秦巴山區一次致災冰雹過程分析

孟明霞 瑚娟 程運旺

摘要 利用常規資料、多普勒雷達及自動站等資料，對秦巴山區一次致災冰雹過程綜合分析。結果表明，此次強對流天氣是在高空前傾槽東移過程中產生的，中低層切變線為對流的發生提供了動力條件，地面輻合線是此次強冰雹天氣的觸發機制;適宜的0℃和-20℃層高度、地面暖低壓和特殊的“喇叭口”地形等有利于強冰雹天氣的發生;冰雹發生在低空急流左前方、高空急流出口區的左側和地面輻合線附近。較強不穩定層結和垂直風切變是導致對流快速發展并維持的原因之一;多普勒雷達反射率因子圖上對流單體中心強度大于68 dBZ且維持5個體掃，有超級單體生成;反射率因子剖面圖上有有界弱回波、回波懸垂等出現;速度圖上具有低層輻合和中氣旋等特征;在反射率因子和速度圖上均可看到三體散射;VIL躍增和驟降的時間與冰雹發生的時間相對應。

關鍵詞 超級單體;地面輻合線;三體散射;中氣旋

商洛地處秦巴山區，地形錯綜復雜，冰雹天氣頻繁出現，對當地的烤煙、設施農業等經濟作物影響極大，雹災造成的損失也很慘重。近年來，新一代天氣雷達成為研究強冰雹天氣的主要工具之一，彌補了常規氣象觀測資料的一些局限性[1]。由于直接造成強對流天氣的中小尺度系統發生突然、發展迅速，致使強對流天氣預報預警難度較大。因此，結合新一代天氣雷達產品的應用，加強對強對流天氣中小尺度的分析，可為今后中小尺度災害性天氣的預報、預警提供參考。

1天氣實況和災情

2018年5月15日13：00—18：00，地處秦巴山區的商洛市商州區、丹鳳、商南等縣部分鄉鎮先后出現了冰雹、雷雨大風和強降水天氣，商南縣試馬鎮14：15出現冰雹、短時強降水，最大冰雹直徑15 mm;商南縣城關鎮14：42出現了持續十多分鐘的冰雹，最大直徑55 mm。5月出現如此強烈的冰雹天氣實屬罕見。此次冰雹過程強度大，持續時間長，影響范圍廣，受雹云反復發展、空域限制及防御盲區等因素影響，受災最嚴重的商南縣因災造成的直接經濟損失達到960萬元。

2環境條件分析

5月15日08：00高空綜合分析圖（圖1）上，200 hPa施恩到南陽有一風速≥42 m/s的西南風急流，商洛位于高空急流出口區的左側;700 hPa達縣到安康為≥12 m/s西南風，商洛位于低空急流的左前方，高空輻散、低層輻合的有利形勢，有利于上升氣流和對流云的維持和加強。850、700 hPa的槽線落后于500 hPa，表明此槽線為前傾槽，有利于激發強對流天氣;500 hPa陜西中部有一冷渦，中心強度達-9℃，陜西中南部24 h降溫超過3℃，冷平流明顯。850 hPa河套受暖脊控制，溫度可達20℃以上。700和850 hPaT-Td≤5℃為濕區，500 hPa T-Td≥15℃為干區，且T850-500≥27℃，有強的位勢不穩定。綜上所述，在商洛上空形成了上干冷下暖濕的強不穩定層結結構，為此次過程提供了對流不穩定條件。500、700和850 hPa 3層低渦切變線位置錯位疊加，為此次強天氣提供了強烈的動力抬升條件和維持作用。

5月15日14：00地面圖上，蒙古到河套為強大暖低壓，商洛處于暖低壓前部。分析商南地面三線圖發現，13、14、15日連續3 d最高氣溫都在30℃以上，地面增溫明顯，溫度露點差呈緩慢降低趨勢，高溫高濕的不穩定能量不斷累積，有利于強對流天氣發生。14：00地面加密觀測圖（圖2a）上，在對流初生區有風場的輻合線，強對流云團的位置與地面輻合線位置基本一致。商南縣地勢西北高、東南低，呈掌狀扇形向東南方傾斜的“喇叭口”地形，也有利于對流強度的增加（圖2b）。

3探空分析

此次冰雹過程以商洛東南部商南縣最為嚴重，采用距商南60 km的盧氏站來預估大氣狀態。盧氏站（圖3）K=41，Si=-5.31，符合商洛強對流的指標。CAPE=476.9 J/kg，CAPE形態呈瘦長型，屬典型區域性強對流天氣;0～6 km垂直風切變18 m/s，屬中等偏強型;研究表明，最有利于降雹的0和-20℃層高度為3.0～4.5 km和5.0～9.0 km。盧氏站0和-20℃層高度分別為4.3～7.5 km。而且盧氏站08：00低層存在逆溫且濕度較大，有利于產生降雹。隨著地面太陽短波輻射增溫和暖低壓南壓，用14：00商南站的溫度和露點訂正后，CAPE值迅速增大到2 977 J/kg，產生冰雹的動力抬升條件明顯增強。對比涇河站探空，K=32，Si=-0.74，CAPE=64.5 J/kg，0～6 km垂直風切變8 m/s，可見，東南部對流強度更大。進一步對比兩站風向，涇河站幾乎整層風向隨高度順轉，為暖平流特征;盧氏站地面至500 hPa以下風向隨高度順轉，存在暖平流，400～500 hPa風向隨高度逆轉，存在冷平流，形成“上冷下暖”的不穩定層結結構，有利于強冰雹出現在東南部。

4雷達資料特征

雷達資料可以清楚顯示中小尺度系統的演變情況。通過分析商洛多普勒雷達資料發現，此次降雹過程主要是超級單體分裂以及重組加強產生的降雹，多個單體不斷地相互作用導致強回波持續時間較長。該文僅針對產生大冰雹的對流風暴進行分析。

4.1反射率因子和徑向速度特征

對流風暴14：30—15：15發展最為旺盛，從1.5°仰角的反射率因子圖（圖4）可以看出，14：29在試馬附近存在中心強度達68 dBZ的強回波，在強回波西南部有入流缺口，東北部有弱旁瓣回波，回波頂高達12.5 km;速度圖上可以看到明顯的速度輻合和旋轉特征;剖面圖上≥50 dBZ的強回波中心向上伸展到11 km以上，遠遠超過-20℃層高度（7.5 km），大大增加了降大冰雹的概率。在剖面圖上由于強烈的入流上升氣流，中高層呈現回波懸垂和旁瓣回波，并且有有界弱回波區形成，回波頂位于反射率因子大梯度區之上;強回波沿地面輻合線向東移動加強，14：35入流缺口變得清晰，呈現出鉤狀回波的形態，表明強的入流氣流進入上升氣流;強回波鉤狀回波的存在表明可能有中氣旋發生;在速度圖上可以看到弱中氣旋和明顯的速度輻合。剖面圖上≥65 dBZ強回波范圍增大，中心下降到3 km以下，懸垂墻向前傾斜，此時冰雹正在下降的過程中;14：41強回波在東移過程中進一步加強，反射率因子圖上入流缺口和鉤狀回波更加明顯;速度圖上中氣旋發展到最強時刻，中氣旋的出現表明該對流風暴發展成一個較強超級單體強雹暴;從基本速度剖面圖（圖5）可以看到在0～3 km和3～12 km處均存在徑向輻合區，而且可以明顯看到2個正負速度中心對，此時旋轉速度最大;在10 km以上存在明顯的風暴頂輻散，預示著風暴發展;剖面圖上≥65 dBZ強回波中心繼續下降接近地面，在高懸的強回波條件下，中氣旋的出現增加了產生強冰雹的概率。14：42開始商南縣城出現直徑達55 mm的大冰雹。14：46鉤狀回波逐漸松散，剖面圖上≥65 dBZ強回波中心范圍明顯減弱，高度降低，這與地面已開始降雹實況相符。因商南縣距離雷達較遠（94 km），且商南西高東低，受高山阻擋，所以剖面圖上看不到回波接地。

4.2三體散射特征

三體散射是大冰雹存在的充分條件。報有大冰雹將降落到下游地區，提前量在20 min以上。對流風暴14：18初次出現不明顯的三體散射現象，14：24—14：58，在反射率和速度圖（圖5）上都可見明顯三體散射回波，14：58后由于風暴頂發展較高，云頂在對流層頂向下風方向平鋪，回波面積變大，三體散射回波減弱。研究表明三體散射長釘越長，冰雹尺寸越大，降大雹可能性越大。此次大冰雹過程三體散射長釘超過20 km，最大冰雹直徑達55 mm。三體散射首次出現后24 min內有大冰雹降落，表明S波段雷達三體散射的出現和長度可以作為大冰雹預報的依據。

4.3垂直累積液態含水量

研究表明，垂直累積液態含水量（VIL）在降雹前有明顯“躍增”，這種“躍增”促進了冰雹的快速形成，配合地面出現降雹;突然增大的VIL值可能與冰雹有關。從垂直累積液態含水量分布圖（圖6）可見，出現冰雹前，VIL值有2次明顯的躍增。13：38風暴發展初期VIL僅為2 kg/m2，此時風暴高度不到3 km，經過5個體掃VIL值迅速增至56 kg/m2，風暴頂高度迅速向上伸展至9 km。經過1個體掃VIL值又增至70 kg/m2，反映了云體內冰雹粒子在生長區正迅速碰并長大。此后VIL值緩慢增長，維持在70～80 kg/m2，風暴發展高度達到10～12 km，雹云發展非常旺盛，降雹前約15 min，商南地區VIL值1個體掃內躍增量達20 kg/m2，這為冰雹的預警提供了有價值的信息。

5結論

（1）此次強對流天氣是在高空前傾槽東移過程中產生的，中低層切變線為對流的發生提供了動力條件，地面輻合線是此次強冰雹天氣的觸發機制;適宜的0℃和-20℃層高度、地面暖低壓和特殊的“喇叭口”地形等有利于強冰雹天氣的發生;冰雹發生在低空急流左前方、高空急流出口區的左側和地面輻合線附近。

（2）較強不穩定層結和垂直風切變是導致對流快速發展并維持的原因之一。

（3）多普勒雷達反射率因子圖上對流單體中心強度大于68 dBZ且維持5個體掃，有超級單體生成;反射率因子剖面圖上有有界弱回波、回波懸垂等出現;速度圖上具有低層輻合和中氣旋等特征;在反射率因子和速度圖上均可看到三體散射;VIL躍增和驟降的時間與冰雹發生的時間相對應。

參考文獻

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責任編輯：鄭丹丹