九江市連續(xù)兩次冰雹天氣過程成因分析

周文龍，張晶晶

瑞昌市氣象局，江西瑞昌 332200

冰雹是強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展到強(qiáng)盛階段的產(chǎn)物，尤其是直徑超過2 cm的大冰雹，具有空間尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大、發(fā)展演變迅速的特點(diǎn)。每年初夏階段，九江市常受雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的襲擊，給小范圍地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重?fù)p失。為了發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)的先導(dǎo)作用，以2021年5月15—16日連續(xù)兩次冰雹天氣為例，分析冰雹產(chǎn)生的原因和背景，通過分析不穩(wěn)定條件、雷達(dá)回波圖的特征和地形因素，為今后短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣研究提供參考[1-2]。

1 天氣實(shí)況

2021年5月15—16日，九江市受高空低槽、低層切變線、較強(qiáng)西南急流和地面冷空氣共同影響，出現(xiàn)了2次明顯的強(qiáng)雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流性天氣過程，全市普降暴雨，部分大暴雨。瑞昌市南義鎮(zhèn)楊鍛村18:00左右下了冰雹，最大直徑為4～5 cm；橫港水庫、高泉水庫和花園、范鎮(zhèn)、邊山村等地出現(xiàn)了8級(jí)以上雷雨大風(fēng)，其中橫港水庫極大風(fēng)速達(dá)24.7 m/s。此次強(qiáng)對(duì)流天氣過程造成瑞昌市14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)，總受災(zāi)人口19 406人，緊急轉(zhuǎn)移安置人口81人，農(nóng)作物受災(zāi)面積9.64 km2，成災(zāi)面積4.49 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失1 671.15萬元，其中房屋及居民家庭財(cái)產(chǎn)損失378.35萬元，農(nóng)林牧漁業(yè)損失840萬元，其他損失452.6萬元。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

隨著夏季副熱帶高壓北抬，我國南方暖濕氣流強(qiáng)盛，而北方仍有冷空氣不斷南下，冷暖空氣交匯造成大氣對(duì)流不穩(wěn)定，形成雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。

由圖1、圖2可知，500 hPa高度場(chǎng)上呈現(xiàn)“兩槽一脊”，江西省西北部處于高空槽前，副高脊線15日08:00到20:00加強(qiáng)西伸后，減弱東退，逐漸維持穩(wěn)定；925 hPa風(fēng)場(chǎng)，15日20:00開始，切變線緩慢南壓，其南北兩側(cè)急流強(qiáng)盛，各層次垂直風(fēng)切變均較大，西南氣流逐漸加強(qiáng)。在此次過程中，瑞昌市一直處于西南急流中，較強(qiáng)的西南風(fēng)帶來充足的水汽，有利于對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，且對(duì)流系統(tǒng)沿低渦切變線生成，移速緩慢，形成“列車效應(yīng)”。因前期天氣晴好，氣溫持續(xù)偏高，高層的輻散、較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變、中高層的冷空氣，在上下一致的西南急流下，大氣形成上冷下暖態(tài)勢(shì)，該地區(qū)上空不穩(wěn)定能量不斷積聚，為產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣提供了有利的環(huán)流條件[3-5]。

圖1 2021年5月15日20:00 500 hPa高度場(chǎng)和925 hPa風(fēng)場(chǎng)疊加圖(a)、九江單站剖面圖(b)

圖2 2021年5月15日17:00(a)、20:00(b) 500 hPa形勢(shì)分析圖

3 不穩(wěn)定條件分析

3.1 對(duì)流有效位能分析

有效位能是一個(gè)從自由對(duì)流高度到平衡高度測(cè)量自由對(duì)流層的累積浮力能的垂直積分指數(shù)，對(duì)流CAPE值越大，對(duì)強(qiáng)對(duì)流及冰雹天氣產(chǎn)生越有利[6-7]。有學(xué)者研究指出，冰雹出現(xiàn)前的CAPE最高為2 931 J/kg，最低為12.5 J/kg，CAPE值在此區(qū)間有利于冰雹天氣的發(fā)生發(fā)展[8-9]。5月15日17:00，該地區(qū)CAPE 值接近2 500 J/kg。南昌站探空數(shù)據(jù)顯示，20:00 CAPE 值為1 830.9 J/kg，符合冰雹出現(xiàn)和發(fā)生發(fā)展的條件(圖3)。

圖3 2021年5月15日20:00南昌站探空?qǐng)D

3.2 K指數(shù)分析

K指數(shù)越大，表示層結(jié)不穩(wěn)定越強(qiáng)[10-11]。由K指數(shù)圖(圖4)可以看出，江西西北部為明顯的K指數(shù)高值區(qū)，其K指數(shù)大值區(qū)從西南向東北延伸，20:00達(dá)到了43.5，隨著系統(tǒng)“列車效應(yīng)”的發(fā)展，使得該地區(qū)不斷生成超級(jí)單體，一直在大值區(qū)范圍內(nèi)，導(dǎo)致次日再度出現(xiàn)冰雹天氣過程，這種K指數(shù)大值區(qū)的分布特征與雷達(dá)回波中出現(xiàn)冰雹特征的地區(qū)吻合。

4 雷達(dá)回波分析

從雷達(dá)回波(圖5、圖6)可以看出，在本次天氣過程中，江西省西北部受西部及南部的兩股對(duì)流氣團(tuán)共同影響，南部氣團(tuán)自西南向東北移動(dòng)，由其移動(dòng)路徑可看出該氣團(tuán)本身僅對(duì)瑞昌市東南部有顯著影響，但由于其在瑞昌市東北部上空與西部的氣團(tuán)相遇，兩股氣團(tuán)的輻合使得西部氣團(tuán)的強(qiáng)度核心部分在瑞昌市上空持續(xù)停留了較長時(shí)間，西部氣團(tuán)本身在運(yùn)動(dòng)發(fā)展過程中存在著明顯的“列車效應(yīng)”，故而使停留在瑞昌上空的氣團(tuán)核心強(qiáng)度不斷提高。6月15日18:31，雷達(dá)回波強(qiáng)度達(dá)到68.5 dBz，超過60 dBz，出現(xiàn)冰雹。冰雹天氣過程生消時(shí)間短，兩次冰雹天氣產(chǎn)生時(shí)，雷達(dá)回波強(qiáng)度均≥60 dBz，且出現(xiàn)了鉤狀回波、中氣旋等典型冰雹回波特征，是判別有無冰雹天氣的重要指標(biāo)。多時(shí)次的三體散射和中氣旋的出現(xiàn)標(biāo)志著超級(jí)單體的形成，而在超級(jí)單體附近出現(xiàn)了鉤狀回波，呈現(xiàn)“Λ”型特征，是典型的冰雹回波特征[12-13]。

圖5 2021年5月15日18:31雷達(dá)圖、鉤狀回波、中氣旋

圖6 多時(shí)次三體散射

5 地形對(duì)降雹的影響

瑞昌市地處幕阜九嶺低山丘陵區(qū)，由西南向東北傾斜，以低山丘陵為主，中部青山主峰海拔921.6 m，為境內(nèi)最高峰。境內(nèi)河流多，以青山為分水嶺，向東、南、西分別流經(jīng)德安、陽新市北濱江地區(qū)注入長江。地形的影響主要為強(qiáng)迫抬升作用引起垂直速度變化，山坡度越大、地面風(fēng)速越大，且風(fēng)向與山體走向愈垂直、地面垂直運(yùn)動(dòng)愈強(qiáng)，冰雹發(fā)生時(shí)低層西南急流維持在16～24 m/s，風(fēng)向與山勢(shì)走向較為垂直，有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)水汽垂直輸送，暖濕氣流 沿山坡被迫抬升，形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，使得對(duì)流風(fēng)暴高度組織化發(fā)展和傳播，較長的持續(xù)時(shí)間有利于大冰雹的產(chǎn)生，最終發(fā)生大冰雹天氣[14-15]。

6 結(jié)論

(1)在副熱帶高壓和切變線作用下，西南急流提供暖濕氣流，中高層冷空氣的侵入，使大氣形成上冷下暖態(tài)勢(shì)，較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變極易出現(xiàn)冰雹天氣。

(2)CAPE的分析是判據(jù)出現(xiàn)冰雹天氣的有效指標(biāo)；K指數(shù)大值區(qū)的范圍和移動(dòng)走向能合理解釋再度出現(xiàn)冰雹的原因。

(3)雷達(dá)回波圖中，兩次冰雹天氣產(chǎn)生時(shí)，雷達(dá)回波強(qiáng)度均≥60 dBz，且出現(xiàn)了鉤狀回波、中氣旋等典型冰雹回波特征，是判斷有無冰雹天氣的重要指標(biāo)。

(4)地形地貌分析解釋了產(chǎn)生大冰雹的原因，但處于山區(qū)缺乏精確的氣象數(shù)據(jù)，無法提供數(shù)據(jù)支撐。