廣西柳州2016年4月一次致災(zāi)冰雹天氣過程分析

李宜爽，劉蕾，王藝

（廣西柳州市氣象局，廣西柳州，545001）

廣西柳州2016年4月一次致災(zāi)冰雹天氣過程分析

李宜爽，劉蕾，王藝

（廣西柳州市氣象局，廣西柳州，545001）

利用Micaps資料、地面加密自動觀測資料、NCEP／NCAR的1°×1°每6h再分析資料以及新一代雷達資料，對2016年4月9日發(fā)生在柳州的一次強對流天氣過程進行了分析。結(jié)果表明：（1）在高空冷渦槽后干冷平流及地面西南暖低壓的影響下，中高層干冷，低層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)為此次冰雹天氣提供了有利的熱力及動力條件，低層適當?shù)乃麠l件、高CAPE值以及較強的環(huán)境風垂直切變有利于強冰雹天氣的發(fā)生；（2）地面中尺度輻合線及低層鋒區(qū)的南壓是這次強對流天氣的觸發(fā)因子；（3）適宜0℃層和﹣20℃層高度有利于強風暴云發(fā)展，為雹粒的形成、增長和降落提供了有利條件；（4）雷達回波分析表明，回波云中存在≥60dBz的回波單體，回波區(qū)出現(xiàn)典型的冰雹回波特征，是判別有無冰雹天氣的重要指標。

冰雹；環(huán)流形勢；物理量；不穩(wěn)定能量；雷達回波

1 引言

雷暴、冰雹、龍卷等是嚴重的災(zāi)害性強對流天氣，具有空間尺度小、生命期短的特點［1］，用常規(guī)天氣觀測網(wǎng)很難捕捉到。冰雹毀壞莊稼、破壞房屋，造成牲畜甚至人員傷亡，對社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生命

財產(chǎn)安全危害很大，研究冰雹天氣具有重要意義。姚勝芳等統(tǒng)計了全區(qū)90個站共49年（1956～2004年）的冰雹資料，發(fā)現(xiàn)我區(qū)冰雹天氣與海拔高度成正相關(guān)，具有“北多南少、西多東少、山區(qū)比沿海多”的特點，且主要集中在3～5月份［2］；冰雹是中尺度對流活動發(fā)展的結(jié)果，熱力不穩(wěn)定決定對流發(fā)展的強度，而動力作用對觸發(fā)對流及決定風暴類型起重要作用［3］。鋒面抬升是華南地區(qū)強對流天氣的主要觸發(fā)機制，中層的干急流及垂直風切變可能是強對流發(fā)展的主要因素［4－6］。孫瑩等［7］通過分析廣西地區(qū)一次強冰雹過程形成機制分析得出，強對流過程發(fā)生前期存在暖干蓋，中低層風切變的增加，促進了高低層能量的交換，揭開暖干蓋，觸發(fā)強對流的爆發(fā)。伍志方等［8］對產(chǎn)生冰雹的中小尺度天氣系統(tǒng)的多普勒雷達回波特征進行了統(tǒng)計；農(nóng)孟松［9］等對2012年早春廣西一次高架雷暴冰雹天氣過程進行分析，得出冰雹發(fā)生在850hPa切變線南北兩側(cè)約200km范圍，等壓面鋒區(qū)強度大；高空槽前正負變溫使700～500hPa垂直方向溫度差大，導致層結(jié)對流不穩(wěn)定性加大。當500hPa低槽移至強鋒區(qū)上空時，鋒面坡度變陡，上升運動加強，不穩(wěn)定性增大，使得冰胚在對流層中層增長而形成冰雹；張正國［10］等利用廣西2009～2012年降雹樣本資料和新一代天氣雷達回波頂高（ET）產(chǎn)品，對廣西冰雹云回波頂高變化特征進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示廣西冰雹云的ET整體呈現(xiàn)明顯的階段性變化特征，降雹時間和ET值達到最大值時間基本一致。楊思施等［11］對百色市一次致災(zāi)冰雹天氣過程進行分析，得出持續(xù)偏高的反射率因子和垂直積分液態(tài)水含量為冰雹、大風預(yù)警的發(fā)布提供了有效依據(jù)。唐熠、黃遠盼、賴雨薇、張靜等從物理機制、中小尺度系統(tǒng)特征等方面對廣西境內(nèi)冰雹天氣進行了一些研究［12－15］。

本文利用Micaps資料、地面加密自動觀測資料、柳州市新一代天氣雷達探測資料，從中尺度天氣系統(tǒng)配置、物理量場以及雷達短臨識別方面，對2016年4月9日發(fā)生在廣西柳州地區(qū)一次冰雹天氣過程進行綜合分析，為做好人工影響天氣作業(yè)等氣象服務(wù)提供一定的科學依據(jù)。

2 冰雹天氣過程概況

2016年4月9～10日，柳州市出現(xiàn)了以冰雹、雷雨大風和短時強降水為主的強對流天氣過程，影響到柳州市北部地區(qū)。根據(jù)氣象臺站觀測和各地氣象信息員上報，三江、融安、融水境內(nèi)出現(xiàn)冰雹，冰雹最大直徑為40mm，出現(xiàn)房屋損壞、倒塌、路面塌方、電力中斷，農(nóng)作物受災(zāi)面積大，經(jīng)濟損失超過800萬元。強降水主要出現(xiàn)三江縣中南部、融安縣、融水縣、柳城縣和鹿寨縣中北部。強對流天氣過程發(fā)生在9日20時至10日01時，以冰雹和短時雷雨大風為主，最強降水109.7mm出現(xiàn)在融水縣的安太鄉(xiāng)。9日21時30分左右開始，北部山區(qū)的融安、融水縣出現(xiàn)冰雹，局部伴有短時雷雨大風，最大風速達23.5m／s（出現(xiàn)在融水縣永樂鄉(xiāng)）。

圖1 2016年4月9日20時天氣形勢分析

3 天氣形勢分析

從2016年4月8日20時～9日20時的高空環(huán)流形勢來看，歐亞為兩槽一脊型，烏拉爾山高脊逐漸加強為阻塞高壓，華南沿海一帶受副高外圍影響，500hPa高空槽不斷加深東移引導北部冷空氣侵入，柳州位于長波槽底。從中低層環(huán)流形勢來看，700hPa逐漸增強的西南氣流和中高層的干冷空氣于9日20時在柳州上空匯合，850hp上暖濕氣流不斷加強，使得低層濕度增加，溫度升高，加上自西向東移動的切變線影響，整層大氣呈現(xiàn)出上層干冷下層暖濕的不穩(wěn)定狀態(tài)，加上低層充足的水汽，為強對流天氣的發(fā)生建立了有利的水汽、動力和能量條件。從地面形勢來看，廣西受西南暖低壓控制，地面溫度升高，大氣不穩(wěn)定度加劇，為對流的發(fā)展和冰雹的形成提供了能量來源，冷渦后部不斷有冷空氣隨高空槽侵入，9日20時，地面輻合線南壓至廣西北部，成為冰雹產(chǎn)生的觸發(fā)機制。

4 物理量場分析

4.1 不穩(wěn)定條件分析

4.1.1沙瓦特指數(shù)（SI）

從圖2a中可以看出，4月8日20時，廣西北部、貴州、湖南一帶大部都處于SI＞0的區(qū)域內(nèi)；4月9日08時（圖略），廣西大部處于SI＜0的區(qū)域內(nèi)，在河池附近有－3℃的負值中心，柳州SI值減小至－1至－2℃，說明柳州上空大氣不穩(wěn)定度增強；4月9日20時（圖2b），廣西大部SI＜－4℃，在融安、融水附近SI降至－5℃，說明柳州北部上空不穩(wěn)定度不斷增強，從9日21時開始有強對流天氣產(chǎn)生。

4.1.2 對流有效位能（CAPE）及環(huán)境風條件

河池站為柳州北部三縣的上游地區(qū)，因此選取河池站的探空進行分析。分析河池上空的CAPE值發(fā)現(xiàn)，4月8日20時的CAPE值為20.8J·kg-1，9日08時的CAPE值為78.2J·kg-1，9日20時的CAPE值為1287.3J／kg（圖3），說明，在20時前后，柳州市的對流有效位能增加迅速，具備了較高的靜力不穩(wěn)定條件；同時，自由對流高度（LFC）降至到700hPa以下，預(yù)示著只需一個中低強度的擾動就能導致不穩(wěn)定能量的釋放。

圖2 2016年4月8日20時（a）、4月9日20時（b）SI指數(shù)水平分布（單位：℃）

從4月8日08時和20時河池站的探空資料可見，環(huán)境大氣0℃層高度約在4km左右，即600hPa高度附近，這樣的高度使得對流云可向更高處發(fā)展，使低層的水汽通過強烈的上升運動能夠到達該高度，為冰雹生成提供了豐沛的水汽條件，且當雹粒增長到足夠大而落下時，不至于因暖層過厚而被融化［16］。－20℃層約在7.5km，即400hPa附近。0至－20℃層結(jié)的厚度為3km，有利于大冰雹的生成。從探空資料還可以看出，強對流過程中0～6km風向順轉(zhuǎn)＞120°，風的垂直切變?yōu)?6m.s－1，且0℃高度低于4.5km，適宜冰雹的生長。

4.1.3 θse垂直分布特征

沿109.5°E作θse垂直剖面圖（圖4）發(fā)現(xiàn)，4月9日14時（圖4a，見彩頁），850hPa以下存在θse高值區(qū)，在600～500hPa之間有θse的低值中心向低緯度地區(qū)延伸，表明對流層中高層有冷空氣向南入侵。柳州范圍內(nèi)（24°～26°N），近地面層到對流層中高層之間θse變化幅度較大，隨高度顯著減小，即＞ 0，存在位勢不穩(wěn)定。到4月9日20時（圖4b，見彩頁），θse低值區(qū)從低層逐漸向低緯度地區(qū)擴展，在25°N附近，冷空氣逐漸從低層侵入，到4月9日02時（圖略），鋒面逐漸南壓，冷空氣入侵到24°N附近。

θse850－500表示一個地區(qū)在850hPa和500hPa高度上的假相當位溫之差，用以表征這2個高度之間大氣層結(jié)的不穩(wěn)定度，θse850－500值越大，表明這兩層之間的大氣越不穩(wěn)定。θse850－500值大于10℃，分別是9日14時值為19℃，9日20時值為16℃，位勢不穩(wěn)定加劇，有利于強對流的發(fā)生。10日02時，θse850－500值迅速減小，為6℃，表明位勢不穩(wěn)定已逐漸減弱，不利于強對流天氣的發(fā)生。

圖3 2016年4月9日20時河池探空T-lnp圖

4.2水汽條件

從水汽通量散度垂直分布圖（圖5a，見彩頁）看，水汽輻合區(qū)在低層850hPa以下，最強水汽輻合中心出現(xiàn)在925hPa附近，10日02時，水汽輻合中心南壓到23～24°N。從相對濕度和溫度的疊加圖（圖5b，見彩頁）可以看到，柳州上空850hPa相對濕度≥80%，850hPa和500hPa溫差達到27℃，在這種條件下，低層的暖濕水汽輻合上升，高層較低的溫度，這種低層高溫高濕、中層干冷的配置有利于冰雹的產(chǎn)生。

4.3 動力條件

沿109.5°E作渦度的垂直剖面圖可以看出，強對流發(fā)生之前渦度場有明顯增強，9日20時（圖6a），從地面到200hPa都為正渦度區(qū)，形成明顯的垂直渦柱，300hPa附近有一大值中心，強度達到10× 10－5s－1，正是這種深厚的渦度為水汽的抬升提供了強有力的動力。沿109.5°E作垂直速度的垂直剖面圖，可以看出垂直速度的分布與渦度場配合很好，在強對流發(fā)生的6h之前，9日14時（圖6b）可以看出，在冰雹發(fā)生區(qū)（25°N左右），1000～300hPa

大氣都處于上升運動不穩(wěn)定區(qū)，上升垂直速度最大值中心位于400hPa附近，垂直速度最大值達－7Pa／s，上升運動不穩(wěn)定層增強增厚，高層輻散，低層輻合，一個強烈的抽吸效應(yīng)開始形成，有利于冰雹的抬升和維持。9日20時（圖略），柳州上空整層都為下沉運動，垂直速度最大值達13Pa·s-1，降雹開始。

5 雷達回波演變特征

首先以柳州多普勒雷達1.5°仰角基本反射率為主要分析對象。此次過程中，相繼有一系列對流單體生成，部分最終演化成超級單體。4月9日19時觀測到有塊狀的對流性降水回波從黔東南向東南方向移動發(fā)展。19時30分左右，在黔東南一帶有3個對流單體生成，并迅速發(fā)展，后面兩個對流單體合并成一個，繼續(xù)向東南方向移動，20時10分在黔桂交界、融水縣桿洞鄉(xiāng)有兩個對流單體。這些單體回波最大強度＞60dBz，且＞50dBz的強回波伸展高度超過10km，回波頂最高高達16km，遠遠超過了－20℃層高度，單體已發(fā)展成強風暴超級單體，會引發(fā)災(zāi)害性的冰雹天氣。21時左右，融水附近有塊狀的對流性降水回波生成，并迅速發(fā)展，逐漸向東南方向移動，21時49分，單體回波最大強度為63dBz，回波伸展高度為11km，21時55分，單體回波強度達到最強，＞65dBz，回波伸展高度為14km，降雹開始。此后，單體強度逐漸減弱消失，連成條狀的強降水回波帶。隨著切變線的南壓，降雨帶也逐漸南壓減弱。

圖7（a，見彩頁）為21時49分降雹時風暴核心的反射率因子垂直剖面圖。由圖中可以看到明顯的弱回波區(qū)以及回波墻。弱回波區(qū)的水平尺度約為5km，強的反射率因子區(qū)（＞60dBz）為沿著弱回波區(qū)左側(cè)的一個豎直的狹長區(qū)域，從11km左右高度一直擴展到低層，其中下部代表冰雹下降的區(qū)域。反射率因子從低層往高層向低層入流一側(cè)傾斜，呈現(xiàn)出明顯的回波懸垂，并出現(xiàn)典型弱回波區(qū)以及弱回波區(qū)左側(cè)的強大回波墻。最強區(qū)域位于回波墻中部4－6km，其值達到63dBz。超級單體的回波頂高接近12km。從圖7（b，見彩頁）中可以看出，強回波中心已經(jīng)及地，說明降雹開始產(chǎn)生。

圖6 沿109.5°E作渦度（單位：10－5s－1）的垂直剖面圖（a），垂直速度（單位：Pa／s）的垂直剖面圖（b）

6 結(jié)論

本文利用Micaps資料、地面加密自動觀測資料、NCEP／NCAR的1°×1°每6h再分析資料以及新一代雷達資料，對2016年4月9日發(fā)生在柳州的一次強對流天氣過程進行了分析，得到以下結(jié)論：

（1）高空低渦及其伴有的弱冷空氣南移與低層暖濕空氣所形成上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)，加上垂直上升運動的迅速發(fā)展為此次冰雹天氣提供了有利的大尺度環(huán)境場條件。

（2）通過對沙氏指數(shù)、有效位能和假相當位溫的分析，表明大氣層結(jié)處于熱力不穩(wěn)定中，并且降雹前大氣不穩(wěn)定度加大，為冰雹天氣的發(fā)生提供了有利的熱力不穩(wěn)定條件。

（3）水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)、外部抬升力等條件同時滿足，導致出現(xiàn)強對流天氣，而單站探空0℃層和﹣20℃層高度較為適宜，環(huán)境風垂直切變較大，有利于強風暴云發(fā)展，為雹粒的形成、增長和降落提供了有利條件。

（4）應(yīng)用雷達回波分析，回波云中存在≥60dBz的回波單體，而且回波區(qū)出現(xiàn)典型的冰雹回波特征（懸垂回波、弱回波區(qū)及回波墻等），是判別有無冰雹天氣的重要指標。

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The Analysis of a Hail Weather on April 9th 2016 in Liuzhou, Guangxi

Li Yi-shuang,Liu Lei，Wang Yi
(Liuzhou Municipal Meteorological Service,Liuzhou Guangxi 545001)

Based on the Micaps data,surface intensive observations data,and NCEP/NCAR 1.0x1.0 degree reanalysis(every 6 hours)data,and new generation radar data,severe convection weather on April 9th 2016 in Liuzhou of Guangxi was analyzed.The result shows:1)Influenced by the dry and cold advection behind high-altitude cold vortex trough and southwest warm-core cyclone in the ground surface,the unstable stratification of dry and cold condition in upper-atmosphere and wet and warm condition in low atmosphere served as the advantageous thermal and dynamic conditions for the formation of this hail weather,and the adequate vapor condition,high CPAE value,and strong vertical shear of environmental wind in low level also catalyzed the forming of the strong hail weather.2)The triggering mechanism of this severe convection weather is the southward of the ground surface mid-level convergence line and low level frontal zone.3)The adequate altitude of 0℃and-20℃is advantageous for the development of the strong storm clouds,and it also created a favorable condition for the formation, growth,and falling of the hailstone.4)According to the radar echo,the echo monomer(≥60dBZ)in the echo clouds and the typical hail echo feature appeared in the echo zone are the essential index for the judgement of hail weather.

hail;circulation feature;physical quantity;instable energy;radar echo

P458.1+21.2

A

1673-8411（2016）03-0052-05

2016-05-28

李宜爽（1991-），女，廣西柳州人，助工，從事天氣預(yù)報服務(wù)工作