葫蘆島市一次冰雹天氣形成機制分析

唐帥等

摘要 應用常規(guī)資料、NCEP再分析資料和營口多普勒雷達資料對2014年6月18日發(fā)生在葫蘆島的一次冰雹過程的成因進行分析，結果表明：此次冰雹過程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過境的過程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊的配置導致葫蘆島市冰雹的發(fā)生；冰雹發(fā)生前CAPE積聚，并且冰雹發(fā)生在CAPE中心西北部的等值線密集區(qū)處；冰雹發(fā)生前最大上升速度區(qū)和水汽飽和區(qū)均位于0 ℃層上，促使過冷水滴碰并成雹塊，垂直風切變的增大，激發(fā)了干蓋的揭開，促進強對流暴發(fā)；雷達發(fā)射率因子和徑向速度上可分析出有利于冰雹出現(xiàn)的條件。

關鍵詞 前傾槽；對流有效位能；垂直風切變；多普勒雷達；冰雹；遼寧葫蘆島

中圖分類號 P429 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）14-0245-03

冰雹是遼寧夏季主要的災害性天氣之一，由于其具有破壞力大、突發(fā)性、局地性強等特點，給工農(nóng)業(yè)、交通運輸、電力通訊等部門和人民生命財產(chǎn)帶來嚴重危害。冰雹雖然持續(xù)時間短，受災面積較小，但造成的危害和損失卻很嚴重，重則使受災區(qū)農(nóng)業(yè)絕收，甚至影響人畜生命安全[1]。近年來，有很多學者對遼寧地區(qū)的冰雹天氣進行分析[2-3]，統(tǒng)計冰雹天氣的時空分布特征，并總結比較利于冰雹出現(xiàn)的天氣形勢，建立預報方法或分析出一些預報指標或著眼點；也有學者[4-5]從物理量分析角度對冰雹過程進行分析，找出一些冰雹天氣的預報方法。近年來，多普勒雷達在業(yè)務中的應用越來越廣泛，基于雷達產(chǎn)品的冰雹短時預報研究也逐漸深入[6-10]。

葫蘆島市位于遼寧西南部，東部、南部瀕臨渤海，為狹長的沿海平原帶，中部為丘陵區(qū)，而西部和北部則為燕山山脈和松嶺山脈，有一些海拔超過1 000 m的山峰。這種地形分布使得夏季葫蘆島沿海地區(qū)空氣濕潤，山地對西來的冷空氣產(chǎn)生的動力作用，常常在葫蘆島中部丘陵和沿海平原一帶出現(xiàn)冰雹天氣，給農(nóng)業(yè)帶來重大災害。因此，研究冰雹的預報方法，對當?shù)貧庀蠓罏臏p災有重要意義。

1 資料與方法

本文應用的資料為高低空常規(guī)觀測資料、營口多普勒雷達資料和NCEP 1°×1°再分析資料等對此次冰雹天氣的成因進行分析。

2 環(huán)流背景分析

2.1 天氣概況

2014年6月18日午后葫蘆島地區(qū)先后2次遭受冰雹天氣襲擊：15：05—15：10興城市城區(qū)出現(xiàn)冰雹天氣；18：00，連山區(qū)西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)再次出現(xiàn)冰雹。雹粒直徑超過2 cm，2次冰雹造成市區(qū)多輛汽車損壞，約2 451 hm2農(nóng)作物受災，其中成災面積1 586 hm2，絕收面積905 hm2，受災人口超過2.5萬人，經(jīng)濟損失超過2 500萬元。

2.2 環(huán)流分析

6月18日8：00的環(huán)流形勢上，500 hPa中緯度地區(qū)在貝加爾湖以西和日本海上空存在2個槽，在之間的華北地區(qū)存在1個小槽，700 hPa上在華北地區(qū)也存在1條槽線與500 hPa的小槽對應，通過2個層次的對比發(fā)現(xiàn)700 hPa槽線的位置落后于500 hPa，說明在對流層中低層華北北部存在一個前傾槽；在地面上，遼寧北部存在一個低壓中心，在遼西-陜北的低壓帶中存在一條冷鋒。到14：00，500 hPa的小槽東移到華北地區(qū)東部，同時溫度場上有一個位于華北北部和遼寧西北部、中心溫度達到-14 ℃的冷中心與之配合，700 hPa槽線也東移，與500 hPa上的槽位置幾乎重合，而850 hPa溫度場上華北北部也存在一個溫度脊，地面低壓中心位置變動不大，仍位于遼寧北部，低壓內(nèi)的冷鋒從遼寧西部穿過（圖1）。

通過以上分析可知，此次冰雹過程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過境的過程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊疊加的配置，非常利于大氣對流運動的發(fā)展，是造成此次葫蘆島市冰雹天氣發(fā)生的有利條件。

3 物理量分析

3.1 對流有效位能CAPE

大的對流有效位能CAPE和較大的垂直風切變是產(chǎn)生大冰雹的有利條件[15]。

6月18日2：00對流有效位能CAPE大值區(qū)位于河北東部到山東北部，中心強度大于700 J/kg，位于河北東部；到8：00，大值區(qū)東移到渤海上，中心強度大于800 J/kg；到14：00（圖2a），大值區(qū)繼續(xù)東移，中心移到渤海海峽上，強度達到900 J/kg；到20：00（圖2b），向東南方向移動到黃海上，遼西位于較弱的CAPE區(qū)。分析發(fā)現(xiàn)，14：00之前葫蘆島的CAPE值不斷增加到600 J/kg，18：00冰雹發(fā)生后，不穩(wěn)定能量被激發(fā)釋放，CAPE值20：00下降到400 J/kg左右。

從14：00和20：00 2個時次CAPE的分布來看，葫蘆島市一直位于中心北部梯度較大的位置，表明冰雹不是發(fā)生在CAPE大值中心，而是發(fā)生在中心西北部的等值線密集區(qū)處，這也與文獻的結論一致[7]。

3.2 相對濕度

從葫蘆島附近格點121°E、41°N相對濕度的時間空間剖面圖（圖3a）上可以看出，17日20：00開始對流層中高層相對濕度普遍達到了80%以上，但在18日8：00之前低層相對濕度較低，而近地層濕度在80%以上，表明在葫蘆島的上空低層存在一個干層覆蓋，但由于在溫度的垂直分布上低層沒有逆溫現(xiàn)象存在，因此這只是一個“干蓋”，其導致氣塊在低層沿干絕熱上升，使大氣層結不穩(wěn)定性增強；8：00前后低層濕度也開始增大，表明“干蓋”漸漸被揭開，低層大氣逐漸趨于飽和，到14：00葫蘆島上空整層大氣基本都達到飽和；20：00中高層相對濕度急劇下降，中心降到了30%，而低層濕度進一步增加達到飽和，表明在中高層存在干空氣平流、低層存在濕空氣平流，造成不穩(wěn)定層結，導致冰雹天氣的發(fā)生。

3.3 垂直速度和0 ℃高度

通過121°E、41°N垂直速度和0℃的時間空間剖面圖（圖3b）的分析發(fā)現(xiàn)，在14：00之前葫蘆島上空以下沉運動為主，到14：00，對流層中低層450 hPa到650 hPa形成一個上升運動區(qū)，垂直速度達到-0.2 Pa/S，到20：00，葫蘆島上空的上升運動區(qū)又轉為下沉運動。同時葫蘆島上空0 ℃等溫線高度在700 hPa附近，在14：00之前一直呈下降趨勢，從2900位勢米下降到2200位勢米，到20：00又略有升高。從垂直速度和0℃高度的配置來看，最大上升運動區(qū)位于0℃等溫線以上，從相對濕度場上看，同時次該區(qū)域相對濕度大于90%，空氣非常飽和，因此該區(qū)域的水滴為過冷水滴，是產(chǎn)生冰雹的主要源地，而較強的上升運動使雹胚與水滴不斷碰并成大冰雹。endprint

3.4 垂直風切變

通過對14：00沿41°N的風場垂直剖面圖（圖4）的分析，可發(fā)現(xiàn)底層的鋒面系統(tǒng)位于119°E附近，其東西兩側風向分別為SW和NW，其高空風速達36 m/s，為高空急流帶；葫蘆島上空高層風速達30 m/s，而900 hPa到地面風速在2 m/s左右，高低空風速差超過20 m/s，表明午后葫蘆島上空存在明顯垂直風切變。隨著系統(tǒng)的東移，當鋒面移到葫蘆島境內(nèi)時，觸發(fā)強對流天氣，產(chǎn)生冰雹。因為有高空急流經(jīng)過的地區(qū)垂直風切變一般都較大，且風切變的變化實際代表的是有效動能的變化，所以有效動能的增加，激發(fā)了低層干蓋的揭開，引起高低層能量的交換，促進了強對流暴發(fā)。

4 雷達反射率與徑向速度分析

從18日下午營口多普勒雷達站0.5°仰角的基本反射率上可以看到，18日下午，在遼西地區(qū)先后生成多個對流單體，并在高空西風的引導下向東移動。

15：00前后有一個對流單體從葫蘆島地區(qū)中部經(jīng)興城市區(qū)東移到海上，在入海前該單體的強度不斷增強，中心最大發(fā)射率達到60 dBz，給興城市區(qū)帶來冰雹，但由于該單體范圍較小，持續(xù)時間較短，此次冰雹的時間也較短。

在16：44從朝陽市境內(nèi)有一對流單體移入葫蘆島市連山區(qū)境內(nèi)，并且強度不斷增強，在18：00前后強度達到最強，開始出現(xiàn)冰雹。

對18日18：09的各層仰角的雷達反射率和徑向速度（圖5）進行分析，發(fā)現(xiàn)各個層次的反射率都較強。在0.5°仰角上，風暴中心最大反射率達到66 dBZ，也是所有層次中最大的，其高度在2.3 km左右，與0℃層高度一致；1.5°仰角上，最大反射率62 dBZ；2.4°仰角上最大反射率達到61 dBZ，并出現(xiàn)三體散射長釘TBSS，其高度在6.5 km左右，與450 hPa的高度一致，超過-20 ℃層（500 hPa附近）的高度，表明在 -20 ℃層以上也存在明顯的強回波中心；3.4°仰角上的最大回波強度為58 dBZ。

從同時刻的徑向速度圖上可以看出，在0.5°仰角上，風暴中心處存在一個氣旋式輻合，到1.5°和2.4°仰角上輻合仍存在，但范圍和強度均較弱，到3.4°仰角上已不存在輻合，在葫蘆島上空存在一條明顯的西風急流，表明該存在輻散。綜上，此次過程的輻合發(fā)展到6 km（450 hPa）的高度，在8 km附近（350 hPa）存在輻散，這種低層輻合、高層輻散的特征以及低層存在中氣旋是冰雹形成的極有利條件。

5 結論

此次冰雹過程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過境的過程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊的配置，是造成葫蘆島市冰雹發(fā)生的有利條件。

冰雹發(fā)生前葫蘆島對流有效位能CAPE積聚，冰雹過后CAPE下降，并且冰雹發(fā)生在CAPE中心西北部的等值線密集區(qū)處。冰雹發(fā)生前最大上升速度區(qū)和水汽飽和區(qū)均位于0 ℃層上，促使過冷水滴碰并成雹塊。垂直風切變的增大，激發(fā)了干蓋的揭開，促進強對流爆發(fā)。

雷達發(fā)射率因子圖上存在三體散射長釘TBSS，-20 ℃層上存在強回波，徑向速度圖上存在低層輻合、高層輻散的特征，低層存在中氣旋，這些都是冰雹形成的極有利條件[11]。 6 參考文獻

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