鐵嶺地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程成因分析

中圖分類(lèi)號(hào)P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1007-7731（2025）17-0104-05

DOI號(hào) 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.17.026

Analysis of the causes of a severe convective weather process in the Tieling region

BU Tianhui1REN Zhe2 XIE Yuxin2LIU Yingying2 ZHU Wentao2 （ ¹ Diaobingshan Municipal Meteorological Bureau of Tieling City，Diaobingshan 1127Oo，China; 2Changtu Meteorological Bureau，Changtu 11250o，China）

AbstractThe studyused conventionalobservation data，numerical forecast products，andother materials to conductadiagnostic analysis of thecauses ofasevereconvective weather process，characterized byhail，tunderstorm gales，andshort-termheavyrainfall，thatoccurred inTieling，Liaoning，fromtheeveningofSeptember8tothenightof September 9，2O21.Theanalysis was carried out from aspects including circulation background，physical quantity characteristics，and radar echo analysis.The results indicated that thissevere convective weather process was influenced byacombinationoffactors，includingthe Northeast ColdVortex，upper-level jet streams，mid-to-lowerlevel shear lines，andanunstable atmospheric structure characterized bydryandcold upper layers and warm and moist lowerlayers.The surface convergence line served as the key mechanism triggering the release ofunstable energy during thissevere convective weather event.Aditionall，factors such as significant convective available potential energy， moderate vertical wind shear，and an appropriate 0^°C layer height contributed to the widespread occurrence of hailstorms.The large hailfallareas from thisevent showedagoodcorrespondencewith theregionsofhighvertical accumulated liquid water content estimated by the SWAN model，providing some predictive significance for the occurrence of hailstorms，including large hailstones.Additionaly，the warning signals for this event were issed using a refined release strategy， providing technical references for targeted preventive measures.

Keywordssevere convective weather; agricultural production; agricultural disaster mitigation; hail

強(qiáng)對(duì)流天氣是一類(lèi)持續(xù)時(shí)間短、突發(fā)性強(qiáng)且破壞性大的災(zāi)害性天氣，主要包括短時(shí)強(qiáng)降水（小時(shí)降水量達(dá)到 20mm 及以上）雷暴大風(fēng)（瞬時(shí)最大風(fēng)速 gtrsim17.2m/s ）及冰雹等對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活影響大的災(zāi)害性天氣過(guò)程。而東北冷渦（NECV是引發(fā)東北地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主要天氣系統(tǒng)，其調(diào)控下的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程在落區(qū)精準(zhǔn)性、強(qiáng)度等級(jí)及發(fā)生時(shí)間等方面均存在較高的預(yù)報(bào)不確定性。因此，東北冷渦背景下的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)一直是氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中重點(diǎn)和難點(diǎn)。

近年來(lái)，較多學(xué)者對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣展開(kāi)了研究。李云靜等[研究發(fā)現(xiàn)，冷渦背景下低層暖濕平流、高層冷干平流有利于不穩(wěn)定能量的累積，從而導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，CAPE可以反映午后發(fā)生強(qiáng)對(duì)流所必需的不穩(wěn)定能量，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)具有一定的指示意義。陳秋萍等2通過(guò)分析冰雹、大風(fēng)、強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣的云團(tuán)源地及與所在地區(qū)對(duì)應(yīng)的亮溫關(guān)系等特征，尋找關(guān)鍵區(qū)和指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流天氣短時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警。費(fèi)海燕等3在強(qiáng)雷暴大風(fēng)環(huán)境參數(shù)研究中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)雷暴大風(fēng)一般中低層有中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變，且存在明顯的干層。本文針對(duì)2021年9月8日傍晚至9月9日夜間遼寧鐵嶺地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣開(kāi)展研究與總結(jié)，以提升東北冷渦背景下強(qiáng)對(duì)流天氣的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)該背景下強(qiáng)對(duì)流天氣落區(qū)精準(zhǔn)性與強(qiáng)度等級(jí)的預(yù)報(bào)能力，同時(shí)為強(qiáng)對(duì)流天氣引發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防控提供參考。

1材料與方法

本文所用資料時(shí)間段均為2021年9月8—9日，基于常規(guī)觀測(cè)資料、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及雷達(dá)觀測(cè)資料等，對(duì)本次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的環(huán)境熱力動(dòng)力條件、雷達(dá)回波演變特征等開(kāi)展系統(tǒng)分析，進(jìn)而探究本次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的成因，并對(duì)預(yù)警信號(hào)發(fā)布等服務(wù)情況進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)分析。

1.1天氣過(guò)程概況

受東北冷渦影響，2021年9月8日14：00—9月10日4：00，研究區(qū)出現(xiàn)冰雹、雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣。該過(guò)程對(duì)研究區(qū)的影響可分為兩個(gè)主要階段：第一階段為8日18：00—21：00，以雷雨大風(fēng)天氣為主，強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)形式相對(duì)單一；第二階段為9日9：00—23：00，研究區(qū)出現(xiàn)大冰雹、雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水并發(fā)的復(fù)合型強(qiáng)對(duì)流天氣，該類(lèi)天氣對(duì)全市的生產(chǎn)生活造成了一定影響。

9月8—9日強(qiáng)對(duì)流過(guò)程期間，研究區(qū)多地出現(xiàn)冰雹天氣，局地伴隨大冰雹（直徑 ?2cm ），最大冰雹直徑達(dá) 2～3cm ；有1個(gè)氣象站監(jiān)測(cè)到11級(jí)1 30.4m/s ）瞬時(shí)大風(fēng)、1個(gè)氣象站監(jiān)測(cè)到10級(jí)L 25.0m/s） 瞬時(shí)大風(fēng)、13個(gè)氣象站監(jiān)測(cè)到9級(jí)[ 20.8m/s 及以上瞬時(shí)大風(fēng)、23個(gè)氣象站監(jiān)測(cè)到8級(jí)（ 17.2m/s ）及以上瞬時(shí)大風(fēng)；全市普降中到大雨、局部出現(xiàn)暴雨，共22個(gè)氣象站過(guò)程累計(jì)降水量 ? 50mm 。其中，最大累計(jì)降水量（ 70.1mm 出現(xiàn)在研究區(qū)縣下新墳村，最大小時(shí)降水量（ 35.3mm ）出現(xiàn)在研究區(qū)縣橫道河子鎮(zhèn)，本次過(guò)程全市平均降水量為38.3mm 。

1.2 研究指標(biāo)與方法

1.2.1環(huán)流背景分析 本文通過(guò)常規(guī)觀測(cè)資料及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析9月8—9日的環(huán)流形勢(shì)，重點(diǎn)關(guān)注東北冷渦、冷槽、暖脊、低空切變線及高低空急流等關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)的位置及強(qiáng)度，探究其對(duì)本次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的影響。

1.2.2物理量診斷分析 由于研究區(qū)無(wú)探空站，故選擇距離較近的內(nèi)蒙古通遼市通遼站探空資料，結(jié)合EC（歐洲中心）數(shù)值預(yù)報(bào)物理量場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品及資料，對(duì)本次過(guò)程所需的水汽條件、抬升條件、不穩(wěn)定條件及垂直風(fēng)切變等物理量特征進(jìn)行分析，判斷此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的形成原因。

1.2.3雷達(dá)回波分析 基于沈陽(yáng)多普勒天氣雷達(dá)資料，通過(guò)PUP軟件反演雷達(dá)拼圖，分析強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生及發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合地面觀測(cè)實(shí)況，判斷強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)是否對(duì)鐵嶺地區(qū)產(chǎn)生影響。

1.2.4預(yù)警信號(hào)分析 在9月8-9日強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程期間，收集市、縣級(jí)氣象臺(tái)站預(yù)警信號(hào)發(fā)布實(shí)況數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對(duì)本次過(guò)程中預(yù)警信號(hào)的發(fā)布策略與方法進(jìn)行總結(jié)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)流背景

9月4日， 500hPa 貝加爾湖西側(cè)的高空冷槽持續(xù)向南加深，發(fā)展為切斷低壓；9月5日，該切斷低壓在貝加爾湖附近閉合形成冷渦。此后，受冷渦東側(cè)持續(xù)存在的阻塞高壓阻擋，冷渦東移南壓進(jìn)程緩慢，直至9月8日8：00才移至蒙古東部地區(qū)，此時(shí)冷渦中心延伸的高空冷槽已開(kāi)始影響遼寧西部地區(qū)[4。同時(shí)， 850hPa 遼寧位于暖脊前部，中層冷平流與低層暖平流疊加，形成上冷下暖的垂直溫度結(jié)構(gòu)，為對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)的建立提供有利條件。9月8日20：00，遼寧仍維持高空槽前環(huán)流背景，且 850hPa 在研究區(qū)、盤(pán)錦一帶生成低空切變線。

9月9日 8：00，200hPa 有風(fēng)速 ?40m/s 的高空急流橫穿遼寧，急流的抽吸效應(yīng)有利于上升氣流的維持和增強(qiáng)； 500hPa 遼寧仍位于冷槽前部； 850hPa 研究區(qū)存在弱暖脊，整體大氣層結(jié)仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

9月8日8：00遼寧西北側(cè)有地面冷鋒生成，為觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣提供動(dòng)力條件；9月8日17：00，該冷鋒東移至研究區(qū)，自研究區(qū)西北部向東南部移動(dòng)，疊加上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)及 850hPa 低空切變線的抬升作用，共同引發(fā)全市范圍內(nèi)的雷暴大風(fēng)天氣。9月9日8：00（圖1），地面冷鋒位于阜新彰武至錦州凌海一帶，研究區(qū)仍位于鋒面前部的不穩(wěn)定區(qū)域[5]。

圖12021年9月9日08：00地面氣壓場(chǎng)環(huán)流圖

2.2物理量特征

2.2.1水汽條件 基于9月9日8：00該時(shí)刻850hPa 相對(duì)濕度與風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)品分析可知，研究區(qū)在該層受西南暖濕氣流影響，此時(shí)區(qū)域內(nèi)比濕 ?8g/kg ，表明研究區(qū)處于低層顯著濕區(qū)。結(jié)合500hPa 環(huán)流圖可見(jiàn)（圖2），研究區(qū)同時(shí)位于中層干區(qū)內(nèi)部，中層干區(qū)與低層濕區(qū)，形成了上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，有利于強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣的發(fā)生。從整層水汽條件來(lái)看，本次過(guò)程整層可降水量（PW）僅為20～40mm 。綜合評(píng)估可知，該水汽條件具備引發(fā)局部暴雨的潛力，但因PW數(shù)值過(guò)低，不利于極端區(qū)域性大暴雨天氣的發(fā)生。

圖22021年9月9日 08：00500hPa 高度場(chǎng)環(huán)流圖

2.2.2不穩(wěn)定條件 假相當(dāng)位溫（0se）是表征氣團(tuán)屬性與鋒區(qū)活動(dòng)的關(guān)鍵物理量，其高值區(qū)通常對(duì)應(yīng)高溫高濕區(qū)域。9月9日8：00，研究區(qū)中西部地區(qū)θse?320K ，且 850hPa 研究區(qū)存在暖脊，同時(shí)850hPa 與 500hPa 垂直溫差 ?25^°C ，上述條件共同為對(duì)流不穩(wěn)定能量的積累提供了有利環(huán)境。K指數(shù)作為反應(yīng)大氣穩(wěn)定度與水汽條件的重要參數(shù)，其變化與降水及強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展具有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。9月9日14：00，研究區(qū)對(duì)流有效位能（CAPE）達(dá)2 331J/kg ，K指數(shù)為 24^°C ，高值對(duì)流不穩(wěn)定能量為強(qiáng)雷暴大風(fēng)、冰雹及區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供了有利條件。9月9日20：00，CAPE降至 177J/kg ，表明大氣中累積的對(duì)流不穩(wěn)定能量已基本釋放，本次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程趨于結(jié)束。

2.2.3拾升條件 根據(jù)自動(dòng)站實(shí)況產(chǎn)品可知，9日8：00，925hPa研究區(qū)北側(cè)有一輻合線。至9日14：00，研究區(qū)仍位于輻合線前部，LI指數(shù)為-8^°C ，利于大冰雹、強(qiáng)雷暴天氣的發(fā)生與發(fā)展。

2.2.4垂直風(fēng)切變 9月9日8：00，研究區(qū)500hPa 及 700hPa 高度層均處于高空急流出口的南側(cè)，該環(huán)流配置利于上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，由通遼站探空數(shù)據(jù)分析可知， 0°C 層高度為 3 582m，-20°C 層高度為 6471m ，適宜的 0°C 層高度與前期累積的高對(duì)流不穩(wěn)定能量協(xié)同作用，為大冰雹形成提供有利條件；探空?qǐng)D低層呈喇叭口狀， 0～6km 垂直風(fēng)切變值為 16m/s ，近地面為東北風(fēng)，風(fēng)速 6m/s ，至850hPa 轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，風(fēng)速 24m/s ，低層風(fēng)速切變與風(fēng)向切變均較大，有利于出現(xiàn)強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣；且低層存在暖平流，進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)的建立

2.3 雷達(dá)回波分析

9月8日13：00，內(nèi)蒙古通遼至遼寧阜新一帶生成多個(gè)對(duì)流單體，單體逐步發(fā)展并向東移動(dòng)，至17：00合并形成由兩個(gè)對(duì)流多單體構(gòu)成的帶狀回波。18：00，該帶狀回波南側(cè)部分開(kāi)始移入研究區(qū)，引發(fā)雷暴大風(fēng)天氣，18：30，回波形態(tài)進(jìn)一步演變?yōu)楣位夭ǎ绊懛秶鷶U(kuò)展至研究區(qū)、西豐、開(kāi)原一帶。21：00，研究區(qū)受此次弓形回波影響的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程基本結(jié)束[7]

9月9日9：00，由內(nèi)蒙古地區(qū)東移發(fā)展的天氣系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入研究區(qū)；同期，另一線狀回波逐漸移入朝陽(yáng)建平縣。9：54，雷達(dá)回波分析可知，進(jìn)入研究區(qū)的回波強(qiáng)度已 ?60dBz ；通過(guò)SWAN估測(cè)，該帶狀回波的垂直累積液態(tài)水含量達(dá) 65kg/m² ，由此引發(fā)研究區(qū)昌圖縣出現(xiàn)冰雹、雷暴、大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等復(fù)合型強(qiáng)對(duì)流天氣。10：00，沈陽(yáng)康平縣及錦州北鎮(zhèn)市一帶新生成多個(gè)對(duì)流單體，單體持續(xù)發(fā)展并合并為帶狀回波，繼續(xù)向東北方向移動(dòng)。12：12，兩帶狀回波合并成一條長(zhǎng)帶狀回波并不斷東移影響研究區(qū)[8]。

基于12：00天衍平臺(tái)分析資料，本次過(guò)程中冰雹最大直徑為 17mm ，最大反射率因子為 60dBz ，回波伸展高度達(dá) 12km ，垂直液態(tài)水含量為 80kg/m² ，對(duì)應(yīng)0°C 層高度為 3437m ，以上條件均有利于大冰雹的形成。

此后，內(nèi)蒙古及錦州、阜新一帶持續(xù)生成新的對(duì)流單體，單體快速發(fā)展并東移，持續(xù)影響研究區(qū)，導(dǎo)致多地出現(xiàn)冰雹、雷雨大風(fēng)天氣。19：48，最后一條影響研究區(qū)的帶狀回波向東移出境，本次影響研究區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程正式結(jié)束。

2.4預(yù)警信號(hào)發(fā)布情況

針對(duì)9月8一9日強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，研究區(qū)氣象臺(tái)分時(shí)段開(kāi)展預(yù)警信號(hào)發(fā)布工作。9月8日發(fā)布雷電黃色預(yù)警信號(hào)1期，雷雨大風(fēng)黃色預(yù)警信號(hào)1期，冰雹橙色預(yù)警信號(hào)2期；9月9日發(fā)布雷電黃色預(yù)警信號(hào)2期，雷雨大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號(hào)1期、雷雨大風(fēng)黃色預(yù)警信號(hào)2期、雷雨大風(fēng)橙色預(yù)警信號(hào)2期，冰雹橙色預(yù)警信號(hào)6期，暴雨黃色預(yù)警信號(hào)1期、暴雨橙色預(yù)警信號(hào)3期。

本次預(yù)警信號(hào)發(fā)布遵循了高級(jí)別預(yù)警信號(hào)精細(xì)化發(fā)布原則，其中局地冰雹、暴雨類(lèi)預(yù)警信號(hào)精細(xì)化至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，精準(zhǔn)預(yù)警，便于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)能夠根據(jù)情況開(kāi)展預(yù)防和防范。同時(shí)，為擴(kuò)大預(yù)警信息覆蓋范圍，各級(jí)氣象部門(mén)通過(guò)農(nóng)村應(yīng)急廣播、手機(jī)短信等多種平臺(tái)同時(shí)發(fā)布，有效提升預(yù)警信息傳播效能，確保公眾能夠及時(shí)獲取相關(guān)信息，提前做好防范。

3結(jié)論與討論

針對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣引發(fā)的冰雹、雷雨大風(fēng)等天氣，氣象部門(mén)需提前預(yù)報(bào)、做好服務(wù)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，適時(shí)組織開(kāi)展人工防雹作業(yè)；農(nóng)業(yè)部門(mén)應(yīng)指導(dǎo)農(nóng)戶(hù)提前落實(shí)防御措施，重點(diǎn)做好農(nóng)業(yè)大棚的防風(fēng)加固工作，減少氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響[10]。綜上，利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等資料，分析研究區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣成因，得出以下結(jié)論。

（1）本次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程發(fā)生于東北冷渦背景下，受冷渦閉合環(huán)流圈數(shù)較多、處于兩高壓脊之間的環(huán)流配置影響，冷渦移動(dòng)緩慢，導(dǎo)致本次過(guò)程冷渦強(qiáng)度大、影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成降雹地點(diǎn)多、冰雹直徑大，多地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，且多個(gè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)到8級(jí)以上大風(fēng)。

（2）高空急流、中低層切變線與上干冷下暖濕的不穩(wěn)定大氣層結(jié)為本次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生提供了有利條件，而地面輻合線則是強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定能量釋放的關(guān)鍵觸發(fā)系統(tǒng)。

（3）較高的對(duì)流有效位能、中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變及適宜的 0°C 層高度等均利于大冰雹的發(fā)生。

（4）冷渦天氣局地性較強(qiáng)，其強(qiáng)度及落區(qū)較難判定，但本次過(guò)程中，大冰雹落區(qū)與SWAN估測(cè)的垂直累積液態(tài)水含量大值區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于冰雹和大冰雹的發(fā)生有一定預(yù)警意義，可為基層預(yù)報(bào)員提高預(yù)警信號(hào)發(fā)布準(zhǔn)確率，對(duì)于短臨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)效果較好。

（5）東北冷渦的預(yù)報(bào)預(yù)警一直是基層氣象人員的難題之一，常存在強(qiáng)度判定難、臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)影響范圍界定難、影響時(shí)長(zhǎng)預(yù)估難等問(wèn)題。因此，基層業(yè)務(wù)人員需重點(diǎn)把控預(yù)警信號(hào)發(fā)布的提前量與準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用。本次過(guò)程實(shí)踐表明，可通過(guò)提前發(fā)布低級(jí)別大范圍預(yù)警信號(hào)提醒全縣提高警惕、加強(qiáng)防范，臨近時(shí)段發(fā)布高級(jí)別預(yù)警信號(hào)，開(kāi)展精細(xì)化預(yù)警信號(hào)發(fā)布工作。

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