洛陽地區(qū)一次冰雹天氣過程診斷分析

摘 要：利用常規(guī)氣象觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料，對2016年4月27日發(fā)生在洛陽地區(qū)的一次冰雹天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明：此次過程是在槽后西北氣流背景下發(fā)生的，槽后冷空氣的入侵是冰雹發(fā)生的觸發(fā)機(jī)制;強(qiáng)對流天氣水汽層結(jié)淺薄，但其上升運動一般較為劇烈，能在短時間內(nèi)把水汽向上輸送，形成對流;強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在假相當(dāng)位溫和CAPE最大的區(qū)域與近地面冷平流最大區(qū)域重合的地帶;低層輻合高層輻散的形勢配置有利于垂直上升運動加強(qiáng)，強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在垂直上升運動最強(qiáng)的區(qū)域。

關(guān)鍵詞：冰雹;環(huán)流形勢;物理量場特征

中圖分類號：P458.121.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0153-04

冰雹是洛陽地區(qū)夏季主要的災(zāi)害性天氣之一，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活等帶來嚴(yán)重危害，造成巨大損失。但是，因其具有時空尺度小、突發(fā)性強(qiáng)等特點，冰雹的預(yù)報、預(yù)警一直是短時臨近預(yù)報中的難點。近年來，隨著全國新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)，利用新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品對冰雹等強(qiáng)對流天氣進(jìn)行監(jiān)測和分析方面已取得不少成果[1-7]。俞小鼎等[2，3]利用多普勒天氣雷達(dá)分析了安徽一次強(qiáng)烈的龍卷和強(qiáng)對流天氣預(yù)警;張一平[6]等通過對地面高空資料、地面中尺度資料和雷達(dá)資料進(jìn)行綜合分析，找出了河南地區(qū)雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣的一些預(yù)報指標(biāo);陳紅霞等[7]利用多普勒雷達(dá)資料對豫西地區(qū)的一次冰雹天氣進(jìn)行了較為深入的分析和研究，總結(jié)出了冰雹在多普勒雷達(dá)產(chǎn)品上的特征。這些研究都取得了較好的結(jié)果，在冰雹等災(zāi)害性天氣監(jiān)測和預(yù)警方面發(fā)揮著重要作用。

洛陽位于河南省西部，多山區(qū)和丘陵，特殊的地形使其夏季極易發(fā)生強(qiáng)對流天氣，冰雹是該地區(qū)的主要氣象災(zāi)害之一，而發(fā)生在春季的很少。本文針對2016年4月27日洛陽地區(qū)出現(xiàn)的區(qū)域性冰雹過程，結(jié)合物理量場特征和動力條件進(jìn)行綜合分析，以期為豫西地區(qū)冰雹天氣的監(jiān)測、預(yù)警業(yè)務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 天氣實況

受高空下滑槽影響，2016年4月27日16：00前后，洛陽宜陽縣、欒川縣等地出現(xiàn)了強(qiáng)對流天氣。其中，宜陽縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了暴雨、冰雹、雷暴大風(fēng)等災(zāi)害性天氣，小麥、煙葉和瓜地受災(zāi)嚴(yán)重，受災(zāi)面積達(dá)340hm2，受災(zāi)人口約5 100人，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)41萬。

2 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)

4月27日08：00，500hPa圖上（見圖1），35—40°N、105—115°E區(qū)域有一低槽，配合有-20℃的冷槽，洛陽上空受較強(qiáng)偏北氣流控制。冷空氣沿槽后偏北氣流東南下，至20：00移至110—115°E且略南壓（圖略）。對應(yīng)700hPa圖上（見圖2），洛陽由沿海低渦橫槽前部西北氣流控制。850hPa形勢700hPa相似，低渦位置略偏南。至20：00，中低層低渦和低槽略東移。這類冰雹天氣是在高空較強(qiáng)西北氣流下，由高緯度冷渦或冷槽分裂下滑冷槽而產(chǎn)生的[8]。

通過對環(huán)流形勢的分析可以看出，中低層的深厚低渦及低槽系統(tǒng)是此次天氣過程的主要影響系統(tǒng)，在這些強(qiáng)輻合系統(tǒng)、強(qiáng)正渦度中心或正渦度平流的作用下，有利于底層暖濕空氣的抬升。而高層干冷空氣沿西北氣流下滑形成上干冷、下暖濕的層結(jié)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。冷槽后冷空氣的入侵成為冰雹發(fā)生的觸發(fā)機(jī)制。

3 物理量場特征

3.1 溫度平流分析

有研究表明，差動溫度平流的存在及其強(qiáng)度，對不穩(wěn)定層結(jié)的形成和加強(qiáng)起著至關(guān)重要的作用[9]，而這也可以從4月27日08：00—20：00 500hPa和700hPa溫度平流分布上看出。08：00 ，500hPa上（見圖3（a）），在河南、陜西、湖北一帶為冷平流，洛陽的冷平流為-10×10-5℃/s，強(qiáng)中心在川東，700hPa上（圖3（b）），該地區(qū)為-4×10-5℃/s的弱冷平流，冷平流強(qiáng)度隨著高度的增加而明顯增強(qiáng)，有利于該地區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。20：00，500hPa上，洛陽地區(qū)的冷平流無明顯變化，700hPa則減弱為-2×10-5℃/s，強(qiáng)冷平流中心逐漸東移南壓，冷平流隨高度的增加程度較08：00更為明顯。可見，從08：00至20：00，洛陽地區(qū)的不穩(wěn)定層結(jié)是逐漸發(fā)展加強(qiáng)的。

2.2 水汽條件分析

水汽條件是強(qiáng)對流天氣得以維持和發(fā)展的必要條件，雖然強(qiáng)對流天氣對水汽總量的要求沒有一般性降水天氣要求高，但水汽的空間分布以及相變釋放的潛熱是強(qiáng)對流天氣發(fā)展維持的重要機(jī)制。選取27日產(chǎn)生短時強(qiáng)降水和冰雹的宜陽站繪制水汽通量散度和垂直速度疊加的時間剖面圖（見圖4）。從圖4上可以看出，從26日14：00至27日20：00，宜陽站低層都存在水汽輻合帶，且在27日08：00至14：00左右，900hPa附近有一個中心為-2.5×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽通量輻合中心，同時在強(qiáng)對流天氣過程發(fā)生前的14：00左右，輻合中心對應(yīng)著較強(qiáng)的上升運動區(qū)，且整層大氣也都處于上升運動區(qū)中?？梢?，大氣上下層的水汽輸送比較旺盛，有利于降水和對流性天氣的產(chǎn)生。

3.3 不穩(wěn)定能量及風(fēng)切變條件分析

3.3.1 對流有效位能。對流有效位能（CAPE）是常用的判斷大氣是否發(fā)生對流的條件之一，是整層大氣對流發(fā)生的不穩(wěn)定能量。分析4月26—27日宜陽站CAPE值隨時間變化圖（圖略）可知，26日02：00至27日08：00，CAPE值很小，幾乎為0，但從27日08：00至14：00迅速增加，在對流最強(qiáng)盛的時間達(dá)到峰值600J/kg左右，而在強(qiáng)對流發(fā)生后CAPE值迅速減小。這是由于白天在西北氣流控制下天氣晴好、氣溫較高，配合適宜的濕度條件，利于對流有效位能的積累。中午前后，隨著高緯度低槽后部冷空氣的補(bǔ)充南下，沿西北氣流有下滑冷槽活動，配合中低層的深厚低渦，對流天氣產(chǎn)生，不穩(wěn)定能量釋放，CAPE值迅速減小。

3.3.2 假相當(dāng)位溫。假相當(dāng)位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征，其隨高度分布的變化能表示大氣對流不穩(wěn)定情況。圖5是27日14：00強(qiáng)降水發(fā)生前后假相當(dāng)位溫疊加溫度平流沿34.5°N的剖面圖。從圖中可以看出，27日14：00 112°E附近850hPa到近地面有321K的假相當(dāng)位溫高值區(qū)，而600～500hPa附近有一個312K的低值區(qū)。同時，在500hPa附近和925hPa附近都存在冷平流中心。由此可見，中高層有冷空氣入侵，在近地面層也有較強(qiáng)的冷空氣。而在700～800hPa附近是暖平流，這種中低層的暖濕結(jié)構(gòu)有利于不穩(wěn)定能量的堆積，更有利于冰雹的產(chǎn)生。此外，近地面的較強(qiáng)冷平流配合假相當(dāng)位溫的大值區(qū)，有利于不穩(wěn)定能量的釋放。

3.3.3 風(fēng)切變分析。從27日08：00鄭州站的T-logP圖可以看出（圖略），從低空到高空有較明顯的風(fēng)速和風(fēng)向切變。風(fēng)速從低層到高層明顯增大，最大達(dá)24m/s，0～6km的風(fēng)切變?yōu)?0.78m/s。另外，0℃層位于700hPa附近，小于4.5km，是利于出現(xiàn)冰雹的高度。

4 動力條件分析

高低層大氣的合理配置也是有利于強(qiáng)對流天氣形成的重要條件。從27日14：00散度場（見圖6）可以看出，在112°E附近，800hPa以下均為輻合區(qū)，最大輻合中心位于900hPa，達(dá)-4×10-5s-1。而800～500hPa為輻散區(qū)，輻散中心在600hPa附近，達(dá)2.0×10-5s-1。這種低層輻合高層輻散的環(huán)流場配置有利于大氣形成“抽吸作用”，使得上升運動加強(qiáng)。從圖6可以看出，112°E上空300hPa以下均為上升運動，強(qiáng)上升運動中心位于850hPa左右，與散度場的配置一致。強(qiáng)烈的上升運動是冰雹產(chǎn)生必不可少的條件，也是此次強(qiáng)對流產(chǎn)生冰雹的主要原因之一。

5 結(jié)論

①此次冰雹過程中低層存在的深厚低渦及低槽是主要影響系統(tǒng)，有利于低層暖濕空氣的抬升。冷槽后冷空氣的入侵是冰雹發(fā)生的觸發(fā)機(jī)制。

②強(qiáng)對流天氣水汽層結(jié)淺薄，一般在900hPa以下水汽輻合才較為有利，但其上升運動較為劇烈，能在短時間內(nèi)把水汽向上輸送，形成對流;有時底層水汽條件輻合較差，但只要存在強(qiáng)烈的上升運動，也能觸發(fā)對流天氣的產(chǎn)生。

③強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在假相當(dāng)位溫和CAPE最大的區(qū)域與近地面冷平流最大區(qū)域重合的地帶。

④低層輻合、高層輻散的形勢配置有利于“抽吸作用”，使垂直上升運動加強(qiáng)，強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在垂直上升運動最強(qiáng)的區(qū)域。中層的暖平流有利于不穩(wěn)定能量的累積，在強(qiáng)烈的上升運動下把低層不穩(wěn)定能量向高層輸送，同時中層的暖濕帶也有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

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