2018年6月色尼區一次冰雹過程淺析*

2021-05-07 06:03:10邊瑪羅布次仁旺姆達瓦澤仁扎西羅杰央美

西藏科技 2021年3期

邊瑪羅布次仁旺姆達瓦澤仁扎西羅杰央美

（1.西藏自治區氣象臺，西藏拉薩 850000；2.林芝市氣象局,西藏林芝 860000；3.那曲市氣象臺，西藏那曲 852000；4.拉薩市尼木縣氣象局，西藏拉薩 850000；5.那曲市氣象局，西藏那曲 852000）

5～6月為那曲市冬蟲夏草采挖時段，也是那曲市雷暴天氣高發期，近年來雷暴天氣所帶來的災害也越來越頻繁，每年都有相當數量的上山采挖蟲草牧民被意外雷擊死亡，牲畜被雷擊死亡的數量也較多，所以對雷暴天氣的研究和提前預報預警是氣象部門工作重點。秦宏德［3］分析了那曲市強對流天氣的大氣能量垂直分布指出,青藏高原上強對流天氣的出現也需要有潛在不穩定能量，但這種潛在不穩定能量較小，層次較薄，建立和消失都較快。那曲夏季的大氣層結存在著受高原上近地面層氣溫強烈日變化所制約的日變過程。同時很多專家［4-6］通過研究表明，在青藏高原由于存在特別強的近地面湍流加熱和地面動量輸送，造成大氣層結出現不穩定的幾率增加，使青藏高原成為北半球同緯度地帶強對流天氣的多發區和高發區。根據國家氣象中心張芳華［7］等研究發現，青藏高原是全國冰雹日數最集中的地方，其中那曲市色尼區（原那曲縣）和班戈縣是全國所有測站中冰雹日數最多的地區；冰雹雖然是局地性強對流天氣，但其破壞性較強，同時相伴雷雨、大風等天氣，危害性較大；根據內蒙古氣象部門的楊麗桃［8］、韓經緯［9］等專家研究發現，冰雹對牧業生產的主要危害有：1)雹塊下降時的機械破壞作用，對牧草的危害是毀滅性的，嚴重時影響牧草再生;2)破壞牧場設施，危及出牧群眾和畜群安全；3)降雹之前常有高溫，雹后氣溫驟降，前后溫差較大，使生長中的牧草遭受不同程度的冷害；4）冰雹過后，會使土壤嚴重板結，造成草原植被損傷，破壞生態平衡，誘發草原病蟲害等。由于其出現的時間短、局地性強，發生、發展和中小尺度天氣系統以及地形、下墊面狀況影響極大，導致預報預警難度大。達瓦澤仁［10］等研究發現，那曲市冰雹天氣具有明顯的季節特征，大多集中在6～9 月；降雹時間多集中在14～20時，占全天的78%.色尼區冰雹日和雷暴日0 ℃層高度、CAPE 值、垂直風切變化表明，高原地區冰雹日和雷暴日上述三個環境參量值特點是零度層高度低，為1～1.5km，CAPE 值小，大多CAPE 值＜500J/kg，風垂直切變弱，均值約2 m·s-1·km-1。因為那曲市冰雹尺寸小，大部分直徑在2mm～5mm 之間，2mm 左右直徑占95%以上，超過5mm 的強冰雹天氣極少，實際上高原對流包括那曲對流天氣風暴結構多為持續時間在1小時以下的一般單體雷暴，極少出現組織性強的風暴，因而高原冰雹與平原地區大冰雹環境差異顯著。雹日和一般雷雨天氣的差異主要表現在雷雨日低層更為暖濕，雷雨日低層水汽含量略高于雹日，因而其抬升凝結高度相對低，對流有效位能也略大。高原對流天氣0℃層高度在1～1.5km，以冷云為主，雹日抬升凝結高度相對高，云中很可能以固態的水凝物粒子為主，而雷雨日由于低層水汽含量相對較多，云底高度相對低，云內液態的水凝物粒子比重更大些，加之云下的融化，因而產生陣雨而非冰雹。由于差異并不顯著，樣本亦有限，還需要更多的樣本更高分辨率的數據進一步分析。所以，對冰雹天氣個例進行天氣學和雷達資料的分析，將對未來更好的做好此類預報有較大幫助。

1 天氣實況

2018 年6 月16 日至17 日（表1），那曲全市大部出現了降水天氣，中東部降水量較大，其中安多縣、嘉黎縣和索縣的降水量達到了中雨，色尼區17 日14 時至15時出現冰雹，冰雹直徑達10mm。

表1 那曲市2018年6月16日至17日各縣日降水量統計表

2 地面分析

以色尼區17日的冰雹天氣為例（圖1），從11時開始風向從西北風轉為偏東風，溫度開始上升，氣壓開始下降，14時冰雹天氣發生時，3小時氣壓下降幅度在11hPa，溫度露點差為4℃之間，到17 時降水結束時溫度露點差為5.3℃。冰雹天氣發生前風速較小，在2～4m/s之間，各縣的比濕都大于4.0 g/kg（圖2、圖3）。各縣在17日降水發生前，16日20時至17日08時溫度露點差大部都一直≤5℃，為相對濕區，表明水汽特別好，有利于形成降水。17 日14 時地面比濕有明顯的上升。在17日各縣降水發生前后各要素表現明顯，氣壓下降、溫度上升、溫度露點差變小、比濕上升、風向轉為偏南風。降水發生前地面一直存在風的輻合，表明有水汽通量的輻合。

圖1 色尼區2018年6月16日11時至17日20時地面三線圖

圖2 6月17日11時比濕和風向

圖3 6月17日14時比濕和風向

3 高空分析

3.1 500hPa高度場分析

6 月16 日20 時500hPa 環流特征（圖4）上分析：西太平洋副熱帶高壓和伊朗高壓位置較穩定；烏拉爾山以東的低渦較強，低渦槽尾部向南輸送的冷空氣較明顯，干冷空氣從新疆南部輸送到高原中部；高原主體受南支槽的影響，槽線位置偏西，孟灣附近的水汽通過偏西南氣流輸送到高原中部，對形成高原對流性降水非常有利。

圖4 2018年6月16日20時500hPa

圖5 2018年6月17日08時500hPa

6 月17 日08 時500hPa 環流特征（圖5）上分析：西太副高有弱的西進，伊朗高壓受北部冷空南下的影響也有西進；烏拉爾山附近的低渦槽有略微的南壓；槽尾部的干冷空氣一直南下至高原腹地，高原南支槽有明顯的加深加強，那曲大部受偏西南氣流影響，孟灣上空繼續有源源不斷水汽輸送至高原中部，水汽不斷在那曲上空聚集能量。

3.2 衛星圖像分析

對2018 年6 月17 日紅外云圖進行分析（圖6、圖7）：17 日11 時紅外云圖上可以看出班戈至安多一帶開始形成對流云團；17 日17 時不僅已經形成對流云團，而且已經東移至色尼區偏東部一帶，根據紅外云圖可以看出對流云團發展得比較旺盛；再到17 日23時時色尼區偏東部的對流云團和索縣一帶的對流云已經消散，那曲市南部嘉黎縣一帶攜帶著偏南暖濕氣流的云系正向東北部移動。造成此次冰雹過程的強對流云團應該在17 日15 時云圖上最明顯最旺盛。這種對流云團自西向東移動，移速很快。

圖6 6月17日11時紅外云圖

圖7 6月17日17時紅外云圖

3.3 探空分析

根據17日08時探空圖顯示（圖8、圖9），垂直風切變由底層的西南風按順時針轉為高層的西北風，這樣的垂直風切變易出現對流性天氣。色尼區中低層水汽條件較好，接近于飽和，濕層從近地層一直延伸到300hPa 左右，由于夏季的高原有熱源作用，高原上的對流非常旺盛，不穩定能量的儲蓄比較充分，此次冰雹過程時間短，主要還是跟不穩定能量儲蓄與深厚的濕層有很大關系，在300hPa 有干冷空氣的入侵，加速了水汽的凝結碰撞［11］，導致對流性天氣的出現。從風矢端圖顯示，從地面至高空300hPa 風向隨高度的變化順時針旋轉，表明地面至300hPa 有暖平流，300hPa 以上風隨高度的變化逆時針旋轉，300hPa以上有冷平流，這種上干下暖的平流配置很容易發生強對流天氣。

圖8 6月17日08時那曲站TLogp圖

圖9 6月17日08時風矢端圖

圖10 6月17日那曲站層結物理量表圖和17日14時36分各仰角的反射率因子圖

從（圖10）上可以看出，08 時500hPa 高度在5780m 高度，該高度層的溫度為-2℃，而0℃層高度在528.7hPa，比500hPa 高度還低一些，這樣就可以判斷出0℃層高度在地面以上1km 左右，為冰雹發生適宜的高度。LCL（抬升凝結高度）在568hPa，說明云底高度較低。500hPa 到323hPa 的溫度露點差都為2℃，表明大氣中水汽飽和度較高，水汽含量高，非常有利于午后的對流天氣發生。-20℃高度在8.5km，結合降水發生14點36分(圖12)，看到最強回波所在的高度為地面以上的4.9km，加上那曲的海拔高度4.5km，可以預測出，最強回波發展的高度在9km 左右，進而判斷出60dBZ回波發展的高度在-20℃高度以上，即云頂已經發展到-20℃高度以上，非常有利于冰雹天氣的發生。根據達瓦澤仁［10］等研究發現那曲對流天氣風暴結構多為持續時間在1 小時以下的一般單體雷暴，從冰雹直徑和持續時間也可以確定，此次冰雹天氣過程為一般單體雷暴。

4 多普勒天氣雷達資料分析

4.1 反射率因子

從6 月17 日14 點19 分（圖略）反射率因子圖上可以看出色尼區上空為多單體線性風暴結構，西南方24km 處有線性回波正在往測站方向移動，是造成此次冰雹的主要天氣，系統中心最大回波為61dBZ，高度為6km。

14 點31 分時（圖11）系統移動到測站西南面10.9km 處，中心高度為5.2km，最大回波仍未61dBZ。14 點42 分（圖12）線性回波經過測站并往東移動演變成了類似弓形回波，強中心回波為62dBZ，高度在4.7km，說明云底高度非常低，此時測站上空正在發生降水；14 點48 分系統移至測站東北方8.2km 處，高度在5km，中心最強回波仍在60dBZ以上。

圖11 6月17日14時31分的（4.3～6.0仰角）反射率因子圖

圖12 6月17日14時42分的（4.3～6.0仰角）反射率因子圖

4.2 徑向速度

從14 點31 分（3.4～6.0 仰角）（圖13）上可以看出測站上空低層為偏西南風，高層主要盛行偏西南風，測站西北面有明顯的氣旋性輻合，有利于對流不穩定降水天氣的發生，最大入流和出流速度達到27m/s，說明系統移動速度非常快。14 點42 分當系統經過測站上空時（圖14），測站上空低層為西南風，高層盛行西風，風隨高度順時針旋轉，說明有暖平流，測站西南面和東北面有明顯的速度模糊，最大風速達到25m/s。