哈爾濱市區(qū)一次罕見的冰雹天氣過(guò)程分析

歐娜音，王娜，于凱旋

(1.哈爾濱市氣象局,黑龍江哈爾濱150028；2.阿城區(qū)氣象局，黑龍江哈爾濱150300；3.雙城區(qū)氣象局，黑龍江哈爾濱150100)

哈爾濱市區(qū)一次罕見的冰雹天氣過(guò)程分析

歐娜音1，王娜2，于凱旋3

(1.哈爾濱市氣象局,黑龍江哈爾濱150028；2.阿城區(qū)氣象局，黑龍江哈爾濱150300；3.雙城區(qū)氣象局，黑龍江哈爾濱150100)

1 引言

冰雹是重大殺傷性的對(duì)流性災(zāi)害天氣之一。多發(fā)生于中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，一般水平范圍大約在十幾公里至二三百公里，有的水平范圍只有幾十米至十幾公里。來(lái)勢(shì)猛、強(qiáng)度大，出現(xiàn)時(shí)常伴有大風(fēng)、強(qiáng)降水、急劇降溫等災(zāi)害性天氣過(guò)程。近年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的機(jī)理進(jìn)行了大量研究。張騰飛[1]等利用雷達(dá)回波資料對(duì)云南一次強(qiáng)對(duì)流冰雹天氣過(guò)程的環(huán)流以及雷達(dá)回波特征進(jìn)行了分析；李萍[2]等對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的雷達(dá)回波特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)冰雹云往往有“V”型缺口、“弓”形回波等特征，并且大風(fēng)區(qū)伴隨有中氣旋或逆風(fēng)區(qū)弧形結(jié)構(gòu)也容易形成冰雹。李文娟[3]等指出冰雹產(chǎn)生在上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)中；朱君鑒[4]等利用多普勒雷達(dá)資料分析山東一次冰雹風(fēng)暴的演變過(guò)程。張萍萍等［5］利用雷達(dá)和閃電等監(jiān)測(cè)資料對(duì)鄂北的一次雹暴進(jìn)行了詳細(xì)的分析，張晰瑩[6]等統(tǒng)計(jì)分析了黑龍江省多年降雹時(shí)在衛(wèi)星云圖上的特征。2016年6月12日哈爾濱市區(qū)出現(xiàn)的冰雹天氣給百姓造成十分嚴(yán)重的影響。尤其6月對(duì)于哈爾濱地區(qū)來(lái)說(shuō)是農(nóng)作物生長(zhǎng)期，冰雹、大風(fēng)等天氣對(duì)農(nóng)作物損害極大，強(qiáng)降水也會(huì)延遲農(nóng)作物的成熟及產(chǎn)量?？梢?，了解并掌握冰雹的形成機(jī)理，以及對(duì)冰雹的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的研究，對(duì)于防雹減災(zāi)工作有著十分重要的意義。本文利用中分析、雷達(dá)數(shù)據(jù)及衛(wèi)星云圖等資料，對(duì)2016年6月12日午后哈爾濱市區(qū)罕見的冰雹天氣過(guò)程進(jìn)行分析和探討，對(duì)今后此類天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警有進(jìn)一步的提高。

2 降水特點(diǎn)及天氣背景

2.1 降水特點(diǎn)

2016年6月12日14-15時(shí)哈爾濱市區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的冰雹災(zāi)害性天氣。自西向東移動(dòng)并持續(xù)約1 h，冰雹直徑為1-3 cm左右，局地造成內(nèi)澇，部分城區(qū)路邊積存的冰雹厚度達(dá)10 cm。對(duì)流發(fā)展劇烈，來(lái)勢(shì)猛，強(qiáng)度大。14-15時(shí)僅1 h哈爾濱市區(qū)8個(gè)站點(diǎn)降雨量超過(guò)20 mm,其中最大站點(diǎn)降水量為52.3 mm。給廣大市民造成十分嚴(yán)重的人身傷害和經(jīng)濟(jì)損失。2.2天氣背景及中尺度對(duì)流分析

圖1 6月12日20時(shí)中尺度分析

2016年6月10日20時(shí)，500 hPa黑龍江省西北部與鄂霍次克海上空各有一個(gè)冷中心，11日08時(shí)鄂霍次克海上空冷渦強(qiáng)度減弱，而位于黑龍江省西北部的冷渦中心范圍擴(kuò)大。12日08時(shí)影響黑龍江省的冷渦中心強(qiáng)度由560 hPa加強(qiáng)為556 hPa，中心稍有北抬，位于黑龍江省黑河地區(qū)，哈爾濱處于渦中心底部。12日20時(shí)冷渦中心范圍擴(kuò)大并處于黑龍江省西部，冷渦中心在12日08-20時(shí)變化過(guò)程中，輻合區(qū)正好壓在哈爾濱市區(qū)上空。濕度場(chǎng)呈現(xiàn)上干下濕的水汽配置，濕軸自日本海與鄂霍次克海延伸至黑龍江省中南部，500 hPa黑龍江省大部分地區(qū)處于干區(qū)中，而850 hPa以下全省處于濕度大值區(qū)中。850 hPa哈爾濱地區(qū)有一條切變線，哈爾濱處于輻合區(qū)域。地面為低壓控制，此合理配置對(duì)強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生提供了有利的抬升條件。溫度場(chǎng)上，哈爾濱市區(qū)850 hPa與500 hPa溫差超過(guò)28℃（圖1），此垂直溫度遞減率反映了大氣的不穩(wěn)定性，有利于哈爾濱市區(qū)產(chǎn)生冰雹、雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣。

3 雷達(dá)分析

3.1 強(qiáng)度場(chǎng)回波分析

從反射率強(qiáng)度回波圖上得知，此次強(qiáng)冰雹天氣是13時(shí)30分在哈爾濱西部局地生成的幾個(gè)小塊狀回波，向東發(fā)展過(guò)程中逐漸合并增強(qiáng)，14時(shí)05分在哈爾濱市區(qū)發(fā)展為一個(gè)強(qiáng)超級(jí)單體。14時(shí)18分在其后側(cè)出現(xiàn)“V”型缺口回波，表明有強(qiáng)的下沉氣流，并可產(chǎn)生破壞性大風(fēng)，14時(shí)32分哈爾濱主城區(qū)上游雙城區(qū)出現(xiàn)極大風(fēng)速為12.2m/s的強(qiáng)風(fēng)。此時(shí)，回波強(qiáng)度中心超過(guò)了55 dBz，大面積回波強(qiáng)度大于50 dBz,“V”形缺口前部對(duì)應(yīng)的哈爾濱市南崗區(qū)出現(xiàn)了冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。14時(shí)34分回波強(qiáng)度中心發(fā)展迅速，回波最強(qiáng)處反射率因子達(dá)到67.5 dBz，并且在南側(cè)生成了一條弱輻合帶，即陣風(fēng)鋒。這是由超級(jí)單體下沉氣流向外流出并與低層氣流交匯抬升形成，此時(shí)市區(qū)中部大面積降下冰雹。14時(shí)45分再次出現(xiàn)“V”型缺口，比前一次出現(xiàn)的缺口更明顯，槽口區(qū)強(qiáng)度梯度較大，勢(shì)力未減。15時(shí)11分回波繼續(xù)東移,強(qiáng)度減弱,反射率強(qiáng)度減弱為50 dBz，雷達(dá)回波為塊狀，強(qiáng)冰雹天氣過(guò)程逐漸結(jié)束。

回波中心核基本上呈紡錘狀,超過(guò)60 dBz的對(duì)流單體的反射率因子垂直伸展到-20℃等溫線以上，達(dá)到了6-7 km。

3.2 徑向速度場(chǎng)回波分析

13時(shí)52分雷達(dá)徑向速度場(chǎng)上出現(xiàn)了零等速度線為“S”型的暖平流，負(fù)速度面積大于正速度面積，有風(fēng)向輻合。這種形勢(shì)場(chǎng)表明有水汽輸送、低層輻合有利于抬升，有利于降水持續(xù)。另外，14時(shí)24分在哈爾濱主城區(qū)位置出現(xiàn)了“逆風(fēng)區(qū)”，表明存在強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng),這樣極有利于回波的產(chǎn)生發(fā)展。14時(shí)50分此塊狀強(qiáng)回波與其西南側(cè)后生成的塊狀回波合并，使得整片回波的生命史得以延長(zhǎng)，并且范圍擴(kuò)大，強(qiáng)度增強(qiáng)，同時(shí)哈爾濱市區(qū)的東部持續(xù)遭受冰雹的侵害。

風(fēng)暴頂輻散是冰雹云發(fā)展的一個(gè)重要條件。風(fēng)暴頂輻散的存在，使得強(qiáng)上升氣流得以維持，有利于冰雹的增長(zhǎng)；風(fēng)暴頂輻散存在使云中的凝結(jié)潛熱及時(shí)擴(kuò)散，使對(duì)流機(jī)制得以維持，有利于大冰雹的形成。14時(shí)45分流場(chǎng)氣流方向由低層輻合逐漸變?yōu)楦邔虞椛ⅲ腋邔语L(fēng)暴頂輻散十分明顯，可見低層上升氣流較強(qiáng)。

4 探空資料分析—T-lnp

4.1 對(duì)流有效位能

對(duì)流有效位能(CAPE)表示氣塊上升過(guò)程中所有因溫度差異形成的正浮力對(duì)氣塊所做的功。CAPE值為正，表示具有對(duì)流不穩(wěn)定。哈爾濱12日08時(shí)T-lnp圖上CAPE值為576.3 J/Kg（圖2a），經(jīng)調(diào)整14時(shí)（23.0℃）后CAPE值增加至1613.5 J/Kg(圖2b），說(shuō)明午后哈爾濱已經(jīng)具備較高的對(duì)流不穩(wěn)定條件。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)流有效位能越大，CAPE能量釋放后形成的上升氣流強(qiáng)度就越強(qiáng)，雷暴出現(xiàn)后其內(nèi)部的上升氣流也就越強(qiáng)，因此出現(xiàn)強(qiáng)冰雹的可能性隨著對(duì)流有效位能的增加而增加。因此，在該次降雹過(guò)程中，強(qiáng)CAPE值對(duì)冰雹產(chǎn)生貢獻(xiàn)很大。

圖2 （a)6月12日08時(shí)探空?qǐng)D(b)6月12日14時(shí)經(jīng)訂正后的T-lnp圖

4.2 垂直風(fēng)切變

T-lnp也可以反映上空各種氣象要素垂直分布。08時(shí)探空T-lnp圖顯示中低層700 hPa以下西北偏西風(fēng)突變到中層500 hPa的西南風(fēng)，有較強(qiáng)的風(fēng)向切變。中層500 hPa由14 m/s變?yōu)?00 hPa的18 m/s是一較強(qiáng)風(fēng)速切變，高層400 hPa的18m/s到300 hPa的20 m/s有一強(qiáng)風(fēng)速切變。這種垂直風(fēng)切變環(huán)境有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生和發(fā)展。另外，在500 hPa存在一個(gè)干層，配合風(fēng)向隨著高度的增加呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了中層該地區(qū)上空強(qiáng)烈的冷空氣入侵，使得暖濕氣流更強(qiáng)烈地上升，從而加強(qiáng)對(duì)流。

4.3 0℃和-20℃層高度

據(jù)黑龍江省氣象臺(tái)統(tǒng)計(jì)2001-2008年968個(gè)冰雹日個(gè)例的0℃高度(ZH)表明，黑龍江省雹日0℃層高度較低。0℃高度(ZH)雹日平均值僅為2815m，較我國(guó)其它地區(qū)低很多。尤其在春秋兩季，大多數(shù)冰雹日0℃層高度都不超過(guò)3000 m，4月份雹日0℃層高度平均值甚至只有1427m。此次0℃層高度為2800 m,-20℃層高度為6000 m，差值為3200 m，滿足黑龍江省冰雹的降雹條件，從而產(chǎn)生強(qiáng)冰雹。

5 結(jié)論

(1)此次強(qiáng)冰雹天氣是在東北冷渦、切變線、地面輻合等天氣系統(tǒng)的共同作用下發(fā)生的；上干下濕，低空輻合是冰雹發(fā)生的必要條件。中層干冷空氣侵入造成強(qiáng)烈位勢(shì)不穩(wěn)定,對(duì)系統(tǒng)增強(qiáng)和維持具有十分重要的作用。

(2)高CAPE值及較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)冰雹天氣的發(fā)生，對(duì)冰雹天氣有一定的指示作用。有助于預(yù)報(bào)員與天氣形勢(shì)結(jié)合，預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

(3)回波頂高、“逆風(fēng)區(qū)”、“V”型缺口及0℃層與-20℃層之間的厚度是預(yù)警對(duì)流性天氣發(fā)生的關(guān)鍵因子。

(4)風(fēng)暴頂輻散是冰雹云發(fā)展的一個(gè)重要條件。它的存在，系統(tǒng)得以維持發(fā)展。同時(shí)有利于預(yù)報(bào)員對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的決策預(yù)報(bào)。

[1]張騰飛,段旭,魯亞斌,等．云南一次強(qiáng)對(duì)流冰雹過(guò)程的環(huán)流及雷達(dá)回波特征分析[J]．高原氣象，2006,25(3): 531-538．

[2]李萍．2008年7～8月廣州白云機(jī)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒特征[J]．廣東氣象，2009，31(2):26-29．

[3]李文娟,鄭國(guó)光,朱君鑒,等.一次中尺度冰雹天氣過(guò)程的診斷分析[J].氣象科技，2006,34（3）:291-295．

[4]朱君鑒,刁秀廣,黃秀韶,等.一次冰雹風(fēng)暴的CINRAI)/SA產(chǎn)品分析．應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2004,15(5):579-589．

[5]張萍萍,龍利民,張寧,等.2009年6月6日鄂北冰雹天氣過(guò)程分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2012，28(2):10-15．[6]張晰瑩,方麗娟,景學(xué)義,等.黑龍江省產(chǎn)生冰雹的衛(wèi)星云圖特征.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2004,27(l):106-112．

1002－252X(2017)01－0020－03

2017－1－1

歐娜音(1984-),女，新疆維吾爾自治區(qū)博樂市人，南京信息工程大學(xué)，本科生，工程師.