2022年6月18日綏化風雹天氣成因分析

孫 亮，班秋艷，孫 磊，孔穎異，張英華

(1.綏化市氣象局，黑龍江 綏化 152000;2.哈爾濱信息工程學院，黑龍江 哈爾濱 150431)

1 引言

冰雹災害是造成黑龍江省農作物減產的關鍵氣象災害之一[1]，隨著近年來雷達觀測普及與預警預報的信息化發展，防災減災效率得到一定提升，但農作物因冰雹災害減產甚至絕產現象仍時有發生。 根據李紅斌[2]等統計，綏化市地處黑龍江省四條冰雹分布帶中小興安嶺西部的一支，常年受冰雹災害影響，唐凱[3]等統計指出每年5、6、9月是黑龍江省冰雹災害的多發期，13-15 時是降雹期冰雹多發的時段。 在東北地區產生冰雹的天氣形勢主要有三種： 分別為高空冷槽型、高空冷渦型和高空西北氣流型[4]，其中高空西北氣流型在以往的研究常常容易被忽視， 在同類天氣形勢的實際預報中， 強對流天氣的強度很容易被低估和誤判。

2 天氣實況

2022年6月18日11-15 時綏化市多地出現對流性大風，其中14 個站風力超過8 級，4 個站超過9級，最大風力出現于13 時29 分望奎縣恭六鄉，達11級。 此外當日14 時前后北林區五營鄉、三河鎮遭受嚴重冰雹災害，冰雹最大直徑達到30 mm，對農作物玉米、 大豆、 水稻造成嚴重災害， 農作物受災面積1241 hm2，造成直接經濟損失124.1 萬元。

3 雷暴大風和冰雹的環境條件分析

3.1 天氣形勢

2022年6月18日08 時， 黑龍江省位于高空槽后脊前（圖1-2），受西北氣流控制，對這種環流背景條件下的強對流天氣比較容易漏報。 但是結合溫度場分析可以發現，中層500 hPa（圖1）較強的西北氣流有利于冷空氣向黑龍江省輸送， 黑龍江省大部在溫度槽即冷空氣的控制下， 等溫線≤-12 ℃。 低層925 hPa（圖2）黑龍江省大部地區為溫度脊，綏化位于≥18 ℃暖中心附近。 溫度場這種上冷下暖的配置表明綏化等地有大氣層結的熱力不穩定結構， 即有產生強對流天氣的潛勢條件。 從圖2 還可以看到在大興安嶺北部有≤10 ℃冷中心， 在冷暖中心之間是東西向的鋒區，在500 hPa 西北氣流的引導下，鋒區將向東南方向移動， 有可能為綏化等地的不穩定能量爆發提供觸發抬升條件，從而產生強對流天氣。

圖1 6月18日08 時500 hPa 綜合圖

圖2 6月18日08 時925 hPa 綜合圖

3.2 物理量要素

通過2022年6月18日08-20 時齊齊哈爾探空圖（圖3）及其計算得出的物理量，沙氏指數(SI)由1℃降到-2.8 ℃，K 指數由30 ℃升到34 ℃，TT 總指數由48 ℃升到54 ℃， 強天氣威脅指數 (SWEAT)由124.5 升到256.0， 以上物理量均反映出大氣層結不穩定，有利于強雷暴天氣的發生。CAPE 值在08 時僅為44.5 J/kg, 但經過14 時地面資料訂正后， 增加到1544.2 J/kg,具備較強的不穩定能量，08 時DCAPE 值1018 J/kg，具備較強的下沉能量，有利于地面大風的出現。風向由偏東風隨高度順轉為西北風，08 時0-6 km 風矢量差為17.5 m/s,20 時達到25.2 m/s， 根據樊李苗[5]等的研究，風切變數值＞12 m/s 時就容易產生中等強度的強對流天氣風切變數值，＞20 m/s 時就有較高強度的強對流天氣風險，風速垂直切變增大，有利于對流風暴的發展和維持，使風暴的組織性更強，動力抬升條件充分；0 ℃層在3 km 左右，-20 ℃層在6 km 左右，對產生強冰雹天氣有利，近地面與高層較干，中低層相對較濕，同時存在上喇叭口和下喇叭口的探空曲線結構特征， 有利于雷暴大風和冰雹等強對流天氣發生。

圖3 6月18日齊齊哈爾(a)08 時探空圖、(b)經過14 時地面資料訂正后的探空圖以及(c)20 時探空圖

4 中尺度分析

4.1 中尺度對流云團演變特征

在有利于產生強對流天氣的環境背景下， 此次風雹天氣得以發生。 結合衛星云圖與雷達產品資料可以總結出整個對流過程生命史： 從紅外云圖 （圖略）演變可以看出，2022年6月18日11 時左右對流云團在綏化市西北誕生， 生成后向東南方向移動發展，13 時在綏化市中部發展成熟，13 時30 分-14 時可見光云圖(圖略)顯示，對流云團出現上沖云頂結構，在其移動方向上出現后部的絮狀卷云砧，同時紅外云圖中云頂亮溫由-33 ℃降為-41.2 ℃， 其在多地產生對流性大風并在北林區引發致災的強冰雹，最后對流云團于15 時左右減弱并移出綏化境內，風雹天氣過程結束。

4.2 雷達回波演變特征

縱觀整個強對流天氣過程， 對流云體從進入到移出綏化地區歷經4 h，在此期間伴隨多個雷暴單體的生消和聚散，并在多地產生災害性大風和冰雹，在下文中選取致災較為嚴重的恭六鄉和五營鄉附近的雷達資料進行分析。

由綏化多普勒雷達監測所得13 時27 分徑向速度場（圖略）顯示，在望奎境內恭六鄉所在地上游5 km 處0.5°仰角下存在輻散，1.5°到2.4°仰角下存在中層徑向輻合，3.4°仰角下輻合輻散不明顯， 表明下沉氣流的出現， 是地面大風出現時清晰可見的速度圖特征之一，再分別對13 時16 分、13 時21 分和13 時27 分三個時次的強回波中心剖面， 其中反射率強中心在三個體掃內高度的快速下降， 結合速度場特征分析發現這是一次典型的下擊暴流過程， 實況中在13 時29 分恭六鄉附近區域觀測到29.4 m/s 的極大風速。

在對13 時55 分強回波中心分析（圖略）發現，雷達反射率因子從0.5°到4.3°仰角范圍都可以在強中心后部觀察到明顯的后側“V”型缺口，這種對大顆粒的散射衰減是強雹出現的有力指標之一。 在出現后側“V”型缺口的回波位置靠近雷達一側（圖略）做強度垂直剖面可以看出明顯的懸垂結構與其之下的弱回波區， 強中心最大回波強度超過65 dBZ， 高度達到8 km，回波頂高超過13 km，也是典型的冰雹云結構。

在垂直累積液態水含量產品VIL（圖略）中，觀測連續三個體掃的VIL 極大值從45 kg/m2到60 kg/m2再到30 kg/m2， 在VIL 劇變位置的五營鄉產生了最大直徑達30 mm 的強冰雹，體現出VIL 先躍增，產生強冰雹后驟降的過程，是冰雹云回波有別于普通雷暴云回波的VIL 值變化特征；再根據VIL 值與冰雹尺寸的正相關性[6]，60 kg/m2的VIL 值表征強冰雹的出現。

5 小結

(1)本次過程是黑龍江省一次典型的西北氣流型冰雹，綏化市位于500 hPa 高空槽后脊前，受西北氣流控制，低層暖脊東推，高層小股冷空氣南下，高低層相互配合，低層存在輻合觸發機制，強對流天氣出現。

(2)高低層溫差較大，具備上冷下暖層結結構，有較好的熱力不穩定條件，水汽條件一般，地面與低層輻合抬升條件較為有利，存在較大的CAPE 值，潛在不穩定能量較強；垂直方向上風隨高度順轉，且0-6 km 風速垂直切變較大，具備風暴持續發展的組織性條件，動力抬升條件充分。

(3)在相似風雹天氣過程中多種雷達產品的綜合應用非常關鍵，強度場中后向“V”型缺口及其垂直剖面中回波懸垂與弱回波區， 徑向速度場中低層輻散與中層徑向輻合，以及VIL 值的大小和急劇變化，是判別冰雹大風天氣的重要指標。