秦皇島市一次冰雹天氣過程分析

尹碧文　毛智政　宋金妹　燕成玉　崔粉娥

摘要 利用常規氣象觀測資料、加密自動站資料和多普勒雷達資料，對秦皇島市2019年5月15日出現的一次冰雹天氣過程進行分析。此次過程為典型冷渦影響下的強對流天氣，大氣層結處于不穩定狀態，且不穩定、能量較大，地面冷鋒和輻合線觸發了此次冰雹天氣；前傾形勢明顯，CAPE為743.2 J/kg，K指數為33.4，SI指數為-3.19。0 ℃層所在高度為3 576.7 m，-20 ℃層所在高度為6 316.4 m，有利于冰雹的增長，并且垂直風切變較強，環境條件有利于冰雹等強對流天氣的出現。對于冷渦后的強對流天氣預報需要精心研討，多參考一些地方性指標，分析物理量場的變化；同時要注重短臨監視，加強對加密觀測數據、多普勒雷達的監視，加強臨近預報預警。

關鍵詞 冰雹；天氣過程；強對流

中圖分類號：P458.3 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）06–0070-03

冰雹天氣易對農牧生產、人民生命和財產安全等造成損失；其空間尺度狹小、生命史較短暫，是目前天氣預報的難點[1-5]。冰雹發生的環境條件主要有較高的濕對流有效位能、中等強度以上的垂直風切變、并且0 ℃層高度主要集中在4.0～5.0 km之間。

秦皇島市夏季多受冷渦系統影響，需要重點關注冷渦影響下的冰雹等強對流天氣。針對秦皇島地區2019年5月15日出現的一次冰雹天氣過程進行分析總結，有利于提高對秦皇島地區強對流天氣過程的認識，提高冰雹等強對流天氣預報的準確率，進而提升防災減災能力。

1 災害天氣實況分析

2019年5月15日傍晚到夜間，受冷渦系統影響，秦皇島地區出現雷陣雨天氣，局部地區伴有雷暴、短時大風、短時強降水、冰雹等強對流天氣。由圖1可知，秦皇島地區2019年5月15日08：00至16日08：00，雨量分布不均，共有2個站出現暴雨，最大降雨量出現在青龍縣花場峪，為58.7 mm，該站最大小時雨強為49.4 mm/h，集中在22：00。青龍縣出現冰雹和8級大風（極大風速達17.2 m/s）。

2 成因分析

2.1 環流形勢分析

2019年5月15日08：00，500 hPa上蒙古地區有一個冷渦存在，在冷渦底部、河套地區有一個高空槽，秦皇島位于槽前；20：00高空槽東移，秦皇島仍位于冷渦底部，冷空氣往下滲透，槽兩側風速較大，達到急流標準。700 hPa相似位置也有冷渦存在，說明此系統比較深厚。850 hPa有西南風水汽輸送，風速達到急流標準，20：00急流有所加強。低層受西南暖濕氣流影響，500 hPa為冷氣團控制，高低溫度差達到32 ℃，大氣層結不穩定。在地面形勢上，地面低壓穩定少動，中心位于俄羅斯與我國內蒙古東部交界處，且有地面冷鋒與之配合東移南下，20：00冷鋒壓到秦皇島地區，之后冷鋒過境，出現冰雹等強對流天氣。

由圖2可知，此次過程具有明顯的前傾結構，2019年5月15日20：00，500 hPa高空槽已經位于朝鮮半島西岸，700 hPa位于河北東部，850 hPa位于河北西部，500 hPa槽后具有較強的西北氣流配合大范圍干區，850 hPa受暖脊控制且有濕區配合，高層干冷低層暖濕，大氣層結不穩定，同時地面有輻合線生成，在地面冷鋒和地面輻合線的觸發作用下，強對流天氣發生。在此次過程中，較強對流主要發生在北部山區，地形的抬升觸發對降雨和強對流具有增幅作用。

2.2 衛星資料分析

由圖3可知，2019年5月15日08：00，東北地區有明顯的塊狀云系，北京附近有明顯的高空槽云系，高空槽云系后邊界整齊，有冷空氣卷入，前邊界有絲縷狀結構，未來高空槽云系發展；20：00，位于東北地區的塊狀云系發展成渦旋云系，與高空槽云系合并，有明顯的對流云團。

2.3 雷達資料分析

由圖4的雷達組合反射率圖（CR）可知，2019年5月15日20：26，位于秦皇島北部的青龍縣出現塊狀回波，中心強度達到60 dBz，唐山遷西也有塊狀回波，中心強度65 dBz；到20：59，回波略往東南移，大于60 dBz的范圍增大；21：26位于遷西的強回波移到遷安，原位于青龍縣強回波移到青龍與撫寧的交界處；之后強回波逐漸移到秦皇島，中心強度加強，中心強度達到65 dBz。

由1.5°仰角速度圖（PPI）可知，2019年5月15日20：26，秦皇島上空低層有西南急流，西南急流達到27 m/s，青龍附近有逆風區，并且逆風區逐漸南移；20：59，秦皇島上空低層仍有西南風急流，撫寧與青龍交界處有逆風區；到21：26，逆風區逐漸消失，底層急流減弱，對流天氣減弱。同時，風暴屬性表上，強冰雹概率逐漸增大，達到100%，且VIL一直處于50以上。

3 物理量診斷

3.1 水汽條件分析

對水汽條件進行分析，2019年5月15日08：00，受偏南氣流影響，850 hPa以下均為水汽輻合；20：00，850 hPa水汽通量變為正值，但925 hPa仍為水汽輻合區，這也是此次過程只出現局地強降水區、未出現大范圍強降水的原因之一。

3.2 熱力條件分析

俞小鼎等[6]通過對冰雹天氣進行統計分析，得出冰雹發生的環境條件對應的3個環境參量：CAPE、垂直風切變、0 ℃層高度。大致范圍是：CAPE值主要集中在1 000 J/kg之上，要有較高的濕對流有效位能；垂直風切變主要集中在2×10-3 s-1之上，即發生中等強度以上的垂直風切變；0 ℃層高度主要在4.0～5.0 km之間，超過5.0 km幾乎很難產生強冰雹。

由圖5（a）可知，樂亭站探空呈喇叭口形，低層濕、高層干，有利于雷暴大風出現，且低層風隨高度順轉，有暖平流，高層風隨高度逆轉，有冷平流，低層暖濕，高層干冷，大氣為不穩定狀態。CAPE值743.2 J/kg，K指數33.4，SI指數-3.19。0 ℃層所在高度為3 576.7 m，-10～-30 ℃層為冰雹的主要增長層，-20 ℃層所在高度為6 316.4 m，有利于冰雹的增長。

高低層風速都比較大，低層為西南風，500 hPa為西北風，垂直風切變較強，強的垂直風切變對強風暴有維持和加強的作用。結合由圖5（b）可知，有假相當位溫舌存在，說明熱力條件較好。

3.3 動力條件分析

在動力條件上，2019年5月15日08：00，850 hPa及以下為負渦度區，20：00轉為正渦度區；與之配合的垂直速度由正值（下沉）轉為負值（上升），動力條件轉好。結合地面區域站加密風場，可以看出有明顯地面輻合線，輻合上升運動加強，觸發強對流天氣。

4 數值預報檢驗及可預報性分析

根據各家精細化數值預報產品，研究此次過程的可預報性：500 hPa EC環流形勢場較為正確，但對于高空槽的過境時間預報偏慢。850 hPa EC預報切變線移動偏慢，西南急流位置預報較為準確。

此次降水過程，各種指導產品預報不太一致，歐洲細網格、GRAPES、日本細網格模式等預報有降水，跟實況比較接近；而RMAPS-IN僅報了弱降水，RMAPS-CST對降水強度預報較為準確，雖然強中心略有偏差，但對短臨預報預警的指導性較強，是目前短臨預報預警的重要手段之一。

5 預報技術分析及工作建議

（1）過程的典型特征：局地性強、對流性強。

（2）預報難點：此次局地性強對流天氣的影響系統是高空冷渦，高層干冷空氣疊加在低層暖濕空氣之上，地面有冷鋒過境，地面冷鋒和地面輻合線激發了此次強對流天氣。此次中低層沒有明顯的切變線，加上各家數值預報對此次過程的預報都不是很準確，這次降水比較難把握。

（3）預報中存在的問題：對于局地強對流天氣，數值預報有時也不準確，中央臺指導預報對于降水的指導缺少地方經驗，對于冷渦后的強對流天氣的預報有待于預報員精心研討，多參考一些地方性指標，尤其要多研究分析物理量場的變化。對于這種中小尺度的強對流天氣，可通過多普勒雷達監測，加強臨近預報預警。

6 相似歷史個例分析

將2014年8月16日秦皇島地區出現的1次冰雹天氣過程與此次過程進行對比分析，降雹過程中都伴隨著雷暴等強對流天氣，局部出現暴雨并伴有強對流天氣。

可以看出這2次過程都為冷渦影響下的強對流天氣，共同特點為前傾形勢明顯，高低空系統的垂直結構明顯。特別注意的是，這2次過程高空受西北氣流影響，700 hPa、850 hPa影響系統還未過境；此次過程850 hPa切變線并不明顯，以底層冷鋒和地面輻合線觸發為主。因此，有冷渦系統影響時，要重點關注中低層系統的發展，前傾形勢的出現對于強對流天氣的發生十分有利，應引起高度重視。

7 結論

（1）此次過程為典型的冷渦影響下的強對流天氣，大氣層結處于不穩定狀態，且不穩定、能量較大，地面冷鋒和輻合線激發了此次冰雹天氣。

（2）前傾形勢明顯，CAPE為743.2 J/kg，K指數為33.4，SI指數為-3.19。0 ℃層所在高度為3 576.7 m，-20 ℃層所在高度為6 316.4 m，有利于冰雹的增長。

（3）垂直風切變較強，環境條件比較有利于出現冰雹等強對流天氣。

（4）對于冷渦后的強對流天氣，預報員需要精心研討，多參考一些地方性指標，研究分析物理量場的變化。同時，要注重短臨監視，加強對加密觀測數據、多普勒雷達的監視，加強臨近預報預警。

參考文獻

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[6] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷楠，等.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京：氣象出版社，2006.

責任編輯：黃艷飛

Analysis of A Hail Weather Process of Qinhuangdao

Yin Bi-wen et al（Qinhuangdao Meteo-

rological Bureau， Qinhuangdao， Hebei 066000）

Abstract Used conventional meteorological observation data， encrypted automatic station data and Doppler radar data， to analyze a hail weather process in Qinhuangdao on May 15， 2019. This process was a severe convective weather under the typical cold vortex background. The atmospheric stratification was in an unstable state， and the unstable energy was large. The surface cold front and convergence line triggered this hail weather. The forward-tilting situation and strong vertical wind shear were obviously conducive to the occurrence of severe convective weather such as hail.

Key words Hail; Doppler radar; Cold vortex

基金項目 秦皇島市暴雨與強對流團隊資助（QHDCXTD202002）。

作者簡介 尹碧文（1992—），女，黑龍江七臺河人，助理工程師，主要從事天氣、氣候研究。*通信作者：宋金妹（1998—），女，河北承德人，工程師，主要從事強對流天氣研究，E-mail：459223330@qq.com。

收稿日期 2023-03-23