2018年6月色尼區(qū)一次冰雹過程淺析*

邊瑪羅布 次仁旺姆 達(dá)瓦澤仁 扎西羅杰 央美

（1.西藏自治區(qū)氣象臺(tái)，西藏 拉薩 850000；2.林芝市氣象局,西藏 林芝 860000；3.那曲市氣象臺(tái)，西藏 那曲 852000；4.拉薩市尼木縣氣象局，西藏 拉薩 850000；5.那曲市氣象局，西藏 那曲 852000）

5～6月為那曲市冬蟲夏草采挖時(shí)段，也是那曲市雷暴天氣高發(fā)期，近年來雷暴天氣所帶來的災(zāi)害也越來越頻繁，每年都有相當(dāng)數(shù)量的上山采挖蟲草牧民被意外雷擊死亡，牲畜被雷擊死亡的數(shù)量也較多，所以對(duì)雷暴天氣的研究和提前預(yù)報(bào)預(yù)警是氣象部門工作重點(diǎn)。秦宏德［3］分析了那曲市強(qiáng)對(duì)流天氣的大氣能量垂直分布指出,青藏高原上強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)也需要有潛在不穩(wěn)定能量，但這種潛在不穩(wěn)定能量較小，層次較薄，建立和消失都較快。那曲夏季的大氣層結(jié)存在著受高原上近地面層氣溫強(qiáng)烈日變化所制約的日變過程。同時(shí)很多專家［4-6］通過研究表明，在青藏高原由于存在特別強(qiáng)的近地面湍流加熱和地面動(dòng)量輸送，造成大氣層結(jié)出現(xiàn)不穩(wěn)定的幾率增加，使青藏高原成為北半球同緯度地帶強(qiáng)對(duì)流天氣的多發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)。根據(jù)國家氣象中心張芳華［7］等研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原是全國冰雹日數(shù)最集中的地方，其中那曲市色尼區(qū)（原那曲縣）和班戈縣是全國所有測(cè)站中冰雹日數(shù)最多的地區(qū)；冰雹雖然是局地性強(qiáng)對(duì)流天氣，但其破壞性較強(qiáng)，同時(shí)相伴雷雨、大風(fēng)等天氣，危害性較大；根據(jù)內(nèi)蒙古氣象部門的楊麗桃［8］、韓經(jīng)緯［9］等專家研究發(fā)現(xiàn)，冰雹對(duì)牧業(yè)生產(chǎn)的主要危害有：1)雹塊下降時(shí)的機(jī)械破壞作用，對(duì)牧草的危害是毀滅性的，嚴(yán)重時(shí)影響牧草再生;2)破壞牧場(chǎng)設(shè)施，危及出牧群眾和畜群安全；3)降雹之前常有高溫，雹后氣溫驟降，前后溫差較大，使生長中的牧草遭受不同程度的冷害；4）冰雹過后，會(huì)使土壤嚴(yán)重板結(jié)，造成草原植被損傷，破壞生態(tài)平衡，誘發(fā)草原病蟲害等。由于其出現(xiàn)的時(shí)間短、局地性強(qiáng)，發(fā)生、發(fā)展和中小尺度天氣系統(tǒng)以及地形、下墊面狀況影響極大，導(dǎo)致預(yù)報(bào)預(yù)警難度大。達(dá)瓦澤仁［10］等研究發(fā)現(xiàn)，那曲市冰雹天氣具有明顯的季節(jié)特征，大多集中在6～9 月；降雹時(shí)間多集中在14～20時(shí)，占全天的78%.色尼區(qū)冰雹日和雷暴日0 ℃層高度、CAPE 值、垂直風(fēng)切變化表明，高原地區(qū)冰雹日和雷暴日上述三個(gè)環(huán)境參量值特點(diǎn)是零度層高度低，為1～1.5km，CAPE 值小，大多CAPE 值＜500J/kg，風(fēng)垂直切變?nèi)?，均值約2 m·s-1·km-1。因?yàn)槟乔斜⒊叽缧?，大部分直徑?mm～5mm 之間，2mm 左右直徑占95%以上，超過5mm 的強(qiáng)冰雹天氣極少，實(shí)際上高原對(duì)流包括那曲對(duì)流天氣風(fēng)暴結(jié)構(gòu)多為持續(xù)時(shí)間在1小時(shí)以下的一般單體雷暴，極少出現(xiàn)組織性強(qiáng)的風(fēng)暴，因而高原冰雹與平原地區(qū)大冰雹環(huán)境差異顯著。雹日和一般雷雨天氣的差異主要表現(xiàn)在雷雨日低層更為暖濕，雷雨日低層水汽含量略高于雹日，因而其抬升凝結(jié)高度相對(duì)低，對(duì)流有效位能也略大。高原對(duì)流天氣0℃層高度在1～1.5km，以冷云為主，雹日抬升凝結(jié)高度相對(duì)高，云中很可能以固態(tài)的水凝物粒子為主，而雷雨日由于低層水汽含量相對(duì)較多，云底高度相對(duì)低，云內(nèi)液態(tài)的水凝物粒子比重更大些，加之云下的融化，因而產(chǎn)生陣雨而非冰雹。由于差異并不顯著，樣本亦有限，還需要更多的樣本更高分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。所以，對(duì)冰雹天氣個(gè)例進(jìn)行天氣學(xué)和雷達(dá)資料的分析，將對(duì)未來更好的做好此類預(yù)報(bào)有較大幫助。

1 天氣實(shí)況

2018 年6 月16 日至17 日（表1），那曲全市大部出現(xiàn)了降水天氣，中東部降水量較大，其中安多縣、嘉黎縣和索縣的降水量達(dá)到了中雨，色尼區(qū)17 日14 時(shí)至15時(shí)出現(xiàn)冰雹，冰雹直徑達(dá)10mm。

表1 那曲市2018年6月16日至17日各縣日降水量統(tǒng)計(jì)表

2 地面分析

以色尼區(qū)17日的冰雹天氣為例（圖1），從11時(shí)開始風(fēng)向從西北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，溫度開始上升，氣壓開始下降，14時(shí)冰雹天氣發(fā)生時(shí)，3小時(shí)氣壓下降幅度在11hPa，溫度露點(diǎn)差為4℃之間，到17 時(shí)降水結(jié)束時(shí)溫度露點(diǎn)差為5.3℃。冰雹天氣發(fā)生前風(fēng)速較小，在2～4m/s之間，各縣的比濕都大于4.0 g/kg（圖2、圖3）。各縣在17日降水發(fā)生前，16日20時(shí)至17日08時(shí)溫度露點(diǎn)差大部都一直≤5℃，為相對(duì)濕區(qū)，表明水汽特別好，有利于形成降水。17 日14 時(shí)地面比濕有明顯的上升。在17日各縣降水發(fā)生前后各要素表現(xiàn)明顯，氣壓下降、溫度上升、溫度露點(diǎn)差變小、比濕上升、風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)。降水發(fā)生前地面一直存在風(fēng)的輻合，表明有水汽通量的輻合。

圖1 色尼區(qū)2018年6月16日11時(shí)至17日20時(shí)地面三線圖

圖2 6月17日11時(shí)比濕和風(fēng)向

圖3 6月17日14時(shí)比濕和風(fēng)向

3 高空分析

3.1 500hPa高度場(chǎng)分析

6 月16 日20 時(shí)500hPa 環(huán)流特征（圖4）上分析：西太平洋副熱帶高壓和伊朗高壓位置較穩(wěn)定；烏拉爾山以東的低渦較強(qiáng)，低渦槽尾部向南輸送的冷空氣較明顯，干冷空氣從新疆南部輸送到高原中部；高原主體受南支槽的影響，槽線位置偏西，孟灣附近的水汽通過偏西南氣流輸送到高原中部，對(duì)形成高原對(duì)流性降水非常有利。

圖4 2018年6月16日20時(shí)500hPa

圖5 2018年6月17日08時(shí)500hPa

6 月17 日08 時(shí)500hPa 環(huán)流特征（圖5）上分析：西太副高有弱的西進(jìn)，伊朗高壓受北部冷空南下的影響也有西進(jìn)；烏拉爾山附近的低渦槽有略微的南壓；槽尾部的干冷空氣一直南下至高原腹地，高原南支槽有明顯的加深加強(qiáng)，那曲大部受偏西南氣流影響，孟灣上空繼續(xù)有源源不斷水汽輸送至高原中部，水汽不斷在那曲上空聚集能量。

3.2 衛(wèi)星圖像分析

對(duì)2018 年6 月17 日紅外云圖進(jìn)行分析（圖6、圖7）：17 日11 時(shí)紅外云圖上可以看出班戈至安多一帶開始形成對(duì)流云團(tuán)；17 日17 時(shí)不僅已經(jīng)形成對(duì)流云團(tuán)，而且已經(jīng)東移至色尼區(qū)偏東部一帶，根據(jù)紅外云圖可以看出對(duì)流云團(tuán)發(fā)展得比較旺盛；再到17 日23時(shí)時(shí)色尼區(qū)偏東部的對(duì)流云團(tuán)和索縣一帶的對(duì)流云已經(jīng)消散，那曲市南部嘉黎縣一帶攜帶著偏南暖濕氣流的云系正向東北部移動(dòng)。造成此次冰雹過程的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)應(yīng)該在17 日15 時(shí)云圖上最明顯最旺盛。這種對(duì)流云團(tuán)自西向東移動(dòng)，移速很快。

圖6 6月17日11時(shí)紅外云圖

圖7 6月17日17時(shí)紅外云圖

3.3 探空分析

根據(jù)17日08時(shí)探空?qǐng)D顯示（圖8、圖9），垂直風(fēng)切變由底層的西南風(fēng)按順時(shí)針轉(zhuǎn)為高層的西北風(fēng)，這樣的垂直風(fēng)切變易出現(xiàn)對(duì)流性天氣。色尼區(qū)中低層水汽條件較好，接近于飽和，濕層從近地層一直延伸到300hPa 左右，由于夏季的高原有熱源作用，高原上的對(duì)流非常旺盛，不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)蓄比較充分，此次冰雹過程時(shí)間短，主要還是跟不穩(wěn)定能量儲(chǔ)蓄與深厚的濕層有很大關(guān)系，在300hPa 有干冷空氣的入侵，加速了水汽的凝結(jié)碰撞［11］，導(dǎo)致對(duì)流性天氣的出現(xiàn)。從風(fēng)矢端圖顯示，從地面至高空300hPa 風(fēng)向隨高度的變化順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明地面至300hPa 有暖平流，300hPa 以上風(fēng)隨高度的變化逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，300hPa以上有冷平流，這種上干下暖的平流配置很容易發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖8 6月17日08時(shí)那曲站TLogp圖

圖9 6月17日08時(shí)風(fēng)矢端圖

圖10 6月17日那曲站層結(jié)物理量表圖和17日14時(shí)36分各仰角的反射率因子圖

從（圖10）上可以看出，08 時(shí)500hPa 高度在5780m 高度，該高度層的溫度為-2℃，而0℃層高度在528.7hPa，比500hPa 高度還低一些，這樣就可以判斷出0℃層高度在地面以上1km 左右，為冰雹發(fā)生適宜的高度。LCL（抬升凝結(jié)高度）在568hPa，說明云底高度較低。500hPa 到323hPa 的溫度露點(diǎn)差都為2℃，表明大氣中水汽飽和度較高，水汽含量高，非常有利于午后的對(duì)流天氣發(fā)生。-20℃高度在8.5km，結(jié)合降水發(fā)生14點(diǎn)36分(圖12)，看到最強(qiáng)回波所在的高度為地面以上的4.9km，加上那曲的海拔高度4.5km，可以預(yù)測(cè)出，最強(qiáng)回波發(fā)展的高度在9km 左右，進(jìn)而判斷出60dBZ回波發(fā)展的高度在-20℃高度以上，即云頂已經(jīng)發(fā)展到-20℃高度以上，非常有利于冰雹天氣的發(fā)生。根據(jù)達(dá)瓦澤仁［10］等研究發(fā)現(xiàn)那曲對(duì)流天氣風(fēng)暴結(jié)構(gòu)多為持續(xù)時(shí)間在1 小時(shí)以下的一般單體雷暴，從冰雹直徑和持續(xù)時(shí)間也可以確定，此次冰雹天氣過程為一般單體雷暴。

4 多普勒天氣雷達(dá)資料分析

4.1 反射率因子

從6 月17 日14 點(diǎn)19 分（圖略）反射率因子圖上可以看出色尼區(qū)上空為多單體線性風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，西南方24km 處有線性回波正在往測(cè)站方向移動(dòng)，是造成此次冰雹的主要天氣，系統(tǒng)中心最大回波為61dBZ，高度為6km。

14 點(diǎn)31 分時(shí)（圖11）系統(tǒng)移動(dòng)到測(cè)站西南面10.9km 處，中心高度為5.2km，最大回波仍未61dBZ。14 點(diǎn)42 分（圖12）線性回波經(jīng)過測(cè)站并往東移動(dòng)演變成了類似弓形回波，強(qiáng)中心回波為62dBZ，高度在4.7km，說明云底高度非常低，此時(shí)測(cè)站上空正在發(fā)生降水；14 點(diǎn)48 分系統(tǒng)移至測(cè)站東北方8.2km 處，高度在5km，中心最強(qiáng)回波仍在60dBZ以上。

圖11 6月17日14時(shí)31分的（4.3～6.0仰角）反射率因子圖

圖12 6月17日14時(shí)42分的（4.3～6.0仰角）反射率因子圖

4.2 徑向速度

從14 點(diǎn)31 分（3.4～6.0 仰角）（圖13）上可以看出測(cè)站上空低層為偏西南風(fēng)，高層主要盛行偏西南風(fēng)，測(cè)站西北面有明顯的氣旋性輻合，有利于對(duì)流不穩(wěn)定降水天氣的發(fā)生，最大入流和出流速度達(dá)到27m/s，說明系統(tǒng)移動(dòng)速度非?？?。14 點(diǎn)42 分當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)站上空時(shí)（圖14），測(cè)站上空低層為西南風(fēng)，高層盛行西風(fēng)，風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說明有暖平流，測(cè)站西南面和東北面有明顯的速度模糊，最大風(fēng)速達(dá)到25m/s。

圖13 6月17日14時(shí)31分的（3.4～6.0仰角）徑向速度圖

圖14 6月17日14時(shí)42分的（4.3～6.0仰角）徑向速度圖

4.3 風(fēng)廓線

圖15 6月17日風(fēng)廓線圖

從（圖15）上可以看出，測(cè)站上空低層盛行西南風(fēng)，高層轉(zhuǎn)為西風(fēng)，風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有暖平流，有弱的風(fēng)垂直切變。

4.4 液態(tài)累積含水量、回波頂高

垂直液態(tài)累積含水量的大值區(qū)是強(qiáng)降雹潛勢(shì)的指標(biāo)。垂直液態(tài)累積含水量（圖16）上看出，在降水發(fā)生前逐漸上升，到降水結(jié)束時(shí)也保持較高值的特點(diǎn)，但高值所在的方位一直在移動(dòng)，14 點(diǎn)31 分達(dá)到13 kg·m-2而后到降水結(jié)束時(shí)也保持在31kg·m-2的高值。

圖16 6月17日14時(shí)31分和15時(shí)5分液態(tài)累積含水量圖

回波頂高（圖17）上可以看出，降水發(fā)生之前14點(diǎn)02 分達(dá)到最大為14.9km，到降水正在時(shí)14 點(diǎn)42 分降到13.4km，系統(tǒng)移到測(cè)站東面時(shí)，高度又有明顯的上升為14km（15點(diǎn)05分）。

圖17 6月17日回波頂高圖

5 結(jié)論

（1）此次色尼區(qū)冰雹過主要受南支槽前偏南氣流的影響。

（2）那曲西部的對(duì)流云團(tuán)東移并在索縣一帶消散。

（3）降水發(fā)生前地面氣象要素上有氣壓下降、溫度上升、溫度露點(diǎn)差變小、比濕上升、風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，存在風(fēng)的輻合。

（4）08 時(shí)探空?qǐng)D（TlogP）上也可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，低層暖濕高層干冷的配置，可以對(duì)午后的對(duì)流性降水有輔助的預(yù)報(bào)作用。

（5）降水發(fā)生前半個(gè)小時(shí)，雷達(dá)上有明顯表現(xiàn)：反射率因子達(dá)到60 dBZ左右，速度圖上和風(fēng)廓線圖上有明顯的西南風(fēng)、風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)、弱的風(fēng)垂直切變，回波頂高會(huì)達(dá)到14km 左右，液態(tài)累積含水量和回波頂高上降水發(fā)生前后都保持在較高的值，但高值中心的位置和方位一直隨著云系的移動(dòng)在發(fā)生變化。