2018年3月12日貴州中部偏西地區強對流天氣綜合分析

顧天紅，茍 楊

(1.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；2.黔南州氣象局，貴州 都勻 558000)

強對流天氣具有尺度小、突發性強、災害性大的特點，常伴隨冰雹、雷暴大風、短時強降水等天氣，給人民生命財產安全造成嚴重危害和損失。強對流天氣的預報預警一直是短時臨近天氣預報的重點和難點，近年來許多氣象工作者針對強對流天氣進行研究，極大提升了對強對流天氣的預報能力。朱君鑒等[1]發現，冰雹指數、中氣旋、回波頂高、垂直累積液態水含量等新一代天氣雷達產品對冰雹的識別有較好的指示作用。朱義清等[2]發現，強對流發生區與低層輻合、高層輻散區及上升氣流大值區有較好的對應關系。許慶娥等[3]認為，暖低壓與冷空氣交匯的區域及地面輻合線是冰雹天氣觸發的機制之一。伍志方等[4]通過分析多普勒特征發現，強對流天氣發生與下墊面關系密切。陶嵐等[5]發現，雷暴的交匯和抬升作用能增強上升氣流，有利于中氣旋形成。強對流是貴州省主要災害性天氣之一，2018年3月12日14：00～13日01：00貴州中部偏西一線出現強對流天氣，利用Micaps實況資料和雷達資料，對此次強對流天氣過程進行診斷分析，以期為該地區強對流天氣的預報積累經驗，為強對流天氣的監測預警提供參考依據。

1 天氣實況

2018年3月12日14：00～13日01：00貴州中部偏西一線出現強對流天氣，6縣市(納雍、大方、織金、清鎮、修文、白云區)境內共20站出現冰雹、21站出現短時強降水，最大冰雹直徑為清鎮市辛店鎮(12日20：05)、暗流鎮(12日20：33)的14 mm，最大小時雨強為貴定縣德新(13日00：00)43.4 mm/h。

2 環流形勢

由圖1可知，12日08：00 200 hPa上貴州位于高空偏西急流帶上，是有利于上升運動發展的高空輻散區域。500 hPa南支槽位于95°E附近，高原東側有高原槽影響，呈階梯分布，配合有弱冷溫度槽，云南東部有-2℃顯著變溫區，表明，西北氣流的輻合下沉區內配合有冷舌東移并伴有冷平流影響貴州；20：00南支槽東移過100°E，川東低槽發展，在川東北形成低渦，低渦中心值為569位勢什米。700～850 hPa云南東部及川東南維持有切變線，貴州中西部有溫度脊，夜間西南氣流加強，持續不斷地帶來孟加拉灣的暖濕氣流，高空干冷、低層暖濕的結構明顯。貴州位于切變線右側和急流左側的水汽與動力輻合抬升區，是有利于強對流發生發展的疊置區域。12日白天，云南熱低壓發展，地面風很小，受太陽輻射加熱作用而聚集一定的不穩定能量，貴州西部-云南中南部一線存在1條明顯的露點鋒，鋒前Td≥12℃，鋒后Td≤6℃，14：00～20：00地面輻合線始終維持在云南東北部-貴州中部一線，在地面-850 hPa的擾動下，在切變線、露點鋒和地面輻合線附近觸發了這一局地強對流天氣。

圖1 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)中尺度環流形勢分析

3 環境條件

3.1 水汽條件

水汽條件是形成強對流天氣的3個重要條件之一。3月12日08：00，850 hPa貴州中西部比濕為7～8 g/kg，20：00增大至8～9 g/kg，700 hPa為5～6 g/kg，表明該區上空水汽較充沛，且700 hPa為西南氣流、850 hPa為偏南氣流，有利于水汽輸送，故降雹的同時可能伴有短時強降水出現。850 hPa水汽通量散度場(圖2)顯示，12日08：00貴州西北部地區為-4～-2×10-5g/(s·hPa·cm2)，20：00增大至-16～-6 g/(s·hPa·cm2)水汽輻合大值區，而20：00后貴陽附近又有7站降雹，最大冰雹直徑為清鎮市辛店鎮(12日20：05)和暗流鎮(12日20：33)的14 mm。

圖2 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度場

3.2 熱力條件

假相當位溫θse不僅考慮了氣壓對溫度的影響，也考慮了水汽的凝結、蒸發對溫度的影響，是對大氣熱力、水汽條件的綜合反映，其水平和垂直分布可反映大氣中的能量分布、垂直穩定度狀況和大氣濕斜壓性[6]。3月12日08：00貴州地區850 hPa為高能區(圖3a)，其值從北部向西南部增加，到20：00 θse明顯增大(圖3b)。從θse垂直層結可知(圖略)700～400 hPa θse等值線較平直且值有所減小，300 hPa及以上θse等值線又密集，且200 hPa高能值中心達76℃。這種θse上下高、中部低的結構有利于強對流天氣的發生。

圖3 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)假相當位溫場

溫度平流不僅可造成大氣層結不穩定，還可產生垂直運動[7]。12日20：00貴州地區400 hPa以下為暖平流，400～300 hPa除西北部地區轉為冷平流外，其余地區仍為暖平流，250 hPa貴州地區為暖平流，降雹區(新店、暗流、谷堡、修文、牛場、白云)正好位于“暖、冷、暖”的溫度平流疊置區。

3.3 動力條件

分析12日08：00～20：00貴州上空常見的動力因子可知，700 hPa以下散度場為負值，500 hPa以上為正值，說明低層輻合、高層輻散，上升運動將導致不穩定能量的釋放。20：00200 hPa以下貴州中西部的垂直速度均為負值區，且700 hPa在威寧附近負值中心最大，為-300×10-2hPa/s，上升運動強烈，強上升氣流區同時位于水汽通量大值區，利于水汽向對流發展區域輸送。風暴相對螺旋度(SRH)反映了旋轉與沿旋轉軸方向運動的強弱程度，是衡量對流風暴旋轉潛勢的物理量，對強對流天氣的預報有一定指示作用[8]。08時貴州西北部地區SRH為60～120 m2/s2，20：00增大至120～160 m2/s2，均是由北向南增大。

3.4 不穩定能量

由12日14：00威寧站訂正探空(圖4a)可知,溫度線和露點線呈現“喇叭口”，且CAPE午后增大到2 141 J/kg，熱力不穩定度增大，有利于冰雹出現。而20：00貴陽站探空(圖4b)顯示，CAPE值雖不高，但濕度條件較好，有一定短時強降水可能。

圖4 2018年3月12日14：00威寧站(a)和20：00貴陽站(b)T-LnP圖

結合08：00和20：00貴陽站的探空要素值(表1)可知：20：00貴陽站K指數由29℃增大至32℃、沙氏指數(SI)由1.82℃減小為-2.82℃，抬升指數(LI)由1.23℃減小為-2.14℃，抬升凝結高度略降低，說明此次天氣所需的外力抬升作用較小，容易形成對流泡[9]。垂直風切變值增大，大氣整層可降水量略增大，整個環境條件有利于強對流的生成。同時，0℃層高度為3 487 m、-20℃層高度為6 439 m，是適宜冰雹形成的高度。

表1 2018年3月12日08：00和20：00貴陽站探空要素

3.5 大氣能量結構特征

V-3θ圖充分利用從地面到對流層頂探空資料的特性層信息，能夠獲得比天氣圖方法更多垂直方向的不均勻變化，能綜合反映大氣能量，具有明顯的結構特征，是分析大氣熱力、動力和和水汽三維結構的有效手段[10]。從降雹前威寧站的V-3θ圖(圖5a)可見：1)風場近地面為東南風，700 hPa以上為西南風，500 hPa以上為偏西風，則整層風矢垂直結構為順滾流，有利于垂直運動的發展。2)300 hPa左右有超低溫結構，700～600 hPa θsed先與T軸呈銳角后呈大角度的鈍角，表明中低層有淺薄逆溫，而其上為冷層云，增加了大氣的垂直不穩定；且θ線在700～400 hPa多處近垂直T軸，表明層結極不穩定。3)θsed和θ*線在500 hPa以上、750 hPa以下相距近，而在600～400 hPa相距遠，呈現上下濕中間干的“大肚子”特征，表明中層水汽條件差，預測此次過程應主要以冰雹大風為主。對貴陽站的分析也發現有此3個顯著特征(圖5b)，且θsed和θ*線相距更近，表明水汽條件較威寧附近好，故午后到夜間貴陽附近出現多站短時強降水。

圖5 2018年3月12日08：00威寧站(a)和畢節站(b)V-3θ圖

4 雷達回波特征分析

根據冰雹落區選取貴陽雷達站分析，由圖6看出，回波形狀為塊狀，低層反射率因子梯度在入流側最大，風暴頂偏向低層高反射率因子梯度一側，反映出低層弱回波區和中高層懸垂結構。最強回波達73 dBz，>50 dBz的回波已伸展至8 km以上。回波頂高超過10 km，垂直累積液態水含量最大值達43.7 kg/m2。穿過風暴線段的相應垂直剖面圖(圖7a)可明顯看出冰雹特征的“穹隆”結構。

圖6 3月12日20：01貴陽站 1.5°(a)、2.4°(b)、6.0°(c)基本反射率因子圖

根據當天的短時強降水落區選取3月13日00：00貴陽雷達站分析，由1.5°基本反射率因子(圖7b)可知，回波形狀呈帶狀，是以積狀云為主的混合降水回波，回波強度多為35～45 dBz，伸展高度不高。其對應的二維垂直剖面圖(圖7c)顯示，0℃等溫線以上最大反射率因子不超過30 dBz，降雹概率極很小，且0℃以下超過35 dBz的對流雨區多是由于液態雨滴散射的結果，因此雨強較大，有出現短時強降水的可能。

圖7 3月12日20：01貴陽站反射率因子二維垂直剖面圖(a)、3月13日00：00貴陽站1.5°基本反射率因子圖(b)和對應的二維垂直剖面圖(c)

5 結論

此次強對流天氣主要發生高空槽后西北氣流和中低層西南暖濕氣流交匯的環流形勢下，地面輻合線觸發了此次強對流。強對流出現在水汽通量散度大值區、θse高能區、上升氣流大值中心和SRH的大值區的位置。探空要素值表明CAPE值、K指數、垂直風切變增大，SI、LI和LCL降低，0℃層和-20℃層高度適宜，以及V-3θ圖呈現的超低溫、順滾流、“大肚子”特征，構成了此次強對流天氣出現的有利條件。低層反射率因子梯度區、中低層有界弱回波區、高懸強回波和垂直累積液態水含量大值區都是有利于冰雹出現的回波特征。