2014年5月21日沈陽(yáng)一次冰雹天氣過(guò)程分析

蔣超 曹世騰 楊磊

摘 要：2014年5月21日17時(shí)沈陽(yáng)市遭遇一次冰雹雷雨天氣過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min，冰雹的直徑達(dá)12mm，此次冰雹天氣過(guò)程在歷史上比較罕見(jiàn)，造成了全城數(shù)以千計(jì)的車輛受損。該文選取MICAPS常規(guī)資料、雷達(dá)PUP徑向速度圖和SWAN拼圖產(chǎn)品進(jìn)行了分析。結(jié)論如下：（1）從環(huán)流背景上看，500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定，850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件，上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件，同時(shí)0度層位勢(shì)高度、0～6km垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能條件都非?？捎^，總體看本次天氣過(guò)程沈陽(yáng)地區(qū)的環(huán)境場(chǎng)非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。（2）此次冰雹天氣中有一定可預(yù)報(bào)性：首先對(duì)流單體的移動(dòng)路線有可預(yù)報(bào)性，該對(duì)流單體的移動(dòng)方向單一，傳播方向也比較單一，無(wú)后向傳播或旁伴傳播等特征；其次回波在靠近沈陽(yáng)市區(qū)的時(shí)候發(fā)展過(guò)于強(qiáng)盛，加之下游地區(qū)的環(huán)境場(chǎng)有利于對(duì)流繼續(xù)發(fā)展，這些條件有利于冰雹預(yù)警的判斷。（3）此次冰雹天氣中也存在一定不可預(yù)報(bào)性：首先冰雹天氣是個(gè)小尺度天氣系統(tǒng)造成的天氣現(xiàn)象，從大環(huán)流背景無(wú)法準(zhǔn)確在短期時(shí)效內(nèi)給出冰雹的落區(qū)，必須運(yùn)用雷達(dá)資料來(lái)對(duì)預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)訂正；雷達(dá)回波的強(qiáng)弱顯示著對(duì)流單體的演變過(guò)程，若出現(xiàn)2個(gè)體掃以上強(qiáng)回波轉(zhuǎn)弱的過(guò)程勢(shì)必會(huì)影響預(yù)報(bào)員對(duì)于天氣形勢(shì)的判斷，降低預(yù)警的時(shí)效性；同時(shí)考慮到個(gè)別雷達(dá)性能問(wèn)題，需要在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn)，做到可以對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行訂正使用。

關(guān)鍵詞：冰雹；雷達(dá)；短臨預(yù)警；沈陽(yáng)地區(qū)

中圖分類號(hào) P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）10-0124-05

強(qiáng)對(duì)流天氣是影響我國(guó)最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，具有空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大等特點(diǎn)。龍卷風(fēng)是強(qiáng)對(duì)流中致災(zāi)性最強(qiáng)的天氣現(xiàn)象之一，影響范圍雖小，但破壞力極大，因龍卷風(fēng)導(dǎo)致的人員傷亡、建筑物毀損等生命財(cái)產(chǎn)損失近年來(lái)呈現(xiàn)越發(fā)嚴(yán)重態(tài)勢(shì)。2014年5月21日17時(shí)沈陽(yáng)市遭遇了一次冰雹雷雨天氣過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min，冰雹的直徑達(dá)12mm。此次冰雹天氣過(guò)程在歷史上比較罕見(jiàn)，造成了全城數(shù)以千計(jì)的車輛受損。

1 資料與方法

分析2014年5月21日的冰雹個(gè)例，選取遼寧省高空觀測(cè)資料、國(guó)家常規(guī)站資料、區(qū)域自動(dòng)站資料，并使用SWAN對(duì)雷達(dá)回波的形狀、垂直結(jié)構(gòu)、回波頂高等特征進(jìn)行分析，找出區(qū)域性降水中的短時(shí)暴雨和局地性短時(shí)暴雨發(fā)生時(shí)雷達(dá)特征的差異，并判斷提前預(yù)警的方法。

2 環(huán)流形勢(shì)及物理量場(chǎng)分析

2.1 高空形勢(shì) 從當(dāng)日08時(shí)500hPa高空?qǐng)D來(lái)看，中高緯度環(huán)流從貝湖至日本海呈兩脊一槽型，槽線位于黑龍江地區(qū)至日本海一線，2個(gè)高壓脊分別位于內(nèi)蒙古東四盟地區(qū)和日本海東北部地區(qū)。從20日08時(shí)至21日08時(shí)，貝湖至內(nèi)蒙東四盟地區(qū)的脊線和日本海地區(qū)的脊線發(fā)展比較明顯，其中西支脊線東移相對(duì)較快，而東支脊線位置相對(duì)穩(wěn)定，在21日08時(shí)發(fā)展最為強(qiáng)盛，形成了1個(gè)高壓壩阻擋了槽線的東移，同時(shí)西支脊線不斷引導(dǎo)冷空氣隨著西北氣流倒灌至東北地區(qū)東部，導(dǎo)致沈陽(yáng)地區(qū)的大氣層結(jié)強(qiáng)烈不穩(wěn)定（圖1）。

從21日08時(shí)700hPa和850hPa的形式來(lái)看，切變線的位置位于吉林與黑龍江交界處，為此次冰雹天氣提供了一定抬升觸發(fā)條件。同時(shí)在850hPa從渤海灣至吉林地區(qū)有1個(gè)明顯的溫度脊，同時(shí)對(duì)應(yīng)500hPa的干冷空氣入侵，為此次天氣過(guò)程提供了非常好的熱力不穩(wěn)定條件（圖2）。

2.2 地面形勢(shì) 21日08時(shí)沈陽(yáng)地區(qū)受黑龍江地區(qū)的低壓系統(tǒng)影響，同時(shí)在滿洲里地區(qū)存在1個(gè)冷高壓，遼寧省南部則有1個(gè)熱高壓的存在。在11時(shí)西北部的冷高壓向東南方向發(fā)展，同時(shí)系統(tǒng)呈減弱的趨勢(shì)。14時(shí)開始3個(gè)系統(tǒng)逐漸開始在遼寧省東北部地區(qū)交匯，低壓系統(tǒng)提供了抬升觸發(fā)條件，南部的高壓形成的偏南風(fēng)帶來(lái)了低層的暖濕氣流，北部的冷高壓帶來(lái)了強(qiáng)盛的冷空氣，在14—17時(shí)這個(gè)時(shí)間段3個(gè)系統(tǒng)相互的作用最為強(qiáng)烈，17時(shí)開始遼寧省北部逐漸受冷空氣控制，此次天氣過(guò)程趨于結(jié)束（圖3）。

2.3 物理量場(chǎng)形勢(shì) 從21日08時(shí)的探空?qǐng)D來(lái)看，沈陽(yáng)站的低層水汽比較不錯(cuò)，從600hPa開始逐漸轉(zhuǎn)為干區(qū)控制，上層干冷下層濕暖的配置比較明顯，K指數(shù)為23℃，0～6km垂直風(fēng)切變條件達(dá)到了20m/s，0度層位勢(shì)高度在2776.9m處，這些條件都非常有利于沈陽(yáng)地區(qū)冰雹天氣的產(chǎn)生，但是08時(shí)沈陽(yáng)上空的對(duì)流有效位能為零，在利用14時(shí)的地面填圖資料進(jìn)行訂正之后，發(fā)現(xiàn)沈陽(yáng)地區(qū)上空還是存在非?？捎^的對(duì)流有效位能，且集中在0～30℃的層結(jié)中（圖5）。

從沈陽(yáng)站500hPa、850hPa逐時(shí)次變化情況來(lái)看（表1），20日20時(shí)至21日20時(shí)沈陽(yáng)站500hPa持續(xù)受冷空氣控制，至22日08時(shí)冷空氣減退，20日08時(shí)至21日08時(shí)沈陽(yáng)站850hPa可以看到1個(gè)明顯的升溫過(guò)程，20日08時(shí)和20時(shí)T850～500分別為24℃和26℃，而到了21時(shí)08時(shí)則增長(zhǎng)到了31℃，可以看出該時(shí)刻大氣層結(jié)熱力不穩(wěn)定已經(jīng)非常明顯。

從環(huán)流形勢(shì)和物理量場(chǎng)來(lái)看，500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定，850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件，上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件，同時(shí)0度層位勢(shì)高度、0～6km垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能條件都非?？捎^，總體看本次天氣過(guò)程沈陽(yáng)地區(qū)的環(huán)境場(chǎng)非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

3 短臨時(shí)效冰雹可預(yù)報(bào)性分析

13：30—14：00，昌圖、康平、法庫(kù)由時(shí)間先后分別生成5個(gè)對(duì)流單體，單體逐漸發(fā)展向東南方向移動(dòng)，這個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)著地面低壓和冷高壓交匯的時(shí)刻，回波自東向西分別生成，這5塊對(duì)流單體呈線性分布，從風(fēng)場(chǎng)上來(lái)看在遼寧省北部省境線上存在風(fēng)場(chǎng)的輻合，這條輻合線是這5個(gè)對(duì)流單體的觸發(fā)機(jī)制（圖5）。

可以從雷達(dá)回波剖面上看到在回波前側(cè)有非常強(qiáng)的入流，說(shuō)明在單體前側(cè)的暖空氣已經(jīng)接觸到冷空氣的前鋒，冷暖空氣的交匯非常劇烈，有利于對(duì)流單體的發(fā)展（圖7）。

此時(shí)對(duì)流單體已到達(dá)沈陽(yáng)市區(qū)北部，這塊回波在16：00有減弱跡象，但在雷達(dá)徑向速度圖中沈陽(yáng)北部的輻合仍然明顯，此時(shí)可以考慮發(fā)布沈陽(yáng)市區(qū)的雷電預(yù)警，而應(yīng)對(duì)于法庫(kù)地區(qū)發(fā)布冰雹預(yù)警（圖8）

隨著對(duì)流單體逐漸向市中心移動(dòng)，對(duì)流單體中心的回波強(qiáng)度有所增加，同時(shí)在雷達(dá)西偏南方向出現(xiàn)氣旋型輻合，位置對(duì)應(yīng)為沈陽(yáng)市區(qū)。此時(shí)可以看出沈陽(yáng)市中心的溫度要明顯高于周邊地區(qū)，有些地區(qū)甚至達(dá)到了30℃，這個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)下班高峰期，正是城市熱量對(duì)外釋放最為集中的時(shí)刻，對(duì)于對(duì)流單體的發(fā)展有一定作用（圖9）。

16：30—17：00，沈陽(yáng)地區(qū)垂直積分液態(tài)水含量對(duì)應(yīng)也有一個(gè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，說(shuō)明對(duì)流單體中的過(guò)冷水含量有著顯著提升（圖10），而回波頂高一直維持在10km以上（圖11），這些是冰雹天氣發(fā)生的明顯征兆，對(duì)應(yīng)這個(gè)時(shí)刻應(yīng)該及時(shí)發(fā)布沈陽(yáng)市區(qū)的冰雹預(yù)警。

從對(duì)流單體生成到發(fā)展，再到最后在沈陽(yáng)降雹這個(gè)過(guò)程共經(jīng)過(guò)3h，而回波進(jìn)入沈陽(yáng)市區(qū)到降雹這個(gè)過(guò)程經(jīng)歷了1h，而在沈陽(yáng)市區(qū)整個(gè)降雹過(guò)程持續(xù)了將近30min，降雹時(shí)間和范圍實(shí)屬罕見(jiàn)。

4 小結(jié)與討論

（1）從環(huán)流背景上看，500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定，850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件，上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件，同時(shí)0度層位勢(shì)高度、0～6km垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能條件都非?？捎^，總體看本次天氣過(guò)程沈陽(yáng)地區(qū)的環(huán)境場(chǎng)非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

（2）此次冰雹天氣中有一定可預(yù)報(bào)性：首先對(duì)流單體的移動(dòng)路線有可預(yù)報(bào)性，該對(duì)流單體的移動(dòng)方向單一，傳播方向也比較單一，無(wú)后向傳播或旁伴傳播等特征；其次回波在靠近沈陽(yáng)市區(qū)的時(shí)候發(fā)展過(guò)于強(qiáng)盛，加之下游地區(qū)的環(huán)境場(chǎng)有利于對(duì)流繼續(xù)發(fā)展，這些條件有利于冰雹預(yù)警的判斷。

（3）此次天氣中也存在一定不可預(yù)報(bào)性：首先冰雹天氣是個(gè)小尺度天氣系統(tǒng)造成的天氣現(xiàn)象，從大環(huán)流背景無(wú)法準(zhǔn)確在短期時(shí)效內(nèi)給出冰雹的落區(qū)，必須運(yùn)用雷達(dá)資料來(lái)對(duì)預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)訂正；雷達(dá)回波的強(qiáng)弱顯示著對(duì)流單體的演變過(guò)程，若出現(xiàn)2個(gè)體掃以上強(qiáng)回波轉(zhuǎn)弱的過(guò)程勢(shì)必會(huì)影響預(yù)報(bào)員對(duì)于天氣形勢(shì)的判斷，降低預(yù)警的時(shí)效性；同時(shí)考慮到個(gè)別雷達(dá)性能問(wèn)題，需在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn)，做到可以對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行訂正使用。

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（責(zé)編：張宏民）