2015年閩北一次春季冰雹天氣分析

孫麒龍 張麗凡

摘要 利用自動(dòng)站實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)、常規(guī)天氣資料、多普勒天氣雷達(dá)等資料，對(duì)閩北一次春季冰雹天氣過程進(jìn)行分析。常規(guī)天氣資料分析表明，低層西南急流控制下，低空強(qiáng)烈的減壓、增溫、增濕有利于熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定能量的積聚，加上低層輻合高層輻散，使上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)和維持，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定能量的釋放和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生;多普勒雷達(dá)資料分析表明，此次天氣過程為中氣旋降雹過程，其組合反射率因子圖像上強(qiáng)回波中心的最大值可達(dá)65 dBz以上，垂直積分液態(tài)含水量（VIL）圖像上，降雹前降雹強(qiáng)單體對(duì)應(yīng)的VIL都出現(xiàn)了明顯的“躍增”現(xiàn)象，利用多普勒雷達(dá)資料可以提高對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的識(shí)別能力。

關(guān)鍵詞 西南急流;冰雹;中氣旋;VIL

中圖分類號(hào)：P458.1+21.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）02-037-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.015

Analysis on a Spring Hail Weather of North Fujian in 2015

SUN Qi-long? et al（Jianou Meteorological Bureau of Fujian Province，Jianou，F(xiàn)ujian? 353100）

Abstract In this article，with the automatic station real time observation data，the conventional weather data，doppler weather radar data，a spring hail weather process in North Fujian were analyzed. Conventional weather data analysis showed that the low-level southwest jet control，low intense relief，warming，humidifying was good for heat and power in the accumulation of unstable energy，and low-level convergence of high-level divergence，make the upward movement to enhance and maintain，which lead to the release of unstable energy and the hail and strong convective weather; Doppler radar data analysis showed that the weather process for the cyclone hail process，the combination of maximum reflectivity image in the center of the strong echo could reach more than 65 dBZ，vertical integration of liquid water content （VIL） image，strong before hail reduction monomer corresponding showed obvious VIL "jumped" phenomenon，some identification index using Doppler radar data can improve the recognition of the hail and strong convective weather ability.

Key words? ?Southwest jet;Hail;Mesocyclone;VIL

南平市地處閩北，多為山區(qū)，地形復(fù)雜，是冰雹等中小尺度災(zāi)害性天氣多發(fā)地區(qū)，全年都可能出現(xiàn)冰雹，3—4月份最多，尤其3月下旬至4月中旬更加頻繁。冰雹是一種局地性很強(qiáng)的災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著南平市經(jīng)濟(jì)作物尤其是烤煙生產(chǎn)。目前天氣雷達(dá)是冰雹等中小尺度災(zāi)害性天氣最主要的探測(cè)手段，近年來隨著我國新一代多普勒天氣雷達(dá)的建設(shè)和產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用，在冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。研究表明，垂直積分液態(tài)水含量（VIL）、回波頂高度（ET）和組合反射率以因子（CR）等物理量產(chǎn)品對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣具有較好的指示作用。

2015年4月4日午后到傍晚，南平市中北部的光澤縣、浦城縣、松溪縣出現(xiàn)了冰雹天氣，其中浦城測(cè)站16：44觀測(cè)到冰雹，雹徑4～5 mm，部分地區(qū)還伴有8級(jí)以上的短時(shí)大風(fēng)，局部出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水，極大風(fēng)速最大值出現(xiàn)在浦城縣水北街鎮(zhèn)，達(dá)20.2 m/s。4月4日恰逢清明假期的第1天，午后的冰雹天氣給市民出行造成了極大不便。該文利用常規(guī)和非常規(guī)資料對(duì)該次冰雹天氣過程的特征和成因進(jìn)行分析，以期對(duì)閩北春季冰雹天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)工作提供參考。

1 大尺度環(huán)流背景分析

從天氣形勢(shì)場(chǎng)上看，2015年4月4日08：00，500 hPa中高緯地區(qū)為兩槽一脊型，脊位于我國東北地區(qū)，兩槽分別位于貝加爾湖和鄂霍次克海附近;中低緯的副熱帶高壓維持在臺(tái)灣島以東的太平洋洋面上，副熱帶高壓南側(cè)還有熱帶氣旋活動(dòng)。500 hPa上影響福建的主要天氣系統(tǒng)為中緯度西風(fēng)槽;850 hPa上切變位于長(zhǎng)江流域，福建主要受切邊南側(cè)西南急流控制;地面位于低壓倒槽南側(cè)，地面氣流輻合。由此推測(cè)，該天氣過程受中高緯槽脊和低緯熱帶系統(tǒng)的影響較小，閩北從高層到低層一致受西南氣流影響，以至午后熱力對(duì)流發(fā)展旺盛，從而產(chǎn)生了雷雨大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。

2 中尺度對(duì)流條件分析

2.1 穩(wěn)定度分析

K指數(shù)和SI指數(shù)反映了大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況，是判斷對(duì)流性天氣穩(wěn)定度的重要指標(biāo)[1]。K指數(shù)雖然是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，但其是一個(gè)能同時(shí)反映干空氣穩(wěn)定度、濕度狀況的綜合指標(biāo)。SI指數(shù)也是判斷對(duì)流性天氣穩(wěn)定度的一種重要指標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)K>30℃，SI<0℃時(shí)產(chǎn)生對(duì)流性天氣的可能性非常大。對(duì)流有效位能CAPE表示的是環(huán)境大氣所內(nèi)含的不穩(wěn)定能量情況，CAPE越大，表明不穩(wěn)定能量越多。

分析4月4日08：00邵武探空站資料可知，K指數(shù)為33，SI指數(shù)為-2.37，CAPE值為68.1，雖然不穩(wěn)定能量相對(duì)較小，但是K指數(shù)和SI指數(shù)高，具備一定的不穩(wěn)定條件，只要有觸發(fā)機(jī)制，很容易觸發(fā)對(duì)流，當(dāng)日發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的可能性很大。另外，從風(fēng)向上看，當(dāng)日08：00

700 hPa以下風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，說明低層有暖平流影響，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。并且低層925～1 000 hPa之間有逆溫層存在，阻礙熱量和水汽的垂直交換，使得低層變得更暖更濕，高層相對(duì)變得更冷更干，因此不穩(wěn)定能量就大量積累起來。一旦沖擊力破壞了逆溫，往往就發(fā)生嚴(yán)重的對(duì)流性天氣。從實(shí)況可知，4月4日14：00邵武的氣溫達(dá)到了34.3℃，利用14：00的地面圖資料重新構(gòu)建新的探空?qǐng)D，可得K=36.1℃，SI=-3.6℃，CAPE=2 160 J/Kg，這種條件下冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的概率非常大。

2.2 水汽條件分析

水汽的垂直分布影響到層結(jié)穩(wěn)定度;底層濕空氣的存在是雷暴產(chǎn)生的有利條件;水平濕度的不連續(xù)線，如干線，有利于雷暴的發(fā)展[2]。

北方冰雹過程一般不伴隨低空偏南風(fēng)急流，常出現(xiàn)干雹，降水量少，與北方冰雹過程相比，南方冰雹產(chǎn)生的低空流場(chǎng)中常含有低空西南急流。福建83%的冰雹過程伴有低空西南風(fēng)急流，并以急流適中（急流軸線交于115°E，24～27°E之間）為最多，占67.9%[3]。

福建地處我國東南部沿海，3—6月為其強(qiáng)對(duì)流天氣易發(fā)時(shí)段，低空西南急流可將南海的水汽輸送到福建，這為閩北強(qiáng)對(duì)流發(fā)展提供了充足的水汽。從4日08：00 850 hPa上水汽通量場(chǎng)來看（圖1a），水汽通量高值區(qū)在華南，呈舌狀分布，高能舌經(jīng)廣西、廣東北部、江西南部伸到福建北部，水汽通量大值中心在福建上游的兩廣境內(nèi)，中心值達(dá)18～27 g/（s·cm·hPa），邵武站為22.17 g/（ s·cm·hPa）。閩北850 hPa水汽通量值≥20 g/（ s·cm·hPa），且上游有水汽輸送最大值中心，在西南急流的作用下，有充足的水汽向降雹區(qū)輸送。從4日08：00 850 hPa上假相當(dāng)位溫（θse）場(chǎng)來看（圖1b），θse高值區(qū)也位于華南，呈舌狀分布，高能舌從廣西、廣東兩省大部伸展到福建北部，高能中心在廣西，邵武站θse達(dá)到339 K。強(qiáng)對(duì)流天氣一般出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)高能、高濕區(qū)域，即在θse高能舌軸北側(cè)，強(qiáng)θse鋒區(qū)的南緣以及水汽的大值區(qū)。冰雹過程發(fā)生前，閩北正好位于能量高值中心、水汽高值中心。另外，最大水汽通量輸送在850 hPa，隨著高度上升，水汽通量值明顯減小，表明低層大氣水汽遠(yuǎn)大于高層大氣，即為上干下濕的層結(jié)，只要有外力觸發(fā)，容易形成大氣的強(qiáng)烈對(duì)流，從而產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)或冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。

3 抬升觸發(fā)條件分析

強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是形成強(qiáng)對(duì)流天氣的重要條件之一。4月4日08：00散度場(chǎng)上，閩北上空500 hPa以上的散度為正值，而700、850 hPa的散度為負(fù)值，表明高層輻散、低層輻合，這種配置有利于加強(qiáng)空氣的抽吸運(yùn)動(dòng)，即有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)。4日08：00 925 hPa江西贛縣站與建甌市邵武站存在風(fēng)速輻合（贛縣10 m/s，邵武6 m/s），有利于低層水汽的輻合和上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，形成周邊中尺度上升氣流區(qū)，從而引起災(zāi)害性天氣。另外，從探空?qǐng)D上看，低層風(fēng)速小，高層風(fēng)速大，說明整層存在垂直風(fēng)切變，配合強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)、低層風(fēng)速輻合等作用，容易導(dǎo)致午后強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

4 雷達(dá)資料分析

從2015年4月4日當(dāng)天午后開始的雷達(dá)回波組合反射率的演變可以看到，影響南平市中北部的強(qiáng)回波的來源有2類：一類是自西向東由江西省中東部進(jìn)入南平市的強(qiáng)回波，在圖2a中表現(xiàn)為圓圈X處的回波，具體表現(xiàn)為：4日14：49左右開始有中心最大強(qiáng)度>65 dBz的強(qiáng)回波塊體從江西資溪進(jìn)入南平市光澤縣境內(nèi)，并且之后還不斷有零散的塊狀強(qiáng)回波單體沿西偏南路徑從江西進(jìn)入南平市西北部的光澤縣和武夷山;另一類強(qiáng)回波的來源則是在南平市境內(nèi)局地慢慢生成并發(fā)展起來的，在圖2a中表現(xiàn)為圓圈Y處和圓圈Z處的回波，具體表現(xiàn)為：14：43和15：07分別在南平市西北部邵武境內(nèi)的南北2個(gè)不同地區(qū)開始有塊狀回波單體生成，北側(cè)的回波單體經(jīng)建陽北部、武夷山、浦城移出南平市，回波單體在向東移動(dòng)的過程中逐漸加強(qiáng)發(fā)展，到浦城境內(nèi)回波中心最大強(qiáng)度超過65 dBz（圖2a中Y處），南側(cè)的回波單體經(jīng)建陽、浦城南部、松溪北部移出南平市，回波單體在向東移動(dòng)的過程中逐漸加強(qiáng)發(fā)展，在浦城和松溪境內(nèi)回波中心最大強(qiáng)度都超過65 dBz（圖2a中Z處）。至17：12強(qiáng)回波單體基本都移出南平市，只剩下局地還有一些弱降水回波，整個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣過程基本趨于結(jié)束，此過程中南平市光澤縣、浦城縣、松溪縣出現(xiàn)了冰雹天氣。

該文選取了4月4日16：44天氣雷達(dá)的物理量產(chǎn)品（圖2）來重點(diǎn)分析這一過程。從該時(shí)刻的雷達(dá)組合反射率（圖2a）可以看到造成3個(gè)縣市冰雹天氣的強(qiáng)回波單體分布，X處造成光澤縣降雹，Y處造成浦城縣降雹，Z處造成松溪縣降雹。從該時(shí)刻的回波頂高度（圖2b）可以看到，X、Y和Z 3處回波單體的回波頂高（ET）都大于10 km，表明3處的回波單體發(fā)展都比較旺盛。

從徑向速度 （圖2c）看，X、Y和Z處都為中氣旋，從中尺度氣旋（M60）雷達(dá)產(chǎn)品上也可以確認(rèn)上面3處位置出現(xiàn)中氣旋。

從垂直積分液態(tài)水含量（圖2d）看，該時(shí)刻X處的VIL最大值為38 kg·m-2，Y處的VIL最大值為38 kg·m-2，Z處的VIL最大值為53 kg·m-2;而上一時(shí)次（6 min前）X處的VIL最大值為23 kg·m-2，Y處的VIL最大值為18 kg·m-2，Z處VIL最大值為28 kg·m-2。前后2個(gè)時(shí)刻，X、Y和Z處VIL最大值分別增加了15、20、15 kg·m-2。由此可見強(qiáng)單體過境時(shí)，X、Y和Z處對(duì)應(yīng)的VIL最大值都出現(xiàn)了明顯的“躍增”現(xiàn)象。

5 結(jié)語

（1）該次冰雹產(chǎn)生的原因是低層西南急流控制下，低空強(qiáng)烈的減壓、增溫、增濕有利于熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定能量的積聚，加上低層輻合高層輻散，使上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)和維持，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定能量的釋放和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生。

（2）從常規(guī)資料分析可知，當(dāng)天的天氣形勢(shì)具備了對(duì)流天氣發(fā)生的條件，低層西南急流控制下的高能高濕提供了很好的不穩(wěn)定能量條件，各項(xiàng)對(duì)流指數(shù)條件也都較好，當(dāng)存在一定觸發(fā)機(jī)制時(shí)，便有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

（3）多普勒雷達(dá)資料分析表明，此次天氣過程組合反射率圖中，強(qiáng)回波單體的中心最大值都大于65 dBz;徑向速度圖像上有中氣旋存在;回波頂高度圖上對(duì)流發(fā)展旺盛，18.3 dBz的回波伸展到了對(duì)流層頂?shù)母叨?從垂直積分液態(tài)水含量圖上可看到，強(qiáng)單體過境時(shí)，對(duì)應(yīng)的VIL都出現(xiàn)了明顯的“躍增”現(xiàn)象。因此，利用多普勒雷達(dá)資料可以提高對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的識(shí)別能力。

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責(zé)任編輯：李楊