2014年夏季喀什一次強(qiáng)冰雹過(guò)程分析

瑪依熱·艾海提，亞森江·買(mǎi)買(mǎi)提，希熱娜依·提力瓦爾地

(1.喀什地區(qū)氣象臺(tái)，新疆喀什　844000；2.葉城縣氣象局，新疆葉城　844900)

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2014年夏季喀什一次強(qiáng)冰雹過(guò)程分析

瑪依熱·艾海提1，亞森江·買(mǎi)買(mǎi)提2，希熱娜依·提力瓦爾地1

(1.喀什地區(qū)氣象臺(tái)，新疆喀什844000；2.葉城縣氣象局，新疆葉城844900)

摘要：利用區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)資料、高空實(shí)況資料、探空資料、T639物理量初始場(chǎng)、NCEP1°×1°再分析資料以及多普勒雷達(dá)資料，對(duì)2014年6月23日傍晚出現(xiàn)在新疆喀什地區(qū)疏勒、伽師縣的一場(chǎng)強(qiáng)冰雹天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明：南疆西部短波槽東移和巴湖低渦前部分裂東南下的冷空氣疊加，共同造成這次冰雹天氣過(guò)程。巴湖冷空氣的注入與盆地東風(fēng)的輻合是這次過(guò)程的加強(qiáng)機(jī)制，也是產(chǎn)生冰雹的重要原因；上干下濕，濕層淺薄，強(qiáng)的垂直溫度遞減率，中低層垂直風(fēng)切變等有利于對(duì)流的發(fā)展；徑向速度上西北氣流躍增，同時(shí)出現(xiàn)偏東氣流與其輻合，使得強(qiáng)回波單體快速發(fā)展成為超級(jí)單體；組合反射率上表現(xiàn)為人字形回波，低層有弱回波區(qū)、懸垂回波、中氣旋、VIL密度>3 g/m3、50 dBz強(qiáng)回波延伸高度超過(guò)8 km，這些指標(biāo)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警有較好的指示意義。

關(guān)鍵詞：冰雹；水汽通量散度；中氣旋；超級(jí)單體回波；多普勒雷達(dá)

喀什地區(qū)位于新疆西南部，東臨塔克拉瑪干沙漠，南依喀喇昆侖山，與西藏阿里地區(qū)為鄰，西靠帕米爾高原，西、南、北三面環(huán)山，由西南向東北傾斜。因?yàn)榈匦螐?fù)雜，自然條件差，每年春、夏季冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣誘發(fā)的氣象災(zāi)害給喀什的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大損失。強(qiáng)對(duì)流一直是氣象學(xué)者的關(guān)注重點(diǎn)，特別對(duì)冰雹天氣的形成和發(fā)展機(jī)制進(jìn)行許多研究。張騰飛等[1]認(rèn)為高層輻散和低層輻合流場(chǎng)配置形成的大氣強(qiáng)烈不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的垂直風(fēng)切邊和大氣抽吸作用。李江波[2]應(yīng)用多種資料分析了華北冷渦降雹天氣過(guò)程的分布特征及形成原因。張俊蘭[3]對(duì)2011年5月南疆一次強(qiáng)冰雹天氣進(jìn)行了綜合分析，指出中尺度切變線(xiàn)和中尺度低壓是冰雹天氣的關(guān)鍵系統(tǒng)。張?jiān)苹莸萚4]揭示了南疆西部強(qiáng)降雨天氣的多普勒雷達(dá)回波特征。張俊蘭[3，5-7]通過(guò)對(duì)阿克蘇地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的研究，分析了阿克蘇地區(qū)冰雹天氣的環(huán)流形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)、雷達(dá)回波和能量特征等。這些研究和總結(jié)為雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴監(jiān)測(cè)和預(yù)警服務(wù)中的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冰雹預(yù)警有一定的指導(dǎo)意義。但是由于每個(gè)地區(qū)的地形及氣候特征不同，其強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴表現(xiàn)特征也有差異，所以做好本地新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品的分析應(yīng)用十分必要。2014年6月23日喀什地區(qū)疏勒、伽師縣出現(xiàn)一場(chǎng)強(qiáng)冰雹天氣過(guò)程，此次冰雹天氣強(qiáng)度強(qiáng)，災(zāi)害嚴(yán)重，在南疆西部較為罕見(jiàn)。分析此次強(qiáng)冰雹天氣的成因?qū)τ谔岣弑?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警具有重要的參考價(jià)值。

1資料與方法

1.1冰雹實(shí)況及災(zāi)情

2014年6月23日20至21時(shí)，疏勒縣英阿瓦提鄉(xiāng)、庫(kù)木西歷克鄉(xiāng)、阿拉力鄉(xiāng)、阿拉普鄉(xiāng)，伽師縣米夏鄉(xiāng)等地出現(xiàn)冰雹。冰雹最大直徑20～30 mm，出現(xiàn)在疏勒縣。降雹同時(shí)伴有短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、雷電等天氣現(xiàn)象。造成2縣12鄉(xiāng)鎮(zhèn)37 009人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)總面積達(dá)5 483.5 hm2，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1.3億元。

1.2資料與方法

利用22—23日MICAPS逐層實(shí)況場(chǎng)資料分析高空環(huán)流形勢(shì)及中尺度系統(tǒng)，喀什區(qū)域自動(dòng)站23日20、21時(shí)風(fēng)場(chǎng)觀(guān)測(cè)資料分析冰雹出現(xiàn)前后地面風(fēng)場(chǎng)；NECP 1°×1°再分析資料、T639比濕初始場(chǎng)分析這次過(guò)程的動(dòng)力、水汽條件；結(jié)合喀什站23日08時(shí)和20時(shí)探空資料分析大氣不穩(wěn)定能量；利用多普勒雷達(dá)資料分析2014年6月23日19:30—22:00雷達(dá)回波演變特征。

2環(huán)流背景分析

22日08時(shí)500 hPa高空?qǐng)?，歐亞中高緯度呈兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，烏拉爾山到咸海以南地區(qū)為高壓脊區(qū)，脊前北風(fēng)帶延伸至中亞偏南地區(qū)，西西伯利亞地區(qū)維持一低渦，南疆西部也存在一弱低渦。22—23日，南疆西部低渦減弱成短波槽。位于烏拉爾山到咸海以南的高壓脊持續(xù)向東北方向發(fā)展，脊前冷空氣南下(圖1a)。23日08時(shí)，西西伯利亞低渦分裂一股冷空氣，隨著高壓脊前東北氣流西退南壓，在巴爾喀什湖以北形成切渦，巴湖以北低渦與南疆西部的低槽形成階梯槽(圖1b)。23日08時(shí)至24日08時(shí)，巴湖以北低渦南壓，部分冷空氣翻越天山，注入南疆西部低槽，使其加強(qiáng)東移，共同影響喀什，造成23日傍晚喀什大部短時(shí)強(qiáng)降水及疏勒和伽師的強(qiáng)冰雹天氣。

圖1　2014-06-21—23 500 hPa高度場(chǎng)(單位為dagpm；a 21日20時(shí)，b 23日08時(shí))

23日08時(shí)的中尺度系統(tǒng)分析(圖略)顯示，700 hPa塔里木盆地至喀什東部有風(fēng)切變，850 hPa喀什東部有明顯的風(fēng)向輻合，東疆至喀什東部有偏東氣流，低層有冷空氣從東疆灌入南疆西部，增加了層結(jié)不穩(wěn)定。850 hPa南疆西部至盆地中部的溫度露點(diǎn)差≤6 ℃，700 hPa喀什站溫度露點(diǎn)差為11 ℃，500 hPa天山以南站點(diǎn)溫度露點(diǎn)差均<6 ℃，可見(jiàn)水汽主要集中在低層?？κ采峡?，溫度垂直遞減率t(850-500)≥28 ℃、t(700-500)≥20 ℃，說(shuō)明層結(jié)處于熱力不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于強(qiáng)雷暴的發(fā)生。

23日區(qū)域自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)上，冰雹出現(xiàn)前20時(shí)及冰雹出現(xiàn)時(shí)的21時(shí)，盆地至喀什東部存在一致的偏東風(fēng)，天山南脈到喀什、英吉沙一帶為西北風(fēng)，風(fēng)向輻合區(qū)在疏勒至伽師一帶，與冰雹落區(qū)相吻合。

3物理量診斷分析

3.1水汽

風(fēng)暴云內(nèi)部含有大量水汽，其水汽是由上升氣流從大氣低層向上輸送，因此風(fēng)暴的發(fā)展要求低層有足夠的水汽供應(yīng)，風(fēng)暴常形成于低層有濕舌或強(qiáng)水汽輻合的地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超級(jí)單體和多單體風(fēng)暴的形成要求比普通單體風(fēng)暴有更大的低層水汽含量[3]。

23日20時(shí)，T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品850 hPa比濕初始場(chǎng)(圖2a)，南疆西部至塔里木盆地中部比濕均大于8 g/kg，比濕中心在麥蓋提達(dá)11 g/kg，喀什、伽師的比濕為9 g/kg左右；700 hPa喀什到伽師比濕為6 g/kg，500 hPa比濕為3 g/kg。說(shuō)明中低層水汽條件較好，高層干燥。

圖2　2014-06-23T20 T639初始場(chǎng) 850 hPa比濕場(chǎng)(a 單位為g/kg)和水汽通量散度場(chǎng)(b 單位為g/(cm2·hPa·s))

23日20時(shí)，T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品850 hPa水汽通量散度初始場(chǎng)(圖2b)上，喀什至和田為水汽輻合區(qū)，輻合中心位于英吉沙至疏勒縣，中心值達(dá)-2.6×10-7g/(cm2·hPa·s)，說(shuō)明冰雹發(fā)生地低層水汽輻合較強(qiáng)。疏勒、伽師700 hPa水汽通亮散度為1.6×10-7g/(cm2·hPa·s)、500 hPa為-0.9×10-7g/(cm2·hPa·s),可見(jiàn)中層水汽輻散、高層水汽輸送不明顯。綜上，低層比濕大值中心配合低層較大水汽輻合，說(shuō)明這次天氣過(guò)程的水汽主要來(lái)源于低層。

3.2垂直速度分析

強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展要具備一定的大氣動(dòng)力條件。從23日08時(shí)南疆西部垂直速度分布來(lái)看，低層到高空均為下沉氣流。從23日20時(shí)沿39°N 垂直速度的剖面圖(圖3a)分析得出，冰雹發(fā)生地疏勒至伽師上空850～400 hPa高度上均為明顯的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，具備了一定的動(dòng)力條件。從 23日20時(shí) 850 hPa垂直速度分布(圖3b)上看，南疆西部地區(qū)疏勒至伽師位于上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)，垂直速度中心為-15×10-2Pa/s，受明顯的上升運(yùn)動(dòng)控制。上升速度中心較好地指示了雹區(qū)的位置。

圖3　2014-06-23T20 沿39°N垂直速度剖面圖(a)和850 hPa垂直速度場(chǎng)(b)(單位為10-2 Pa/s)

4大氣穩(wěn)定度條件分析

冰雹爆發(fā)前雹區(qū)低層一般都有潛在不穩(wěn)定能量的累積，此次天氣過(guò)程的中尺度系統(tǒng)顯示喀什上空有強(qiáng)垂直溫度梯度，說(shuō)明層結(jié)處于上干冷下暖濕的熱力不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)。從喀什站6月23日探空資料可以看出，08時(shí)近地層為2 m/s西南偏西風(fēng)，高空6 km為6 m/s西北偏北風(fēng)；20時(shí)近地層轉(zhuǎn)成4 m/s東南偏東風(fēng)，高空6 km處轉(zhuǎn)成西北風(fēng)、風(fēng)速增大到10 m/s。一般來(lái)說(shuō)，在一定的熱力不穩(wěn)定條件下，垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)將導(dǎo)致風(fēng)暴進(jìn)一步加強(qiáng)和發(fā)展。23日20時(shí)300 hPa以上西北風(fēng)增強(qiáng)，200 hPa等壓面上風(fēng)速已達(dá)26 m/s，形成高空急流，有利于高空抽吸作用，加強(qiáng)中低層上升運(yùn)動(dòng)，為午后強(qiáng)對(duì)流發(fā)生提供了熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定條件。

強(qiáng)冰雹天氣發(fā)生前的能量指數(shù)可反映出熱力不穩(wěn)定狀況，彭志班等[8]研究提出，對(duì)流有效位能CAPE屬垂直積分穩(wěn)定度參數(shù)，不是單層指數(shù)，對(duì)于研究強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的能量變化情況反映最為有效。然而，CAPE并非唯一影響對(duì)流風(fēng)暴上升運(yùn)動(dòng)的因子。在強(qiáng)風(fēng)切變的環(huán)境中，動(dòng)力效應(yīng)實(shí)質(zhì)上加強(qiáng)了上升氣流的強(qiáng)度，因此強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)也能夠在中等甚至較小強(qiáng)度的CAPE中得以發(fā)展[9]。23日08時(shí)CAPE值為160 J·kg-1,20時(shí)增大到335 J·kg-1，對(duì)流有效位能增大；與此同時(shí)CIN值由258.7 J·kg-1減少到0 J·kg-1，對(duì)流抑制能量消失，這些條件都對(duì)傍晚前后強(qiáng)對(duì)流天氣的形成有利。20時(shí)沙氏指數(shù)由08時(shí)的-1.45 ℃升高到-0.16 ℃，K指數(shù)由28 ℃降低至24 ℃。說(shuō)明08時(shí)已有明顯的對(duì)流不穩(wěn)定特征，20時(shí)前觀(guān)測(cè)站點(diǎn)已有短時(shí)對(duì)流天氣出現(xiàn)，K指數(shù)和沙氏指數(shù)有所下降。

23日20時(shí)，0 ℃層高度在4 435 m、氣壓為600 hPa，這樣的高度使對(duì)流云可向更高處發(fā)展，使低層的水汽通過(guò)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到該高度，為冰雹生成提供了豐沛的水汽條件，且當(dāng)雹粒增長(zhǎng)到足夠大而下落時(shí)，不至于因暖層過(guò)厚而被融化[10]。-20 ℃層高度則是7 154 m，在400 hPa以下，與0 ℃層間厚度為2 919 m，云頂高度高于-20 ℃層高度，有利于成雹。該結(jié)論與與王榮梅等[11]得出的冰雹生成所需適宜的特征層高度很接近，可作為南疆西部降雹指標(biāo)。

5雷達(dá)回波演變

由雷達(dá)組合反射率因子圖可以看出，19：32(圖4a，圖見(jiàn)第11頁(yè)，下同)喀什西北淺山區(qū)出現(xiàn)多單體回波，其中，最強(qiáng)回波單體位于托云牧場(chǎng)，回波強(qiáng)度為45 dBz、高度達(dá)8 km，并向雷達(dá)方向移動(dòng)。之后該單體移到喀什西北方45 km處，發(fā)展加強(qiáng)并向東南方向移動(dòng)，其周邊不斷有新回波單體生成并與之合并，強(qiáng)度達(dá)60 dBz，高度伸展到10 km，回波尺度加大，20：00左右(圖4b)形成塊狀回波。20：30后單體移動(dòng)方向前側(cè)新生成小塊回波單體，三個(gè)體掃后明顯加強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)60 dBz。20:56(圖4c)至21:32，喀什西北方45 km處的較強(qiáng)回波單體向東南移動(dòng)，到達(dá)喀什東北方10 km處，并開(kāi)始向南移動(dòng)，強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，尺度加大形成回波帶，移到喀什東部25 km處。徑向速度圖上(圖略)發(fā)現(xiàn)，剛開(kāi)始回波一直在喀什西北方向向著本站移動(dòng)，20：40開(kāi)始，喀什東北方向20 km處出現(xiàn)偏東氣流，在喀什以北與西北氣流匯合。與此同時(shí)，20:46，喀什西北處徑向速度迅速增強(qiáng),兩個(gè)體掃速度便達(dá)-33 m/s，此時(shí)疏勒縣木什鄉(xiāng)自動(dòng)站觀(guān)測(cè)到9級(jí)西北大風(fēng)，20:46—21:15經(jīng)過(guò)六個(gè)體掃,強(qiáng)徑向速度減小，西北氣流加強(qiáng)的同時(shí)偏東氣流出現(xiàn)，使強(qiáng)回波改變移動(dòng)方向，向南移動(dòng)。21：15(圖4d)喀什東北方25 km處的回波帶形成“人”字形回波，該時(shí)次強(qiáng)對(duì)流發(fā)展最旺盛，“人”字形回波南側(cè)回波發(fā)展較快。最強(qiáng)中心超過(guò)65 dBz，回波頂高12 km，VIL密度>3 g/m3，結(jié)構(gòu)密實(shí)，回波梯度加大。呈現(xiàn)出典型的超級(jí)單體結(jié)構(gòu)。超級(jí)單位成熟階段的典型特征維持到21：54(圖4e)，并且經(jīng)過(guò)疏勒、伽師西部。超級(jí)單體風(fēng)暴釋放能量后開(kāi)始消散，22：06減弱為較為分散的帶狀降水回波，回波強(qiáng)度減弱，范圍擴(kuò)大。22：23(圖4f)，回波強(qiáng)度明顯減弱，面積減小，回波頂高度降低，垂直液態(tài)水含量下降，回波不斷南下并移出雷達(dá)探測(cè)范圍，強(qiáng)對(duì)流天氣結(jié)束。

從21：15疏勒縣境內(nèi)中氣旋形成時(shí)刻的徑向速度圖(圖5a)可看出，該中氣旋核區(qū)直徑[12]小于10 km，正、負(fù)速度中心相對(duì)于雷達(dá)對(duì)稱(chēng)，1.5°～3.4°仰角反射率圖上均能被識(shí)別，其中1.5°仰角上最為明顯，旋轉(zhuǎn)速度約為23 m/s,持續(xù)兩個(gè)體掃時(shí)間，屬于弱中氣旋，強(qiáng)回波對(duì)應(yīng)的區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)有風(fēng)向的輻合。

研究發(fā)現(xiàn)，0 ℃等溫線(xiàn)高度上有超過(guò)50 dBz的反射率因子才有可能降雹，-20 ℃等溫線(xiàn)高度上有超過(guò)50 dBz的反射率因子時(shí)，強(qiáng)降雹的可能性極大[13]。21:15，沿入流方向穿過(guò)最強(qiáng)回波位置的反射率因子垂直剖面(圖5b)上，可以發(fā)現(xiàn)中低層存在明顯弱回波區(qū)，50 dBz強(qiáng)回波高度在8 km以上，65 dBz的強(qiáng)回波高度達(dá)5 km以上，5 km高度上有懸垂回波，上沖云頂，強(qiáng)回波頂高接近9 km，已超過(guò)-20 ℃層高度，中低層強(qiáng)回波中心已接地，可以判斷該地區(qū)已經(jīng)有冰雹出現(xiàn)，與實(shí)況疏勒出現(xiàn)冰雹吻合。

6結(jié)論與討論

(1)此次天氣過(guò)程是一次典型的階梯槽影響南疆西部降雹的天氣過(guò)程。槽前西南氣流的維持，為該次冰雹天氣提供了水汽條件。巴湖冷空氣注入到南疆西部的短波槽、塔里木盆地至伽師一帶的輻合線(xiàn)是此次強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的觸發(fā)機(jī)制。高空風(fēng)速增大及其產(chǎn)生的強(qiáng)垂直風(fēng)切變、較大的K指數(shù)、較小的沙氏指數(shù)，增大的CAPE值，均對(duì)此次冰雹有較好的指示意義。

(2)強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)提供了強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)的動(dòng)力條件。特殊層高度適宜(0 ℃和-20 ℃溫度分別位于4.4 km和7.1 km)，利于冰雹出現(xiàn)。

(3)此次冰雹過(guò)程由超級(jí)單體風(fēng)暴產(chǎn)生。超級(jí)單體最大回波強(qiáng)度大于65 dBz，有懸垂回波、明顯的有界弱回波區(qū)，并伴有中氣旋。

(4)對(duì)流單體后側(cè)有西北干冷空氣卷入產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，地面出現(xiàn)大風(fēng)，與其前沿偏東氣流輻

合，對(duì)流單體迅速加強(qiáng)，15～25 min后出現(xiàn)冰雹。因此觀(guān)測(cè)到地面大風(fēng)且喀什東部巴楚站出現(xiàn)偏東風(fēng)時(shí)，可提前15～25 min發(fā)出冰雹預(yù)警。

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圖4　2014-06-23T19：32(a)、20:01(b)、20：57(c)、21:15(d)、21：43(e)、22：23(f)喀什多普勒雷達(dá)組合反射率因子圖(單位：dBz，文見(jiàn)第9頁(yè)5)

圖5　2014-06-23T21:15喀什站1.5°仰角徑向速度(a 單位為m/s；中氣旋)及沿入流方向最強(qiáng)反射率因子剖面圖(b 單位為dBz；懸垂回波)

圖5　 FY-2E紅外云圖(a 2014-04-11T00:00，b 2015-04-01T08:00，文見(jiàn)第5頁(yè)4)

文章編號(hào)：1006-4354(2016)03-0006-06

收稿日期：2015-07-26

作者簡(jiǎn)介：瑪依熱·艾海提(1987—)，女，新疆阿克蘇人，學(xué)士，助工，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)。

基金項(xiàng)目：中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)員專(zhuān)項(xiàng)(CMAYBY2015-87)

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.121.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

瑪依熱·艾海提，亞森江·買(mǎi)買(mǎi)提，希熱娜依·提力瓦爾地. 2014年夏季喀什一次強(qiáng)冰雹過(guò)程分析[J].陜西氣象，2016(3)：6-11.