽新上空轉(zhuǎn)為層狀回波并迅速減弱消散。

從不同仰角回波來看，強風(fēng)暴單體強回波中心具有隨高度向東傾斜的特征，強回波伸展高度高，14：45時強度強達(dá)到60 dBZ，且50 dBZ強回波達(dá)到8.3 km以上，超過-20 ℃的高度。15：23時線狀對流與其前方的對流單體合并，對流單體明顯發(fā)展加強;從不同仰角強中心位置對比來看，呈現(xiàn)隨高度向東傾斜結(jié)構(gòu)。55 dBZ的強回波達(dá)到了9.4 km以上;15：35強風(fēng)暴對流單體明顯發(fā)展加強，不同仰角強中心位置呈現(xiàn)隨高度向東傾斜結(jié)構(gòu)，55 dBZ的強回波達(dá)到了9.7 km以上。回波強度強，強回波伸展高度高，有利于產(chǎn)生大冰雹。

5.2.2 強風(fēng)暴單體追蹤及VIL分析

分析雷達(dá)STI產(chǎn)品可見，14：30—15：30影響王英、三溪、荊頭山主要是強風(fēng)暴單體P6，15：26—16：00影響陽新城關(guān)、網(wǎng)湖一帶主要是強風(fēng)暴單體W7。由強風(fēng)暴隨時間演變可見，P6強風(fēng)暴東移中形成線狀對流回波、其強回波高度由15：10的5 km迅速降為15：16的1.6 km時，陽新軍墾15：20出現(xiàn)19.3 m·s-1（8級）局地雷暴大風(fēng)，并伴有局地強降水;W7強風(fēng)暴單體迅猛發(fā)展，強回波核心高度在15：35迅速從5.6 km降為1.8 km時附近，陽新城關(guān)出現(xiàn)冰雹，網(wǎng)湖15：41分出現(xiàn)19.4 m·s-1（8級）大風(fēng)。強風(fēng)暴反射率因子極大值DBZM與高度HGT見表1、表2。

垂直累積液態(tài)水VIL表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水值。從表3可見，VIL值15：10有快速降低，隨后軍墾出現(xiàn)8級以上大風(fēng);此后VIL值15：41由高值快速降低，網(wǎng)湖出現(xiàn)了8級大風(fēng)。15：23—15：35的VIL值達(dá)到50～55 kg·m-2，持續(xù)了13 min，時間相對較長，可以判別為帶有大冰雹的風(fēng)暴。

5.2.3 回波頂高分析ET及冰雹指數(shù)HI

從回波頂高來看，14：39—15：23時ET值基本位置在11 km，15：29時升高為12～13 km，15：35時ET值達(dá)到極值14 km，15：41時及以后又降為11 km，可見強風(fēng)暴的高度高，尤其是城關(guān)出現(xiàn)明顯降冰雹時回波頂高度達(dá)到極值，表明上升運動強烈，伸展高度極高。

從冰雹指數(shù)來看，15：23—15：35時，產(chǎn)品給出冰雹尺寸為10～12 cm，強天氣概率為34%～40%，明顯高于其他時段，出現(xiàn)大冰雹的概率為POSH=100%。這對于大冰雹短臨預(yù)警及服務(wù)具有意義。

6 結(jié)論

1）2018年3月4日下午，陽新縣冰雹大風(fēng)、短時強降水等局地強對流災(zāi)害天氣是在南支槽前強勁的西南急流影響下，地面冷空氣南下入侵暖低壓槽而產(chǎn)生的。

2）在地面暖低壓、中低層強盛西南氣流配置下，陽新上空大氣處于強的對流不穩(wěn)定中，500 hPa層以下明顯輻合、500 hPa以上明顯輻散，熱力、動力條件有利產(chǎn)生強對流天氣。

3）陽新縣處于強烈的水汽輻合中心、水汽條件良好，CAPE值約為1 000 J·kg-1，0 ℃層與-20 ℃層高度為4 km、7 km有利冰雹的產(chǎn)生，上干冷下暖濕的層結(jié)和喇叭狀溫濕度廓線有利大風(fēng)天氣形成，0～6 km強烈垂直風(fēng)切變、上下層溫差大等有利有組織的強風(fēng)暴產(chǎn)生。SWEAT指數(shù)在300以上，表明陽新縣適宜強雷暴天氣的發(fā)生。

4）中分析表明，冷空氣南下的過程中，14：00—15：00陽新縣中部有一條東西向地面中尺度輻合線，該輻合線北側(cè)溫度20～25 ℃、南側(cè)溫度28～30 ℃溫度對比顯著，冰雹大風(fēng)及短時強降水天氣發(fā)生在輻合線上及其南側(cè)暖區(qū)中。

5）雷達(dá)回波分析表明，此次陽新冰雹大風(fēng)災(zāi)害天氣是兩個強風(fēng)暴單體所致，導(dǎo)致城關(guān)出現(xiàn)冰雹是W7強風(fēng)暴。風(fēng)暴強度達(dá)到60 dBZ以上，50～55 dBZ強回波超過-20 ℃層，強回波中心隨高度向東傾斜，具備產(chǎn)生冰雹的強風(fēng)暴單體特征。

6）VIL值達(dá)到50～55 kg·m-2、冰雹指數(shù)HI較高、降大冰雹POSH=100%、VIL值迅速降低、強反射率因子核心高度迅速下降等這些指標(biāo)在大冰雹（直徑大于2 cm）及雷暴大風(fēng)的預(yù)警中有現(xiàn)實指示價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳劍坤，俞小鼎.強冰雹天氣的多普勒天氣雷達(dá)探測與預(yù)警技術(shù)綜述[J].干旱氣象，2009，27（3）：197-206.

[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006.

[3] 辛秋玲，沈潔，董文靜.西寧市2015年7月兩次冰雹天氣對比分析[J].青海氣象，2017（3）：27-34.

[4] 徐芬，鄭媛媛，肖卉，等.江蘇沿江地區(qū)一次強冰雹天氣的中尺度特征分析[J].氣象，2016，42（5）：567-577.

[5] 張騰飛，段旭，魯亞斌，等.云南一次強對流冰雹過程的環(huán)流和雷達(dá)回波特征分析[J].高原氣象，2006，25（3）：531-534.

[6] 許新田，王楠，劉瑞芳，等.2006年陜西兩次強對流冰雹天氣過程的對比分析[J].高原氣象，2010，29（2）：447-460.

[7] 潘婭婷，段瑋，羅園，等.滇中地區(qū)春季兩次冰雹天氣對比分析[J].高原山地氣象研究，2015，35（4）：19-25.

（責(zé)任編輯：趙中正）