湘西南一次局地風雹天氣過程分析

張釗 張俊利 王晶晶

摘 要：本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料、數值預報模式、閃電定位資料等，分析探討了2018年3月4日發(fā)生在湖南省邵陽市一次局地風雹天氣過程。結果表明：本次過程在500hPa高空槽、中低層切變線與西南急流、地面中尺度氣旋等共同作用下發(fā)生的；強對流發(fā)生前，地面存在明顯的露點鋒，且在邵陽地區(qū)上空維持近4h；08：00實況探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指數結合數值預報模式探空、紅外云圖與1.25km可見光云圖上的中尺度對流復合體發(fā)生發(fā)展東移，對午后的風雹天氣具有一定參考意義；從對溫度平流、比濕、假相當位溫等物理量分析可以看出，此次強對流天氣大氣層結不穩(wěn)定明顯，對流層中部有明顯干冷平流入侵，與低層暖濕平流疊置形成不穩(wěn)定區(qū)域，假相當位溫上也能明顯看出大氣不穩(wěn)定特征；從對閃電資料分析可以看出，此次過程在強對流云團移入邵陽之前，云團中的負地閃特征明顯，云團移過雪峰山脈之后，又有再次加強發(fā)展的一個特征，由此可以得出，如果在雪峰山脈以西地區(qū)有較強的負地閃，未來3～5h要加強防范邵陽地區(qū)的風雹天氣。

關鍵詞：中尺度氣旋；露點鋒；負地閃

中圖分類號：S164 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515056

基金項目：湖南省氣象局預報員專項“邵陽地區(qū)雷雨大風預報預警技術指標研究”（項目編號：XQKJ19C007）引言

強對流天氣包括冰雹、雷暴大風、短時強降水等，具有生成時間快、致災性強等特點，實時監(jiān)測和預報分析難度均比較大。近年來[1-8]已經有許多學者對強對流天氣進行相關研究工作，陳鳳英[9]等對江西一次早春冷鋒風雹天氣過程進行分析，孫家駿等[10]對遼寧省朝陽市8.16一次局地風雹天氣過程進行分析，童紅梅等[11]對發(fā)生在鄂東一次局地風雹過程成因進行分析。湖南省邵陽市處于湘西南，多丘陵山區(qū)，春夏之交強對流天氣頻發(fā)，對春季農作物及農業(yè)生產影響非常大。

本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料、數值預報資料、閃電定位資料等，對2018年3月4日發(fā)生在湖南省湘西南的邵陽市局地風雹天氣過程成因進行分析探討，為湘西南風雹天氣的監(jiān)測和預警提供參考。

1 天氣實況

2018年3月4日16：00—19：00，湖南省邵陽市洞口縣高沙鎮(zhèn)、武岡市灣頭橋鎮(zhèn)和荊竹鋪鎮(zhèn)、邵陽縣白倉鎮(zhèn)、金稱市鎮(zhèn)、蔡橋鄉(xiāng)、塘田市鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受了比較嚴重的冰雹、雷暴大風等襲擊。其中，16：00縣高沙鎮(zhèn)出現冰雹與雷暴大風，碗口粗的樹木被吹斷，大棚被摧毀，很多瓦房被砸爛，造成房屋進水，路燈被吹倒，部分區(qū)域電力中斷，部分農作物幾乎全部被毀，17：48、17：49洞口站出現21m/s雷暴大風，持續(xù)時間2min；17：40武岡市境內出現雷暴大風與大冰雹，灣頭橋鎮(zhèn)至荊竹鋪鎮(zhèn)沿線農作物造成了重大損失；18：00—19：00，邵陽縣境內出現10～18mm左右冰雹，冰雹降落持續(xù)8～10min左右，受此次冰雹災害天氣影響，農作物受災嚴重的有金稱市鎮(zhèn)、塘田市鎮(zhèn)、白倉鎮(zhèn)、金江鄉(xiāng)、谷洲鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

根據邵陽市民政局統(tǒng)計，此次風雹災害造成受災總人數22915人，緊急轉移安置98人，其中農作物受災面積592hm2、絕收面積85hm2，倒塌房屋18間、嚴重損害房屋130間，直接經濟損失達973萬元。

2 環(huán)流背景分析

2018年3月4日08：00，500hPa， E100°～150°范圍內N40°以南地區(qū)環(huán)流呈西低東高形勢，海上高壓脊位于E130°，我國四川、云南、貴州一帶有高空槽東移，槽前的廣西、湖南、江西、浙江一帶西南風強盛，中心最大風速達42m/s，500hPa高空急流軸附近有利于西南暖濕氣流上升凝結潛熱釋放，有利于鋒生加強；700hPa，≥20m/s的西南急流主要位于廣東廣西一帶，湖南風速在14～18m/s，隨著高空槽東移北縮，≥20m/s的西南急流向北推進到湖南中部地區(qū)，在湘西南地區(qū)形成明顯的風速輻合；850hPa，湘中及以南地區(qū)的西南急流≥20m/s，與500hPa溫差≥27℃，大氣層結不穩(wěn)定，≥20m/s西南急流在高空槽東移帶動下向偏東方向移動，在急流左側，湘西南地區(qū)形成輻合；925hPa，有強盛的超低空南風急流。700hPa以下輻合區(qū)的空間位置較一致，有利于形成低層強輻合，從而有利于形成強烈的上升氣流。

地面圖上08：00貴州地區(qū)有一低壓中心，低壓倒槽伸向湖南、湖北、安徽等地區(qū)，在低壓倒槽控制下，地面增溫增濕顯著，湘西南地區(qū)露點溫度高，其中洞口、武岡、邵陽縣地面露點溫度達到16～17℃，隨著高空槽東移北縮，帶動北方冷空氣南下侵入倒槽內引起斜壓鋒生，冷暖氣流激烈交匯，觸發(fā)此次風雹天氣。

3 中尺度系統(tǒng)對風雹天氣觸發(fā)作用

利用地面10min極大風分析中尺度系統(tǒng)：從國家站與區(qū)域站的10min極大風分布來看，在風雹天氣發(fā)生前，邵陽市南部地區(qū)西南風極大風速達到12m/s以上，洞口、武岡、邵陽縣等地區(qū)有一條中尺度輻合帶，輻合帶北側有偏東氣流與南部的西南氣流匯合，15：10在武岡地區(qū)形成了中尺度氣旋中心，中尺度氣旋在邵陽中部地區(qū)維持近2h，氣旋中心南部為強盛的西南風，為風雹天氣發(fā)生提供了有利的水汽條件和動力輻合條件；17：50，中尺度氣旋向東移動到武岡東部與新寧地區(qū)，中尺度環(huán)流系統(tǒng)具有有組織性特征，前部偏東入流氣流形成的強烈上升氣流及后側偏北氣流入侵形成的強烈下沉氣流，此時洞口出現了22m/s極大風速；18：40，中尺度氣旋移動到邵陽縣西南地區(qū)，邵陽縣西南部地區(qū)風速開始增大到10m/s，該中尺度氣旋在邵陽縣地區(qū)維持到19：00，邵陽縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現10～18mm冰雹；19：10開始，極大風速開始減小，中尺度氣旋消失，風雹天氣結束。

4 地面干線觸發(fā)風雹天氣

干線又稱露點鋒，垂直伸展僅達地面以上1～3km，干線是一條水平方向上的濕度不連續(xù)線，其一側是暖而干的空氣，另一側是冷而濕的空氣。從14：00—20：00地面露點溫度場可以看出，風雹天氣發(fā)生前，14：00洞口、邵陽縣、武岡站的露點溫度達16～17℃，地面圖上湘西南地區(qū)存在顯著露點鋒，14：00圖上，邵陽市西南部有低值露點鋒區(qū)向邵陽東部侵入， 15：00，從湖南東北部到西南部形成一條東北西南向的露點鋒，露點鋒在邵陽上空維持近4h，在18：00—19：00露點鋒觸發(fā)了強對流天氣。露點鋒有利于強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

5 實況探空與模式探空物理量參數對比分析

5.1 實況探空

本文選取實況探空里面的強天氣威脅指數（SWEAT）、600hPa起下沉對流有效位能DCAPE600、對流有效位能CAPE、K指數、SI指數、LI指數、垂直風切變Vws等來分析此次強對流天氣發(fā)生前后相關物理量參數變化的特征。

從表1和表2懷化、長沙2個站物理量參數表可以看出，4日08：00，懷化、長沙SWEAT指數分別達到354、488.3，朱乾根等提出，發(fā)生龍卷的SWEAT臨界值為400，發(fā)生強雷暴的SWEAT臨界值為300，20：00，懷化和長沙的SWEAT分別降低為142.3、269.4，說明08：00懷化和長沙的SWEAT對于預報強對流天氣具有一定參考意義；從DCAPE600來看，08：00，懷化和長沙的DCAPE600分布達到1055、990.8，20：00DCAPE600分別降低為621.2、175.9，可以看出08：00DCAPE600對于午后的大風預報有參考意義；從CAPE來看，08：00，2站的CAPE分別為0.0、454.9，20：00，CAPE分別為856.3、6.6；從K指數看，08：00，2站K指數分別為29、34，20：00，K指數為32、27；從SI指數來看，08：00 2站分別為-3.2、-6.1，20：00升高為1.7、9.0，SI指數對強對流天氣有參考意義，當2站SI指數低于-3時，當天即可考慮有強對流天氣發(fā)生；從LI看，08：00，懷化站的LI指數7.6，文獻指出LI為正時，其值越大，正的不穩(wěn)定能量面積也愈大，爆發(fā)對流的可能性也愈大；從Vws看，08：00，2站的垂直風切變分布達到1.4、1.8，20：00 2站垂直風切變分析降低到0.9、1.0，一定的垂直風切變是強對流發(fā)生的必要條件。

從以上分析可以看出，早晨08：00時探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指數對午后的強對流天氣具有明顯參考意義。

5.2 數值預報模式探空

利用3日08：00起報的4日20：00ECMWF_THIN、GRAPES_GFS的57758、57860站物理量參數進行對比分析，探討模式探空對強對流天氣預報性能。從SWEAT看，兩家模式SWEAT均>300，ECMWF_THIN模式要大于GRAPES_GFS；從DCAPE來看，ECMWF_THIN模式對洞口站預報值高達548.6，GRAPES_GFS預報值僅為2.2和3.1；從CAPE看，ECMWF_THIN模式對兩站預報值高達862.5、919，而GRAPES_GFS的預報值則比ECMWF_THIN模式偏低；從K指數看，ECMWF_THIN模式預報值分布為36.2和38.3，而GRAPES_GFS僅為31～32；從SI指數看，ECMWF_THIN模式預報值達到-3、-4，而GRAPES_GFS僅為-1.03、-0.84。

從對模式探空的物理量參數對比分析可以看出，ECMWF_THIN模式的物理量參考意義較GRAPES_GFS模式有重要的參考意義。

6 暖區(qū)中形成的中尺度對流復合體

6.1 紅外云圖

從紅外云圖看，15：00，湖南北部、湖北、江西等地區(qū)存在暖鋒云系，其覆蓋范圍廣，在湖南中西部地區(qū)云系邊界清晰，呈西北東南向直線形狀，在其左側暖區(qū)中，有垂直于其邊界的鋸齒狀對流云系在發(fā)展，15：30，對流云系A發(fā)展呈橢圓形狀，位于懷化中部偏南地區(qū)，16：00，對流云系向東部邵陽地區(qū)發(fā)展，云系長寬之比減小，云頂亮溫最低達237.97K；16：30，此對流云系發(fā)展呈近似圓形，其邊界光滑整齊，17：00，此對流云系A呈圓形，云頂亮溫最低達236.07K，17：30，對流云系A向東方向移動，在西南氣流作用下，其形狀變?yōu)榻崎L方形，從FY2G對流層上部濕度看，對流云系邊緣等值線密集，從實況看在17：50在對流云系后部出現22m/s的極大風速。

6.2 1.25km可見光云圖

從1.25km可見光云圖看，初始階段，隨著高空槽帶動冷空氣東移，地面西南倒槽發(fā)展造成下墊面強烈加熱，14：00，在貴州到湖南西部地區(qū)有開口細胞狀云系發(fā)展，湘西南地區(qū)地面極大風速達到10m/s，受地面強烈偏南風影響，有積云或積云線發(fā)展；14：30，從極大風速來看，貴州到湖南西部地面轉為一致西南風，細胞狀云系發(fā)展成積云線，云系呈云街形狀，說明地面存在氣流輻合，在輻合線上有積云發(fā)展；15：00在700hPa強烈西南急流引導下，右側箭頭所指處的積云東北部出現卷云羽特征，積云西南部色調白亮，邊界清晰，云頂表面紋理不均勻，有對流泡在快速發(fā)展；發(fā)展階段，15：30時，此對流云團快速東移至懷化中南部，呈橢圓形狀，圖中南部箭頭所指處有對流泡強烈發(fā)展，云頂呈不規(guī)則、不均勻紋理，從15：00—16：00 1h降水量看，在積云西南部對流泡強烈發(fā)展地區(qū)的懷化市會同縣青朗區(qū)域站出現35.2mm短時強降水；成熟階段，16：00，對流云團位于懷化市會同縣，隨著引導氣流向偏東方向移動，圖中白色方框處對流云團寬度增加，呈近圓形分布，云團西南部1處的對流泡數量較前一時次增加，說明對流層近地面層有強烈的暖濕氣流流入對流云團，使云團強烈發(fā)展，2處卷云羽清晰，16：30時，對流云團快速東移至邵陽市綏寧縣和洞口縣西部雪峰山，從16：00—17：00 1h降水量看，受雪峰山脈迎風坡抬升和對流云團共同影響，≥20mm短時強降水區(qū)域站有6個，主要位于雪峰山脈西側迎風坡地區(qū)的懷化市會同縣；17：00，對流云團隨700hPa引導氣流向東偏北方向移動，此時對流云團主要位于雪峰山脈以東地區(qū)，云團邊緣出現橫向波動云系，17：30時，對流云團向洞口東部發(fā)展，受近地面偏南急流影響，在洞口縣東部地區(qū)有一呈現近圓形的對流泡（上沖云頂），相當黑體溫度最低為239K，從實況來看，17：40 左右，武岡灣頭橋鎮(zhèn)出現龍卷風加大冰雹等天氣，17：48時洞口站出現9級大風。消散階段：18：00開始對流云團移出邵陽，趨于結束。

7 閃電資料分析

從1h閃電資料分析可以看出，15：00，在貴州與懷化交界地區(qū)有零星負地閃，16：00，負地閃區(qū)域向東移動到懷化中部偏南地區(qū)，負地閃數量急劇增加，17：00，負地閃向東加強發(fā)展到雪峰山脈以西地區(qū)，且面積增加，有正地閃出現，18：00，負地閃區(qū)域向東移動到邵陽洞口、綏寧地區(qū)，較前一時次相比，此時負地閃顯著減小，這與積雨云移過雪峰山脈有一定關系，19：00，負地閃區(qū)域明顯向東移動到邵陽縣境內，且伴有一定的地閃，負地閃與前一時次相比有一定增加，此后，隨著云系東移出邵陽，負地閃數量和面積明顯減小。

8.1 溫度平流分析

從溫度平流與比濕的相互配置來看，4日14：00，500hPa貴州到湖南西部地區(qū)有負溫度平流，湖南西部負溫度平流區(qū)域最小值達到-12×10-6℃/s，邵陽地區(qū)比濕≤2g/kg，說明此時湖南西部有強烈干冷平流東移侵入邵陽，相應低層850hPa上，在西南暖濕急流作用下，廣西、貴州到湖南西南部、以及湖南中部地區(qū)有正溫度平流，比濕為8～10，500的干冷平流與低層暖濕平流疊置，增加大氣層結不穩(wěn)定性，有利于觸發(fā)強對流天氣。

8.2 假相當位溫分析

從E111°假相當位溫剖面圖來看，4日14：00，N30°以北地區(qū)有低值假相當位溫向南侵入高值區(qū)引起鋒生，700hPa以上有低值區(qū)向下發(fā)展，與低層高值區(qū)配合，大氣層結不穩(wěn)定增加。

9 結論

通過對2018年3月4日風雹天氣過程進行分析，可以得出。

此次風雹天氣是在高空槽東移，中低層有西南暖濕急流發(fā)展，地面冷空氣南下侵入倒槽內鋒生，冷暖氣流強烈交匯引起的。從10min極大風速來看，在邵陽中部地區(qū)有明顯的風向風速氣旋性輻合，在輻合線以南地區(qū)偏南風速達到10m/s。從地面露點溫度來看，風雹天氣發(fā)生時地面露點溫度達到15℃以上，且有明顯露點鋒侵入。

從實況探空看，早晨08：00探空、數值預報模式探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等物理量指數對午后的風雹天氣有明顯參考意義。

從紅外云圖上中尺度對流復合體、可見光云圖細胞狀積云或積云線，可以推斷午后有強對流發(fā)展。

從對溫度平流、比濕、假相當位溫等物理量分析可以看出，此次強對流天氣大氣層結不穩(wěn)定明顯，對流層中部有明顯干冷平流入侵，與低層暖濕平流疊置形成不穩(wěn)定區(qū)域，假相當位溫上也能明顯看出大氣不穩(wěn)定特征。

從對閃電資料分析可以看出，此次過程在強對流云團移入邵陽之前，云團中的負地閃特征明顯，云團移過雪峰山脈之后，又有再次加強發(fā)展的一個特征，由此可以得出，如果在雪峰山脈以西地區(qū)有較強的負地閃，未來3～5h要注意邵陽地區(qū)的強對流天氣。

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