2018年3月4日陽新縣冰雹大風災害天氣分析

劉熠炎 童紅梅 衛(wèi)文芳 柯凡

摘 要 利用常規(guī)氣象資料、衛(wèi)星雷達、區(qū)域自動站、EC_thin等資料，對2018年3月4日下午發(fā)生在陽新縣的一次強冰雹大風天氣形勢背景、環(huán)境場條件、雷達回波特征等進行了詳細分析。結(jié)果表明：1）本次冰雹大風天氣是在南支槽前西南急流影響下，地面冷空氣南下入侵暖低壓槽而產(chǎn)生的。2）中高層干冷、低層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，低層暖平流、中高層冷平流的溫度平流配置、中低空急流以及地面暖低壓輻合系統(tǒng)的配置為冰雹大風天氣的產(chǎn)生提供了有利熱力動力條件。3）較高CAPE值、良好的低層水汽條件、強垂直風切變、適當?shù)? ℃與-20 ℃層高度有利于強冰雹天氣的發(fā)生。4）高SWEAT指數(shù)、60 dBZ以上強回波、55 dBZ強回波達8～9 km高度、VIL值≥50 kg·m-2以及高值迅速下降、HI指數(shù)及高POSH在強冰雹預警服務中有指示作用。

關(guān)鍵詞 冰雹;環(huán)境場;中尺度分析;雷達回波

中圖分類號：P458.12 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.058

冰雹是重要災害性天氣之一，具有影響范圍小、發(fā)展迅速、持續(xù)時間短等特點，常伴隨雷暴大風、短時強降水等局地災害性天氣，造成較嚴重災情損失。近年來，許多氣象工作者[1-7]對冰雹天氣的形成和發(fā)展機制進行了許多研究，俞小鼎[1-2]指出有利于強冰雹發(fā)生的3個關(guān)鍵條件為較高的對流有效位能、強的垂直風切變和合適的零度層高度。辛秋玲等[3]分析西寧市冰雹天氣發(fā)現(xiàn)冰雹是由冷暖空氣交匯導致層結(jié)不穩(wěn)定形成的對流天氣。張騰飛等[5]認為高層輻散和低層輻合流場配置形成的大氣強烈不穩(wěn)定，具有較強的垂直風切變和大氣抽吸作用。研究表明：強不穩(wěn)定層結(jié)、強垂直風切變、高低空急流和溫度差動平流等對強對流天氣產(chǎn)生起重要作用。

黃石市地處鄂東南，每年春夏季節(jié)時有短時強降水、雷暴大風及冰雹災情天氣發(fā)生，但是冰雹天氣發(fā)生的相對較少，但危害卻較重，分析黃石市發(fā)生的冰雹天氣對于短臨預警具有現(xiàn)實意義。基于此，通過對2018年3月4日下午發(fā)生在陽新縣的冰雹大風天氣過程進行分析，為今后此類強對流天氣預報提供可參考依據(jù)。

1 實況及災情

2018年3月4日15：30—17：00，陽新縣興國鎮(zhèn)、城東新區(qū)部分村組降冰雹，最大冰雹直徑達3～4 cm，同時伴有短時強降水，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)極大風速達8～9級，其中網(wǎng)湖極大風速為22.3 m·s-1，木港極大風速為21.5 m·s-1，軍墾極大風速為19.3 m·s-1，造成部分農(nóng)作物和房屋受災。

據(jù)民政部門初步統(tǒng)計，此次風雹災害全縣3 676人受災，轉(zhuǎn)移20人，興國鎮(zhèn)寶塔村湖蒿種植基地受風雹災害影響，受災316 hm2，絕收96 hm2，損壞房屋28間、14戶，直接經(jīng)濟損失879萬元。

2 環(huán)境場條件

2.1 環(huán)流形勢分析

3月4日，陽新縣強對流冰雹大風過程是受南支槽東移、地面北方冷空氣入侵，冷鋒入暖槽的影響下產(chǎn)生的。在500 hPa圖上，4日8：00陽新縣處于高空南支槽前西南急流軸上（34 m·s-1）;700 hPa圖上，四川東部有西南渦，切變線位于鄂西北，鄂東南處于強盛西南氣流中（16～18 m·s-1）;850 hPa上切變線位于江漢平原至恩施一帶，陽新縣處于20 m·s-1西南急流軸上、急流核正前方，有一定的風速輻合。4日20：00南支槽東移，中低層切變線南壓，850 hPa切變線壓至鄂東南南部，925 hPa南壓至江西北部，強對流天氣已移出至江西中北部。

地面圖上，2018年3月4日8：00—11：00鄂東南處于暖低壓中，其北側(cè)有冷空氣南下，14：00—17：00冷空氣南下，暖低壓南落，隨著冷鋒南襲入暖槽區(qū)，激發(fā)強對流天氣，導致陽新出現(xiàn)冰雹大風、并伴有短時強降水天氣。17：00以后隨冷空氣進一步南下，鄂東南為偏北風控制，強對流天氣結(jié)束，降水減弱。

2.2 熱力條件分析

從2018年3月4日8：00陽新縣上空各層θSe分布來看，1 000 hPa為340 K高值中心，往上逐漸減小，至500 hPa降為319 k相對低值區(qū)，屬于對流不穩(wěn)定區(qū)域。另從EC-thin預報14：00假相當位溫（500 hPa與850 hPa的差值）來看，鄂東南處于-10K的負高值區(qū)，有利產(chǎn)生強對流天氣。

2.3 動力條件分析

從3月4日8：00EC_thin預報的6h時效散度場來看，鄂東南南部500 hPa以下為明顯輻合區(qū)，500 hPa以上為一致輻散區(qū)，有利于產(chǎn)生強烈的上升運動，產(chǎn)生強風暴天氣。

3 降冰雹的物理條件診斷分析

3.1 水汽條件

由3月4日8：00 EC_thin數(shù)值產(chǎn)品預報逐3 h的水汽通量散度場可見，850 hPa層上，4日11：00，陽新縣處于值為-200×10-6～-170×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1明顯增強的水汽輻合區(qū)，14：00陽新縣處于-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心，17：00時，-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心東移南壓。14：00，500 hPa層上陽新地區(qū)為16×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻散區(qū)，700 hPa層為-100×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1的輻合中心。925 hPa層上，水汽動態(tài)變化更明顯，在強對流發(fā)生前的11：00為輻散，14：00開始出現(xiàn)明顯水汽輻合。14：00陽新縣上空大氣可降水量PW為51～57 kg·m-2。中低層強的水汽輻合，高層水汽輻散，形成明顯的抽吸作用，有利于形成強烈的上升運動，產(chǎn)生強對流天氣;大氣可降水量充沛、水汽條件好，有利短時強降水強風暴天氣的產(chǎn)生。

3.2 穩(wěn)定度指標和強對流指數(shù)

K指數(shù)是考慮了氣層水汽條件的一種不穩(wěn)定指數(shù)，它考慮了中低層的水汽條件，是分析暴雨、強對流的一種較好的熱力穩(wěn)定度指數(shù)。分析EC_thin預報K指數(shù)表明，8：00陽新地區(qū)為31～32 ℃，11：00大于39℃，14：00為36～40 ℃。陽新處于K指數(shù)高值區(qū)，有利于強對流天氣產(chǎn)生。

上下層溫度差大，有利于強對流風暴產(chǎn)生。8：00陽新縣上空T500-T850=-29 ℃，14：00為-29～-27 ℃，垂直溫差大，有利于形成強風暴天氣。

強對流天氣威脅指數(shù)（SWEAT指數(shù)）主要用于監(jiān)測強烈的對流性天氣，SWEAT的值越大，發(fā)生龍卷和強雷暴的可能性越大。據(jù)EC_thin物理量預報產(chǎn)品分析，8：00陽新地區(qū)SWEAT指數(shù)為320～350，11：00為360以上，14：00為300～330，17：00降為280附近，高值區(qū)位于鄂東南，且隨著時間向南壓。陽新處于SWEAT值大于300的高值區(qū)，容易發(fā)生強雷暴天氣。

對流有效位能是研判強對流天氣的重要指標，分析3月4日8：00武漢探空資料可見，采用午后地面溫度升到29 ℃的拖動訂正，得到訂正的CAPE值約為1 000 J·kg-1;同時，次安慶站探空資料拖動訂正的CAPE=1 050 J·kg-1。由風矢圖可見，低層（近地面至700 hPa）風隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，700～250 hPa風隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流;700 hPa以下空氣濕度大，接近飽和，700 hPa以上空氣濕度小，溫度和露點溫度廓線呈喇叭形狀，呈現(xiàn)出上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，且低層暖平流、中高層冷平流，加強了不穩(wěn)定層結(jié)，有利強對流風暴的產(chǎn)生，喇叭形狀溫濕廓線有利于形成雷暴大風天氣。

3.3 0 ℃層和-20 ℃層高度

冰雹的發(fā)生需要合適的0 ℃層和-20 ℃層高度，因為0 ℃層和-20 ℃層之間主要由過冷水滴、雪花及冰晶組成，這個區(qū)域是冰雹生長的“雹源區(qū)”。利用武漢站的探空資料，分析表明，ZH=3 880 m，-20H=6 762 m。0 ℃層、-20 ℃層高度合適，有利于大冰雹的形成。由探空圖可見，8：00近地面有一逆溫層，有利于低層能量的積累，午后陽新地面溫度升到29 ℃，沖破逆溫層，有利于產(chǎn)生強天氣。

4日8：00的EC_thin數(shù)值產(chǎn)品預報0 ℃層可見，陽新上空0 ℃高度由4.0 km降至3.7 km，-20 ℃層高度由7.1～7.2 km下降為7.0 km（8：00—14：00），陽新縣上空“冰雹源區(qū)”高度合適，適宜形成大冰雹。

3.4 垂直風切變分析

4日8：00探空資料分析表明，武漢站0～6 km風速差為27 m·s-1，垂直風切變大;0～3 km風速差值為18 m·s-1;安慶站0～6 km風速差33 m·s-1，0～3 km風速差值為16 m·s-1。陽新縣位于兩站之間，與兩站臨近，可見陽新上空存在強的垂直風切變，有利于形成強對流風暴。

4 中尺度分析

從3月4日8：00高低空形勢場及要素配置來看，陽新縣處于槽前西南急流軸上，且位于低層急流核前方，有風速輻合，受到急流核脈動的影響。925 hPa層上鄂東南為露點溫度Td大于15 ℃的高值區(qū)，水汽條件好;850 hPa層上鄂東南為露點溫度Td大于13 ℃的高值區(qū)，水汽條件好;700 hPa層上陽新處于濕度鋒區(qū)附近干區(qū)一側(cè)，武漢以西及以北T-Td≤2 ℃，鄂東南部T-Td>4 ℃。地面場上，鄂東南處于暖低壓中，武漢至江漢平原東南部有冷空氣入侵、有一條冷鋒。從上述分析可見，陽新縣處于鄂東南南部，受到西南急流影響，且處于地面暖低壓中，低層水汽條件好，增溫增濕顯著，具備產(chǎn)生強對流天氣的不穩(wěn)定層結(jié)條件;午后陽新地面氣溫升高明顯，在北邊冷空氣入侵下，溫度梯度加大，陽新中部一線（東西向）形成一條弱的地面中尺度輻帶，在此中尺度輻帶上及其南側(cè)產(chǎn)生了冰雹大風以及短時強降水等強對流天氣。

5 衛(wèi)星云圖和雷達回波分析

5.1 衛(wèi)星云圖分析

分析FY2E紅外云圖可見，3月4日上午鄂東南晴到少云，12：00以后，在高空槽前西南氣流引導下，來自貴州南部的絮狀云團移至湖北南部，鄂東南上空云系增多，絮狀云團在向東北方移動中，對流發(fā)展，14：30云團中出現(xiàn)了強度明顯增強的對流云塊，15：30云團北部的對流云團發(fā)展加強影響鄂東北，南部的強對流云影響鄂東南。16：30強對流云團已經(jīng)移動至湖北東部邊界一帶，鄂東南上空為層狀云。

5.2 雷達回波分析

5.2.1 反射率因子分析

分析組合反射率CR雷達回波可見，3月4日13：00—14：00，岳陽、臨湘、通城、洪湖、咸寧有絮狀回波生成，在高空西南氣流引導下，向東北方向移動，絮狀回波逐漸形成一條斷續(xù)的圓弧回波。14：00—14：30，在該圓弧回波的南邊，崇陽-通山生成一條線狀對流回波，其東端有強度達60 dBZ強風暴單體形成，14：33該強風暴單體東移至陽新西部。14：33—15：04，該強風暴單體發(fā)展，強回波面積擴大，影響王英、三溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn);15：04—15：23，該強風暴回波南北向拉長為一段線狀回波，為斷續(xù)大圓弧回波帶中最強的一段，陽新軍墾農(nóng)場15：20出現(xiàn)19.3 m·s-1（8級大風）;15：23—15：35，強回波帶東移中減弱消散，在其東側(cè)對流單體迅速發(fā)展加強，形成強度達60 dBZ以上強風暴，15：41以后強度減弱并向東移動，陽新城關(guān)一帶出現(xiàn)最大直徑4 cm的冰雹;16：00強風暴減弱并移出陽新，其南邊生成對流回波與從江西北部北抬至陽新南部的對流回波合并，16：00—16：30陽新南部的強回波導致木港、網(wǎng)湖出現(xiàn)短時強降水及雷暴大風。16：30強回波東移出境，陽新上空轉(zhuǎn)為層狀回波并迅速減弱消散。

從不同仰角回波來看，強風暴單體強回波中心具有隨高度向東傾斜的特征，強回波伸展高度高，14：45時強度強達到60 dBZ，且50 dBZ強回波達到8.3 km以上，超過-20 ℃的高度。15：23時線狀對流與其前方的對流單體合并，對流單體明顯發(fā)展加強;從不同仰角強中心位置對比來看，呈現(xiàn)隨高度向東傾斜結(jié)構(gòu)。55 dBZ的強回波達到了9.4 km以上;15：35強風暴對流單體明顯發(fā)展加強，不同仰角強中心位置呈現(xiàn)隨高度向東傾斜結(jié)構(gòu)，55 dBZ的強回波達到了9.7 km以上?；夭◤姸葟?，強回波伸展高度高，有利于產(chǎn)生大冰雹。

5.2.2 強風暴單體追蹤及VIL分析

分析雷達STI產(chǎn)品可見，14：30—15：30影響王英、三溪、荊頭山主要是強風暴單體P6，15：26—16：00影響陽新城關(guān)、網(wǎng)湖一帶主要是強風暴單體W7。由強風暴隨時間演變可見，P6強風暴東移中形成線狀對流回波、其強回波高度由15：10的5 km迅速降為15：16的1.6 km時，陽新軍墾15：20出現(xiàn)19.3 m·s-1（8級）局地雷暴大風，并伴有局地強降水;W7強風暴單體迅猛發(fā)展，強回波核心高度在15：35迅速從5.6 km降為1.8 km時附近，陽新城關(guān)出現(xiàn)冰雹，網(wǎng)湖15：41分出現(xiàn)19.4 m·s-1（8級）大風。強風暴反射率因子極大值DBZM與高度HGT見表1、表2。

垂直累積液態(tài)水VIL表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水值。從表3可見，VIL值15：10有快速降低，隨后軍墾出現(xiàn)8級以上大風;此后VIL值15：41由高值快速降低，網(wǎng)湖出現(xiàn)了8級大風。15：23—15：35的VIL值達到50～55 kg·m-2，持續(xù)了13 min，時間相對較長，可以判別為帶有大冰雹的風暴。

5.2.3 回波頂高分析ET及冰雹指數(shù)HI

從回波頂高來看，14：39—15：23時ET值基本位置在11 km，15：29時升高為12～13 km，15：35時ET值達到極值14 km，15：41時及以后又降為11 km，可見強風暴的高度高，尤其是城關(guān)出現(xiàn)明顯降冰雹時回波頂高度達到極值，表明上升運動強烈，伸展高度極高。

從冰雹指數(shù)來看，15：23—15：35時，產(chǎn)品給出冰雹尺寸為10～12 cm，強天氣概率為34%～40%，明顯高于其他時段，出現(xiàn)大冰雹的概率為POSH=100%。這對于大冰雹短臨預警及服務具有意義。

6 結(jié)論

1）2018年3月4日下午，陽新縣冰雹大風、短時強降水等局地強對流災害天氣是在南支槽前強勁的西南急流影響下，地面冷空氣南下入侵暖低壓槽而產(chǎn)生的。

2）在地面暖低壓、中低層強盛西南氣流配置下，陽新上空大氣處于強的對流不穩(wěn)定中，500 hPa層以下明顯輻合、500 hPa以上明顯輻散，熱力、動力條件有利產(chǎn)生強對流天氣。

3）陽新縣處于強烈的水汽輻合中心、水汽條件良好，CAPE值約為1 000 J·kg-1，0 ℃層與-20 ℃層高度為4 km、7 km有利冰雹的產(chǎn)生，上干冷下暖濕的層結(jié)和喇叭狀溫濕度廓線有利大風天氣形成，0～6 km強烈垂直風切變、上下層溫差大等有利有組織的強風暴產(chǎn)生。SWEAT指數(shù)在300以上，表明陽新縣適宜強雷暴天氣的發(fā)生。

4）中分析表明，冷空氣南下的過程中，14：00—15：00陽新縣中部有一條東西向地面中尺度輻合線，該輻合線北側(cè)溫度20～25 ℃、南側(cè)溫度28～30 ℃溫度對比顯著，冰雹大風及短時強降水天氣發(fā)生在輻合線上及其南側(cè)暖區(qū)中。

5）雷達回波分析表明，此次陽新冰雹大風災害天氣是兩個強風暴單體所致，導致城關(guān)出現(xiàn)冰雹是W7強風暴。風暴強度達到60 dBZ以上，50～55 dBZ強回波超過-20 ℃層，強回波中心隨高度向東傾斜，具備產(chǎn)生冰雹的強風暴單體特征。

6）VIL值達到50～55 kg·m-2、冰雹指數(shù)HI較高、降大冰雹POSH=100%、VIL值迅速降低、強反射率因子核心高度迅速下降等這些指標在大冰雹（直徑大于2 cm）及雷暴大風的預警中有現(xiàn)實指示價值。

參考文獻：

[1] 吳劍坤，俞小鼎.強冰雹天氣的多普勒天氣雷達探測與預警技術(shù)綜述[J].干旱氣象，2009，27（3）：197-206.

[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用[M].北京：氣象出版社，2006.

[3] 辛秋玲，沈潔，董文靜.西寧市2015年7月兩次冰雹天氣對比分析[J].青海氣象，2017（3）：27-34.

[4] 徐芬，鄭媛媛，肖卉，等.江蘇沿江地區(qū)一次強冰雹天氣的中尺度特征分析[J].氣象，2016，42（5）：567-577.

[5] 張騰飛，段旭，魯亞斌，等.云南一次強對流冰雹過程的環(huán)流和雷達回波特征分析[J].高原氣象，2006，25（3）：531-534.

[6] 許新田，王楠，劉瑞芳，等.2006年陜西兩次強對流冰雹天氣過程的對比分析[J].高原氣象，2010，29（2）：447-460.

[7] 潘婭婷，段瑋，羅園，等.滇中地區(qū)春季兩次冰雹天氣對比分析[J].高原山地氣象研究，2015，35（4）：19-25.

（責任編輯：趙中正）