四川盆地中部冰雹天氣過程成因診斷分析

羅玲 佘一坤 王珊 梁蓮

（1.四川資陽市氣象局，四川 資陽 641300；2.四川阿壩州氣象局2，四川 馬爾康 62400）

引言

冰雹是在溫濕垂直分布呈強對流不穩(wěn)定層結(jié)、中層有干冷氣流、風的垂直切變大等環(huán)境條件中發(fā)生的一種強對流天氣，持續(xù)時間短、破壞力強，每次冰雹天氣均造成嚴重的經(jīng)濟損失，給人民群眾的生產(chǎn)生活造成嚴重影響，生命財產(chǎn)受到巨大損失。

盆地中部地區(qū)地形主要為丘陵，其中簡陽西接龍泉山脈，地勢西北高、東南低，在盆地中部為冰雹易發(fā)區(qū)，從1961年至今不完全記錄共發(fā)生24次冰雹。但與盆地南部（宜賓、瀘州）相比，盆地中部發(fā)生冰雹的幾率更小，由于冰雹的突發(fā)性強，局地性明顯，并且在盆地中部沒有探空站資料，依賴于溫江站與重慶沙坪壩站判斷盆地中部的大氣層結(jié)，使得預報難度更大。傳統(tǒng)天氣分型方法將產(chǎn)生冰雹的天氣形勢分為4類：西北氣流型、高空低槽型、高空冷渦型、南支槽型。2007年4月資陽與簡陽連續(xù)出現(xiàn)冰雹天氣過程，并且已通過傳統(tǒng)天氣分型方法對這2次冰雹過程進行了分析，但隨著經(jīng)驗積累發(fā)現(xiàn)已有分析不足，對其成因分析流于表面形式，本文將對這2次冰雹過程成因，給予產(chǎn)生強對流天氣潛勢條件的相對重要性，按照最新強對流分類重新進行分析，在一定程度上更新資陽冰雹預報經(jīng)驗與方法。

1 冰雹過程選取與特點

本文選取2007年4月14日晚、 2007年4月16日晚2次冰雹天氣過程的成因及特征進行對比分析，初步探討micaps、雷達等資料在冰雹天氣預報、預警中的應用。

2007年4月14日晚（14日20:00）在成都、眉山、綿陽3市，涉及新都、彭州、蒲江、眉山、平武、江油、三臺、梓潼、簡陽、南江等縣（市、區(qū)）出現(xiàn)了冰雹、短時陣性大風天氣，其中簡陽冰雹出現(xiàn)在養(yǎng)馬、石盤附近。繼2007年4月14日出現(xiàn)冰雹后，16日晚上（16日20:00）廣安、達州、資陽等市出現(xiàn)了冰雹，其中資陽冰雹出現(xiàn)在雁江區(qū)中和、丹山、安岳縣馴龍，并伴有7級左右的陣性大風。綜上這2次過程均出現(xiàn)在夜間，突發(fā)性強，局地性明顯，并伴有短時陣性大風，降雨不明顯。

2 地面氣溫分析

14日20:00與16日20:00盆地中部地面溫度均達26～27℃，較溫江站的地面溫度更高，不穩(wěn)定能量更顯著。并且2007年入春以后，由于天氣影響系統(tǒng)和冷空氣較弱，導致了資陽氣溫偏高，降水偏少的異常氣候。尤其是4月上旬資陽降溫降雨的天氣過程結(jié)束后，天氣迅速轉(zhuǎn)晴，氣溫回升顯著。與歷史同期相比，資陽市在日平均氣溫長期偏高的同時，氣溫呈上升趨勢（表1），11日日均氣溫偏高了2℃左右，12、13日日均氣溫普遍偏高了4.5℃左右。而14日偏高了5.5℃左右，16日普遍偏高了7℃左右，邊界層增溫顯著。

表1 11—16日實況日均氣溫距平值（單位：℃）

3 冰雹環(huán)流形勢與中尺度特征分析

按照熱動力學結(jié)構(gòu)特征將我國強對流天氣的形勢背景分為5類：高空冷平流強迫類、低層暖平流強迫類、斜壓鋒生類、準正壓類和高架雷暴類。對這2次過程開始前20:00 500hPa環(huán)流形勢分型以及中尺度分析，其中14日晚為高空冷平流強迫類，16日晚為低層暖平流強迫類（圖略）。

圖1 冰雹開始前20∶00中尺度分析

14日20:00(圖1A)可見200hPa上盆地中部處于偏西氣流的影響中，盆地中部為風速輻散區(qū)，有利于上升運動。500與700hPa上青海、甘肅一帶的偏北風勢力較強，達到急流標準， 500hPa在河套地區(qū)南部以及甘肅南部有顯著降溫區(qū)， 700hPa在內(nèi)蒙西部有顯著降溫區(qū)，說明這2層上的偏北風中均攜帶冷平流南下，同時地面天氣晴好，邊界層增溫明顯，兩者疊加使得大氣溫度垂直遞減率增大，盆地內(nèi)D（850-500）達到29～32℃，低層空氣負浮力加大，有利于強對流天氣出現(xiàn)，此為熱力條件。700與850hPa上在盆地中部有切變線存在，水汽條件較差，僅在盆地中部有濕區(qū)。地面上在盆地北部有弱冷鋒，滿足高空冷平流強迫類的動力與濕度條件。16日20:00中(圖1B)，可見200hPa上在盆地中部與北部在偏西氣流中的風速輻散區(qū)，500hPa川西高原有一低槽，槽后有強盛的偏北風，并且有顯著降溫區(qū)與之配合，說明冷平流較強，有利于低槽發(fā)展，使得槽前的正渦度平流增大，上升運動增強，對應700hPa上有偏北風攜帶冷平流南下與偏南急流在盆地西北部形成切變,850hPa上偏南氣流從重慶以氣旋式入川，在盆地中部形成切變線，地面上在秦嶺附近有一冷鋒。低層輻合、高層輻散以及槽前的正渦度平流產(chǎn)生的強上升運動都為強對流發(fā)展提供動力條件。

700hPa與850hPa上可見有急流或顯著偏南氣流存在，但其南部濕度很小，水汽輸送較差，說明低空強盛暖平流使得對流不穩(wěn)定層結(jié)增大，同時盆地中低層大部分地方處于濕區(qū)中（t-td≤4℃），滿足冰雹形成的水汽條件。

2次過程形成的熱力條件與動力條件不同，14日夜間由于西北氣流中攜帶冷平流造成熱力不穩(wěn)定，而高層系統(tǒng)的抬升作用不明顯，主要由于低層輻合提供動力條件；16日夜間是由于低層強烈暖平流造成熱力不穩(wěn)定，并且由于高空低槽得到發(fā)展，槽前正渦度平流疊加低層輻合提供產(chǎn)生上升運動的動力。

4 t-lnp圖與物理量分析

單站的T-lnp圖是分析本地大氣環(huán)境熱力穩(wěn)定度、動力穩(wěn)定度的重要手段。T-lnp圖中0℃、-20℃層高度、LCL、逆溫層高度、低空風切變等參量能夠比較顯著的區(qū)分冰雹和對流行短時強降水天氣[1]。0℃層和-20℃層分別是冷暖云分界線高度和大水滴自然冰化區(qū)下界，是表示雹云特征的重要參數(shù)，天氣學原理上規(guī)定高度在2者分別在600hPa與400hPa附近有利于產(chǎn)生冰雹；當LCL高度較低時，水汽上升至不太高的高度后就可凝結(jié)為水滴降落至地面，形成降水從而不產(chǎn)生冰雹，那么LCL高度具體在哪個范圍利于產(chǎn)生冰雹。在盆地中部除了0℃、-20℃層的高度可參考外，其他參數(shù)高度在冰雹的預報中是否具有參考價值，下面對2次盆地中部冰雹過程的溫江與重慶沙坪壩站T-lnp圖以及各熱力學參數(shù)進行分析。

圖 2 14 日 20∶00t-lnp 圖

14日20:00K溫江=38℃，K重慶=11℃，SI溫江=-3.8℃，SI重慶=-0.57℃，CAPE溫江=1495.2，CAPE重慶=1590.8；16日20:00K溫江=33℃，K重慶=38℃ ,SI溫江=3.54℃，SI重慶=-3.02℃，CAPE溫江=0，CAPE重慶=1708.3。僅 16日20:00溫江站無cape值，但從t-lnp圖上看溫江站均有中層干冷侵入，低層也有“喇叭口”形狀，這種上下喇叭口有利于大風天氣產(chǎn)生；14日20:00溫江站0℃層高度位于600hPa附近，-20℃層位于418.5hPa，在靠近-20℃層附近有相對濕度≥80%的水分累積區(qū)，有利于水汽凝結(jié)為雹云；16日20:00溫江站僅在700hPa附近有濕層，但在-10℃層至-20℃層之間相對濕度在70%～75%范圍內(nèi)，0℃高度在556hPa，略高于600hPa,-20℃的高度位于400hPa附近，有利于雹云生成，但沒有14日冰雹的層結(jié)特征明顯。

圖 3 16 日20∶00t-lnp 圖

重慶站t-lnp圖形狀上喇叭口非常明顯，0℃以上無濕層，更偏向于大風的層結(jié)特征。

對2次過程溫江站與重慶沙坪壩站計算0～-20℃層之間的CAPE值，14日20:00溫江為107.8J/kg，重慶沙坪壩站位331.8 J/kg,16日20:00溫江站無CAPE值，重慶沙坪壩站為294.2 J/kg。再根據(jù)公式計算0～-20℃間的最大上升速度，分別為14日20:00溫江站14.6m/s，重慶沙坪壩站為25.8m/s，16日20:00重慶沙坪壩站為24.3m/s。說明0～-20℃間有較強的上升運動，且東部上升速度強于西部。資陽市與相鄰簡陽處于溫江與重慶沙坪壩站之間，因此即便某一站點的層結(jié)特征并不完全滿足降雹的特征，但在至少一站高能的情況下預報員仍需高度警惕。

2次過程中LCL均位于濕層以下，因此不利于顯著降雨，0、-20℃層高度均為溫江站更分別接近降雹標準600hPa與400hPa，但高度并不標準，CCL與LFC（表略）在這2次過程中無指示意義。

2次過程東部不穩(wěn)定能量高于西部，均有較強垂直風切變。14日20:00可見沒有低空急流，但中高層（500hPa與700hPa上）有西北風急流，垂直風切變很大，溫江站850～500hPa風向順轉(zhuǎn)達120（超過90），風速切變約20m/s，沙坪壩站850～500hPa風向順轉(zhuǎn)接近180（超過90），風速切變約16m/s。16日20:00溫江站與沙坪壩站的850～500hPa風向順轉(zhuǎn)均超過了90，風速切變也較大，具備了對流向強對流的轉(zhuǎn)換條件。

5 垂直速度場

利用FNL資料分別對14日20:00，16日20:00垂直速度、靜力能分析。

圖4 沿30N 緯向剖面圖垂直速度場

圖5 850hPa靜力能分布（單位k）

6 2次冰雹過程中雷達資料分析

14日22:00新都附近有強度為30～35dBz層狀云回波向東南方向移動，并且移動迅速。22:13可見回波移動至成都龍泉驛，并且中心強度增大至40dBz，為積云狀、層狀云混合性降水回波，對應強回波頂高最高達11～12km（圖略），22:30回波繼續(xù)發(fā)展中心強度達50dBz以上，移入簡陽境內(nèi)，但回波頂高降低（圖略）。22:43回波強度達55dBz，對應回波頂高10.5km（圖略），對應垂直累積液態(tài)水含量增大至20kg/m2以上， 22:50中心強度仍維持在55dBz以上，但回波頂高降低，最高為8km，VIL值維持在20 kg/m2以上，之后回波強度減弱，回波頂高降低，VIL值降低。

16日21:11在雁江區(qū)西北部有回波發(fā)展并向東擴展，回波頂高達11km ，21:28回波在雁江區(qū)北部強度達50dBz，之后繼續(xù)發(fā)展并東移，VIL增大至19 kg/m2以上，21:34回波中心強度達55 dBz，對應回波頂高達10～11km（圖略）,VIL繼續(xù)增大至30 kg/m2，21:40回波略有減弱，但21:46雁江區(qū)境內(nèi)回波又有所增強，VIL值維持在20 kg/m2以上，21:58回波東移減弱，17日00:34回波中心強度在安岳境內(nèi)增強至40dBz，成都雷達在資陽東部有衰減，因此比實際回波強度弱，對應回波頂高達10km（圖略），但對應VIL值很小。

在這2次過程中強反射率因子對應頂高10km附近，說明回波高度達0℃層以上，有利于雹云生成，而VIL值約20 kg/m2，因龍泉山脈遮擋，比常用的VIL閾值（45 kg/m2以上）偏低，回波垂直分布圖上可見2次過程中回波懸垂結(jié)構(gòu)明顯（圖略），并且3KM上均有強回波存在。徑向速度在這2次過程中僅能判斷風速大小，以及預測回波移動防向，無法用來判斷回波發(fā)展趨勢。

7 小結(jié)

2次冰雹天氣過程中14日夜間為高空冷平流強迫類，16日晚低層暖平流強迫類。

11—16日地面氣溫明顯偏高，說明邊界層增溫顯著。

2次過程均有較強的不穩(wěn)定能量，垂直風切變較大，溫江站0～-20℃層間有相對濕度大于70%的水分累積區(qū)，并且在此范圍內(nèi)溫江與沙坪壩站均有較強的上升速度，有利于形成冰雹，上下喇叭口形狀有利于大風。

在2次降雹過程前20:00，上升運動區(qū)與靜力能分布對簡陽、資陽的降雹大致落區(qū)有較好的指示意義。

2次過程中雷達回波的組合反射率因子中心強度均達50dBz以上，且對應回波頂高在10km附近，而VIL值約20 kg/m2，垂直方向上有懸垂結(jié)構(gòu)。徑向速度在這2次過程中無法用來判斷回波發(fā)展趨勢。