蘭州中川機場一次小冰雹大風天氣的診斷分析

逯野

（民航甘肅空管分局氣象臺 甘肅蘭州 730087）

摘 要：利用EC細網(wǎng)格和NECP中尺度模式的資料，對蘭州中川機場2015年9月19日小冰雹大風生成的環(huán)境條件進行物理量診斷分析，考察了EC細網(wǎng)格和NECP中尺度模式產(chǎn)品在此次天氣過程分析中的適用性。結果顯示：層結不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強的垂直風切變及合適的0℃和-20℃層高度構成了產(chǎn)生此次小冰雹大風天氣的較有利的環(huán)境條件；假相當位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)及抬升指數(shù)等物理量場，較好的反映了此次過程中冰雹大風所需的不穩(wěn)定條件；偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

關鍵詞：小冰雹大風；不穩(wěn)定條件；溫度垂直遞減率；

1 引言

蘭州中川機場地處青藏高原東北側(cè)，夏季雷暴天氣頻發(fā)，由于氣候干燥，所出現(xiàn)的雷暴天氣一般都較弱，冰雹大風等強雷暴天氣較少。但其一旦出現(xiàn)對飛行安全、機場設施等均有著很大的影響，因此做好此類強對流天氣的預報對于蘭州中川機場的航空氣象服務有著重要的意義。嚴格意義上的冰雹大風天氣中，產(chǎn)生的冰雹直徑要≥2cm，如章國財、俞小鼎等的著作與論述中提及的冰雹大風天氣，都是指能產(chǎn)生較大冰雹的強對流天氣。由于水汽的缺乏，蘭州中川機場出現(xiàn)的冰雹多為直徑<5mm的小冰雹，所以蘭州中川機場的冰雹大風天氣與嚴格意義上的冰雹大風天氣有一定的區(qū)別。雖然目前對冰雹大風類強對流天氣的研究較多，但研究對象多為中東部地區(qū)的產(chǎn)生較大冰雹的個例，對青藏高原東北側(cè)發(fā)生的只產(chǎn)生小冰雹的此類強對流天氣，相關論述較少見。

本文對2015年9月19日蘭州中川機場出現(xiàn)的一次冰雹大風天氣過程進行診斷分析，探討此次過程的環(huán)境特征，以期為蘭州中川機場此類強對流天氣的預報提供有益的借鑒。

2 天氣實況及影響

2015年9月19日下午在蘭州中川機場發(fā)生了一次冰雹大風天氣過程，其中在17：07～17：15（北京時，下同）出現(xiàn)冰雹，在16：45～16：57出現(xiàn)大于等于17米/秒的大風，期間最大風速22米/秒，降雹及大風持續(xù)時間均較長。此次過程造成了一架航班返航備降，一架航班在降落過程中遭遇了低空風切變。

3 天氣形勢分析

9月19日08時500hPa圖上蘭州及蘭州以北的區(qū)域位于西北偏西氣流中，有較強的冷平流。700hPa圖上相同區(qū)域位于較強的暖脊中，河西東北面有一高空槽，其底部切變位于蘭州附近。這種上冷下暖的溫度場配置再加上低層有切變的天氣形勢對強對流天氣的產(chǎn)生非常有利。

4 環(huán)境條件的診斷

4.1不穩(wěn)定條件

4.1.1溫度的垂直遞減率

溫度垂直遞減率越大越容易產(chǎn)生冰雹大風，其值≥0.675℃/100m是章國財為冰雹大風給出的預報指標，但章國財指的冰雹大風天氣中，要出現(xiàn)直徑≥2cm的冰雹。由圖1可見，從08時至14時，中川附近的700hPa和500hPa溫差大致在17℃左右，換算后，700hPa和500hPa間的溫度垂直遞減率大致為0.63℃/100m，超過了濕絕熱直減率但未達到0.675℃/100m，說明此次過程中溫度垂直遞減率偏小。偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

4.1.2假相當位溫的垂直遞減率

較大的假相當位溫垂直遞減率既有利于冰雹的產(chǎn)生也有利于大風的產(chǎn)生，章國財指出在冰雹大風天氣的臨近時刻，850hPa和500hPa假相當位溫差≥6℃，換算后，假相當位溫垂直遞減率約≥0.14℃/100m。由于中川海拔較高，850hPa和500hPa假相當位溫差無實際意義，但可以利用700hPa和500hPa假相當位溫差。圖2顯示，中川附近08時700hPa和500hPa假相當位溫差約為1～3℃，到14時增大到4℃左右，換算后，14時假相當位溫垂直遞減率約為0.15℃/100m，大于章國財給出的閾值。

4.1.3其他不穩(wěn)定指數(shù)

一般情況下產(chǎn)生冰雹大風的環(huán)境還需要較高的對流有效能量和氣塊抬升至500hPa的不穩(wěn)定性，前者可以用對流有效位能（CAPE）或K指數(shù)表示，后者可以用抬升指數(shù)（LI）表示。

在冰雹大風天氣的臨近時刻，章國財對不穩(wěn)定指數(shù)給出了以下閾值：CAPE≥1000J/kg、K≥32℃、抬升指數(shù)≤-1.0℃。14時EC細網(wǎng)格及NCEP預報的中川附近的CAPE值都較大，但未達到1000J/kg，由于數(shù)值預報的偏差，實際的CAPE值有可能達到了1000J/kg。而14時NCEP預報的K指數(shù)和抬升指數(shù)分別為33℃左右和-1.0℃左右，達到了上述閾值。

4.2水汽條件

冰雹大風天氣的產(chǎn)生需要大氣低層充足的水汽。圖4顯示，08時700hPa中川位于一濕舌中，14時中川繼續(xù)位于濕舌中，且中川附近的比濕增大到8g/kg左右。對于中川及其周圍地區(qū)，在9月中旬700hPa的比濕達到8g/kg，是很大的也是較少見的。在溫度垂直遞減率偏小的情況下，大氣低層較大的水汽含量是假相當位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)較大，抬升指數(shù)較小的重要原因，也是此次過程中能夠出現(xiàn)小冰雹的原因之一。

4.3垂直風切變

中至強的垂直風切變有利于形成有組織的對流，從而容易產(chǎn)生強對流天氣。地面～6km風矢量差的絕對值≥15m/s且<20m/s為中等以上垂直風切變，≥20m/s為強垂直風切變。

根據(jù)中川及400hPa的海拔高度，地面～6km大致對應地面～400hPa。14時中川附近400hPa高空風為西北偏西風18m/s，據(jù)機場地面觀測資料，14時地面風為東南風2～3米/秒。因此在14時，中川附近地面～6km風矢量差的絕對值約為20m/s，達到了中至強垂直風切變的標準。另外由于400hPa高度大致為中川上空對流層中層的高度，所以400hPa較大的高空風反映了對流層中層干空氣的夾卷，而干空氣的夾卷有利于對流性大風的產(chǎn)生。此次過程中雖然溫度垂直遞減率偏小，但由于層結不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強的垂直風切變再加上降水的拖曳及干空氣的夾卷作用，所以仍然產(chǎn)生了大風。

4.40℃和-20℃層高度

冰雹的產(chǎn)生需要合適的0℃和-20℃層高度。在我國冰雹要求的0℃和-20℃層高度分別為2.5～5.6km、5.5～8.5km，且0℃到-20℃層的厚度≥2.8km。圖5顯示，從08時至14時中川附近的0℃和-20℃層高度及0℃到-20℃層的厚度均滿足上述要求。

5 結論

1、假相當位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)及抬升指數(shù)這些反映層結穩(wěn)定度的物理量，較好的反映了此次過程中冰雹大風所需的不穩(wěn)定條件。

2、層結不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強的垂直風切變及合適的0℃和-20℃層高度構成了產(chǎn)生此次冰雹大風天氣的較有利的環(huán)境條件。雖然溫度垂直遞減率偏小，但由于上述有利的環(huán)境條件再加上降水的拖曳及干空氣的夾卷作用，此次過程中仍然產(chǎn)生了大風。

3、偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

4、700hPa上的切變線為此次強對流過程提供了抬升觸發(fā)機制。

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