鐵嶺地區一次強對流天氣過程成因分析

中圖分類號P458.121 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）17-0104-05

DOI號 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

強對流天氣是一類持續時間短、突發性強且破壞性大的災害性天氣，主要包括短時強降水（小時降水量達到 20mm 及以上）雷暴大風（瞬時最大風速 gtrsim17.2m/s ）及冰雹等對人類生產生活影響大的災害性天氣過程。而東北冷渦（NECV是引發東北地區強對流天氣發生的主要天氣系統，其調控下的強對流天氣過程在落區精準性、強度等級及發生時間等方面均存在較高的預報不確定性。因此，東北冷渦背景下的強對流天氣預報一直是氣象預報業務中重點和難點。

近年來，較多學者對強對流天氣展開了研究。李云靜等[研究發現，冷渦背景下低層暖濕平流、高層冷干平流有利于不穩定能量的累積，從而導致強對流天氣的發生，CAPE可以反映午后發生強對流所必需的不穩定能量，對強對流天氣預報具有一定的指示意義。陳秋萍等2通過分析冰雹、大風、強降水等災害性天氣的云團源地及與所在地區對應的亮溫關系等特征，尋找關鍵區和指標進行強對流天氣短時預報預警。費海燕等3在強雷暴大風環境參數研究中發現，強雷暴大風一般中低層有中等強度垂直風切變，且存在明顯的干層。本文針對2021年9月8日傍晚至9月9日夜間遼寧鐵嶺地區發生的強對流天氣開展研究與總結，以提升東北冷渦背景下強對流天氣的認識，加強對該背景下強對流天氣落區精準性與強度等級的預報能力，同時為強對流天氣引發的農業氣象災害防控提供參考。

1材料與方法

本文所用資料時間段均為2021年9月8—9日，基于常規觀測資料、數值預報產品以及雷達觀測資料等，對本次強對流過程的環境熱力動力條件、雷達回波演變特征等開展系統分析，進而探究本次強對流天氣過程的成因，并對預警信號發布等服務情況進行簡單總結分析。

1.1天氣過程概況

受東北冷渦影響，2021年9月8日14：00—9月10日4：00，研究區出現冰雹、雷雨大風、短時強降水等強對流天氣。該過程對研究區的影響可分為兩個主要階段：第一階段為8日18：00—21：00，以雷雨大風天氣為主，強對流活動形式相對單一；第二階段為9日9：00—23：00，研究區出現大冰雹、雷雨大風、短時強降水并發的復合型強對流天氣，該類天氣對全市的生產生活造成了一定影響。

9月8—9日強對流過程期間，研究區多地出現冰雹天氣，局地伴隨大冰雹（直徑 ?2cm ），最大冰雹直徑達 2～3cm ；有1個氣象站監測到11級1 30.4m/s ）瞬時大風、1個氣象站監測到10級L 25.0m/s） 瞬時大風、13個氣象站監測到9級[ 20.8m/s 及以上瞬時大風、23個氣象站監測到8級（ 17.2m/s ）及以上瞬時大風；全市普降中到大雨、局部出現暴雨，共22個氣象站過程累計降水量 ? 50mm 。其中，最大累計降水量（ 70.1mm 出現在研究區縣下新墳村，最大小時降水量（ 35.3mm ）出現在研究區縣橫道河子鎮，本次過程全市平均降水量為38.3mm 。

1.2 研究指標與方法

1.2.1環流背景分析 本文通過常規觀測資料及數值預報產品分析9月8—9日的環流形勢，重點關注東北冷渦、冷槽、暖脊、低空切變線及高低空急流等關鍵環流系統的位置及強度，探究其對本次強對流天氣過程的影響。

1.2.2物理量診斷分析 由于研究區無探空站，故選擇距離較近的內蒙古通遼市通遼站探空資料，結合EC（歐洲中心）數值預報物理量場相關產品及資料，對本次過程所需的水汽條件、抬升條件、不穩定條件及垂直風切變等物理量特征進行分析，判斷此次強對流天氣過程的形成原因。

1.2.3雷達回波分析 基于沈陽多普勒天氣雷達資料，通過PUP軟件反演雷達拼圖，分析強對流系統的發生及發展趨勢，并結合地面觀測實況，判斷強對流系統是否對鐵嶺地區產生影響。

1.2.4預警信號分析 在9月8-9日強對流天氣過程期間，收集市、縣級氣象臺站預警信號發布實況數據，重點對本次過程中預警信號的發布策略與方法進行總結與分析。

2 結果與分析

2.1 環流背景

9月4日， 500hPa 貝加爾湖西側的高空冷槽持續向南加深，發展為切斷低壓；9月5日，該切斷低壓在貝加爾湖附近閉合形成冷渦。此后，受冷渦東側持續存在的阻塞高壓阻擋，冷渦東移南壓進程緩慢，直至9月8日8：00才移至蒙古東部地區，此時冷渦中心延伸的高空冷槽已開始影響遼寧西部地區[4。同時， 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構，為對流性不穩定層結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流背景，且 850hPa 在研究區、盤錦一帶生成低空切變線。

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

9月8日8：00遼寧西北側有地面冷鋒生成，為觸發強對流天氣提供動力條件；9月8日17：00，該冷鋒東移至研究區，自研究區西北部向東南部移動，疊加上冷下暖的不穩定層結及 850hPa 低空切變線的抬升作用，共同引發全市范圍內的雷暴大風天氣。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，研究區仍位于鋒面前部的不穩定區域[5]。

圖12021年9月9日08：00地面氣壓場環流圖

2.2物理量特征

2.2.1水汽條件 基于9月9日8：00該時刻850hPa 相對濕度與風場產品分析可知，研究區在該層受西南暖濕氣流影響，此時區域內比濕 ?8g/kg ，表明研究區處于低層顯著濕區。結合500hPa 環流圖可見（圖2），研究區同時位于中層干區內部，中層干區與低層濕區，形成了上干下濕的不穩定層結，有利于強雷暴大風天氣的發生。從整層水汽條件來看，本次過程整層可降水量（PW）僅為20～40mm 。綜合評估可知，該水汽條件具備引發局部暴雨的潛力，但因PW數值過低，不利于極端區域性大暴雨天氣的發生。

圖22021年9月9日 08：00500hPa 高度場環流圖

2.2.2不穩定條件 假相當位溫（0se）是表征氣團屬性與鋒區活動的關鍵物理量，其高值區通常對應高溫高濕區域。9月9日8：00，研究區中西部地區θse?320K ，且 850hPa 研究區存在暖脊，同時850hPa 與 500hPa 垂直溫差 ?25^°C ，上述條件共同為對流不穩定能量的積累提供了有利環境。K指數作為反應大氣穩定度與水汽條件的重要參數，其變化與降水及強對流天氣的發生發展具有較好對應關系。9月9日14：00，研究區對流有效位能（CAPE）達2 331J/kg ，K指數為 24^°C ，高值對流不穩定能量為強雷暴大風、冰雹及區域性短時強降水等強對流天氣的發生提供了有利條件。9月9日20：00，CAPE降至 177J/kg ，表明大氣中累積的對流不穩定能量已基本釋放，本次強對流過程趨于結束。

2.2.3拾升條件 根據自動站實況產品可知，9日8：00，925hPa研究區北側有一輻合線。至9日14：00，研究區仍位于輻合線前部，LI指數為-8^°C ，利于大冰雹、強雷暴天氣的發生與發展。

2.2.4垂直風切變 9月9日8：00，研究區500hPa 及 700hPa 高度層均處于高空急流出口的南側，該環流配置利于上升運動增強，由通遼站探空數據分析可知， 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流不穩定能量協同作用，為大冰雹形成提供有利條件；探空圖低層呈喇叭口狀， 0～6km 垂直風切變值為 16m/s ，近地面為東北風，風速 6m/s ，至850hPa 轉為西南風，風速 24m/s ，低層風速切變與風向切變均較大，有利于出現強雷暴大風天氣；且低層存在暖平流，進一步促進對流性不穩定層結的建立

2.3 雷達回波分析

9月8日13：00，內蒙古通遼至遼寧阜新一帶生成多個對流單體，單體逐步發展并向東移動，至17：00合并形成由兩個對流多單體構成的帶狀回波。18：00，該帶狀回波南側部分開始移入研究區，引發雷暴大風天氣，18：30，回波形態進一步演變為弓形回波，影響范圍擴展至研究區、西豐、開原一帶。21：00，研究區受此次弓形回波影響的強對流天氣過程基本結束[7]

9月9日9：00，由內蒙古地區東移發展的天氣系統開始進入研究區；同期，另一線狀回波逐漸移入朝陽建平縣。9：54，雷達回波分析可知，進入研究區的回波強度已 ?60dBz ；通過SWAN估測，該帶狀回波的垂直累積液態水含量達 65kg/m² ，由此引發研究區昌圖縣出現冰雹、雷暴、大風、短時強降水等復合型強對流天氣。10：00，沈陽康平縣及錦州北鎮市一帶新生成多個對流單體，單體持續發展并合并為帶狀回波，繼續向東北方向移動。12：12，兩帶狀回波合并成一條長帶狀回波并不斷東移影響研究區[8]。

基于12：00天衍平臺分析資料，本次過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 12km ，垂直液態水含量為 80kg/m² ，對應0°C 層高度為 3437m ，以上條件均有利于大冰雹的形成。

此后，內蒙古及錦州、阜新一帶持續生成新的對流單體，單體快速發展并東移，持續影響研究區，導致多地出現冰雹、雷雨大風天氣。19：48，最后一條影響研究區的帶狀回波向東移出境，本次影響研究區的強對流天氣過程正式結束。

2.4預警信號發布情況

針對9月8一9日強對流天氣過程，研究區氣象臺分時段開展預警信號發布工作。9月8日發布雷電黃色預警信號1期，雷雨大風黃色預警信號1期，冰雹橙色預警信號2期；9月9日發布雷電黃色預警信號2期，雷雨大風藍色預警信號1期、雷雨大風黃色預警信號2期、雷雨大風橙色預警信號2期，冰雹橙色預警信號6期，暴雨黃色預警信號1期、暴雨橙色預警信號3期。

本次預警信號發布遵循了高級別預警信號精細化發布原則，其中局地冰雹、暴雨類預警信號精細化至鄉鎮，精準預警，便于各鄉鎮能夠根據情況開展預防和防范。同時，為擴大預警信息覆蓋范圍，各級氣象部門通過農村應急廣播、手機短信等多種平臺同時發布，有效提升預警信息傳播效能，確保公眾能夠及時獲取相關信息，提前做好防范。

3結論與討論

針對強對流天氣引發的冰雹、雷雨大風等天氣，氣象部門需提前預報、做好服務、加強監測，適時組織開展人工防雹作業；農業部門應指導農戶提前落實防御措施，重點做好農業大棚的防風加固工作，減少氣象災害對農業生產的不利影響[10]。綜上，利用數值預報產品等資料，分析研究區一次強對流天氣成因，得出以下結論。

（1）本次強對流天氣過程發生于東北冷渦背景下，受冷渦閉合環流圈數較多、處于兩高壓脊之間的環流配置影響，冷渦移動緩慢，導致本次過程冷渦強度大、影響范圍廣、持續時間長，造成降雹地點多、冰雹直徑大，多地出現短時強降水，且多個站點監測到8級以上大風。

（2）高空急流、中低層切變線與上干冷下暖濕的不穩定大氣層結為本次強對流天氣發生提供了有利條件，而地面輻合線則是強對流不穩定能量釋放的關鍵觸發系統。

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

（4）冷渦天氣局地性較強，其強度及落區較難判定，但本次過程中，大冰雹落區與SWAN估測的垂直累積液態水含量大值區有較好的對應關系，對于冰雹和大冰雹的發生有一定預警意義，可為基層預報員提高預警信號發布準確率，對于短臨預報預警服務效果較好。

（5）東北冷渦的預報預警一直是基層氣象人員的難題之一，常存在強度判定難、臨近鄉鎮影響范圍界定難、影響時長預估難等問題。因此，基層業務人員需重點把控預警信號發布的提前量與準確性，充分發揮氣象防災減災第一道防線作用。本次過程實踐表明，可通過提前發布低級別大范圍預警信號提醒全縣提高警惕、加強防范，臨近時段發布高級別預警信號，開展精細化預警信號發布工作。

參考文獻

[1]李云靜，張建春，王捷純，等.一次冷渦背景下強對流不穩定條件的成因分析[J].氣象，2013，39（2）：210-217.

[2]陳秋萍，陳齊川，劉錦繡，等.應用衛星、雷達資料的強對流天氣預報預警系統[J]氣象科技，2011，39（5）：545-551.

[3]費海燕，王秀明，周小剛，等.中國強雷暴大風的氣候特征和環境參數分析[J].氣象，2016，42（12）：1513-1521.

[4]白人海，孫永罡.東北冷渦中尺度天氣的背景分析[J]黑龍江氣象，1997，14（3）：6-7，12.

[5]王瑞祥.蒙古冷渦影響下的豫東、豫南地區“七下八上\"持續強對流天氣背景場分析[J].河南科技，2021，40（15）：135-137.

[6]王興菊，周文鈺，蒙軍，等.安順市一次飚線天氣過程的診斷分析[J].中低緯山地氣象，2021，45（5）：11-18

[7]方標，張逸，茅海祥，等.一次由“弓形回波\"所引發的冰雹天氣過程雷達特征分析[J].高原山地氣象研究，2016，36（2）：64-68.

[8]高建平，馬中元，吳才明，等.2017年8月江西上高雷暴大風雷達回波特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2019，13（2）：55-62.

[9]孟雅婷，張振宇，汪夢瑤，等.宿州市一次強對流天氣的特征分析及預報檢驗[J].安徽農學通報，2022，28（2）：156-159，167.

[10]李倩文.2020年6月20日興安盟地區強對流天氣過程災害影響評估[J].農業災害研究，2021，11（8）：95-97.