2022年6月18日綏化風雹天氣成因分析

孫 亮，班秋艷，孫 磊，孔穎異，張英華

(1.綏化市氣象局，黑龍江 綏化 152000;2.哈爾濱信息工程學院，黑龍江 哈爾濱 150431)

1 引言

冰雹災(zāi)害是造成黑龍江省農(nóng)作物減產(chǎn)的關(guān)鍵氣象災(zāi)害之一[1]，隨著近年來雷達觀測普及與預(yù)警預(yù)報的信息化發(fā)展，防災(zāi)減災(zāi)效率得到一定提升，但農(nóng)作物因冰雹災(zāi)害減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)現(xiàn)象仍時有發(fā)生。 根據(jù)李紅斌[2]等統(tǒng)計，綏化市地處黑龍江省四條冰雹分布帶中小興安嶺西部的一支，常年受冰雹災(zāi)害影響，唐凱[3]等統(tǒng)計指出每年5、6、9月是黑龍江省冰雹災(zāi)害的多發(fā)期，13-15 時是降雹期冰雹多發(fā)的時段。 在東北地區(qū)產(chǎn)生冰雹的天氣形勢主要有三種： 分別為高空冷槽型、高空冷渦型和高空西北氣流型[4]，其中高空西北氣流型在以往的研究常常容易被忽視， 在同類天氣形勢的實際預(yù)報中， 強對流天氣的強度很容易被低估和誤判。

2 天氣實況

2022年6月18日11-15 時綏化市多地出現(xiàn)對流性大風，其中14 個站風力超過8 級，4 個站超過9級，最大風力出現(xiàn)于13 時29 分望奎縣恭六鄉(xiāng)，達11級。 此外當日14 時前后北林區(qū)五營鄉(xiāng)、三河鎮(zhèn)遭受嚴重冰雹災(zāi)害，冰雹最大直徑達到30 mm，對農(nóng)作物玉米、 大豆、 水稻造成嚴重災(zāi)害， 農(nóng)作物受災(zāi)面積1241 hm2，造成直接經(jīng)濟損失124.1 萬元。

3 雷暴大風和冰雹的環(huán)境條件分析

3.1 天氣形勢

2022年6月18日08 時， 黑龍江省位于高空槽后脊前（圖1-2），受西北氣流控制，對這種環(huán)流背景條件下的強對流天氣比較容易漏報。 但是結(jié)合溫度場分析可以發(fā)現(xiàn)，中層500 hPa（圖1）較強的西北氣流有利于冷空氣向黑龍江省輸送， 黑龍江省大部在溫度槽即冷空氣的控制下， 等溫線≤-12 ℃。 低層925 hPa（圖2）黑龍江省大部地區(qū)為溫度脊，綏化位于≥18 ℃暖中心附近。 溫度場這種上冷下暖的配置表明綏化等地有大氣層結(jié)的熱力不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)， 即有產(chǎn)生強對流天氣的潛勢條件。 從圖2 還可以看到在大興安嶺北部有≤10 ℃冷中心， 在冷暖中心之間是東西向的鋒區(qū)，在500 hPa 西北氣流的引導下，鋒區(qū)將向東南方向移動， 有可能為綏化等地的不穩(wěn)定能量爆發(fā)提供觸發(fā)抬升條件，從而產(chǎn)生強對流天氣。

圖1 6月18日08 時500 hPa 綜合圖

圖2 6月18日08 時925 hPa 綜合圖

3.2 物理量要素

通過2022年6月18日08-20 時齊齊哈爾探空圖（圖3）及其計算得出的物理量，沙氏指數(shù)(SI)由1℃降到-2.8 ℃，K 指數(shù)由30 ℃升到34 ℃，TT 總指數(shù)由48 ℃升到54 ℃， 強天氣威脅指數(shù) (SWEAT)由124.5 升到256.0， 以上物理量均反映出大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于強雷暴天氣的發(fā)生。CAPE 值在08 時僅為44.5 J/kg, 但經(jīng)過14 時地面資料訂正后， 增加到1544.2 J/kg,具備較強的不穩(wěn)定能量，08 時DCAPE 值1018 J/kg，具備較強的下沉能量，有利于地面大風的出現(xiàn)。風向由偏東風隨高度順轉(zhuǎn)為西北風，08 時0-6 km 風矢量差為17.5 m/s,20 時達到25.2 m/s， 根據(jù)樊李苗[5]等的研究，風切變數(shù)值＞12 m/s 時就容易產(chǎn)生中等強度的強對流天氣風切變數(shù)值，＞20 m/s 時就有較高強度的強對流天氣風險，風速垂直切變增大，有利于對流風暴的發(fā)展和維持，使風暴的組織性更強，動力抬升條件充分；0 ℃層在3 km 左右，-20 ℃層在6 km 左右，對產(chǎn)生強冰雹天氣有利，近地面與高層較干，中低層相對較濕，同時存在上喇叭口和下喇叭口的探空曲線結(jié)構(gòu)特征， 有利于雷暴大風和冰雹等強對流天氣發(fā)生。

圖3 6月18日齊齊哈爾(a)08 時探空圖、(b)經(jīng)過14 時地面資料訂正后的探空圖以及(c)20 時探空圖

4 中尺度分析

4.1 中尺度對流云團演變特征

在有利于產(chǎn)生強對流天氣的環(huán)境背景下， 此次風雹天氣得以發(fā)生。 結(jié)合衛(wèi)星云圖與雷達產(chǎn)品資料可以總結(jié)出整個對流過程生命史： 從紅外云圖 （圖略）演變可以看出，2022年6月18日11 時左右對流云團在綏化市西北誕生， 生成后向東南方向移動發(fā)展，13 時在綏化市中部發(fā)展成熟，13 時30 分-14 時可見光云圖(圖略)顯示，對流云團出現(xiàn)上沖云頂結(jié)構(gòu)，在其移動方向上出現(xiàn)后部的絮狀卷云砧，同時紅外云圖中云頂亮溫由-33 ℃降為-41.2 ℃， 其在多地產(chǎn)生對流性大風并在北林區(qū)引發(fā)致災(zāi)的強冰雹，最后對流云團于15 時左右減弱并移出綏化境內(nèi)，風雹天氣過程結(jié)束。

4.2 雷達回波演變特征

縱觀整個強對流天氣過程， 對流云體從進入到移出綏化地區(qū)歷經(jīng)4 h，在此期間伴隨多個雷暴單體的生消和聚散，并在多地產(chǎn)生災(zāi)害性大風和冰雹，在下文中選取致災(zāi)較為嚴重的恭六鄉(xiāng)和五營鄉(xiāng)附近的雷達資料進行分析。

由綏化多普勒雷達監(jiān)測所得13 時27 分徑向速度場（圖略）顯示，在望奎境內(nèi)恭六鄉(xiāng)所在地上游5 km 處0.5°仰角下存在輻散，1.5°到2.4°仰角下存在中層徑向輻合，3.4°仰角下輻合輻散不明顯， 表明下沉氣流的出現(xiàn)， 是地面大風出現(xiàn)時清晰可見的速度圖特征之一，再分別對13 時16 分、13 時21 分和13 時27 分三個時次的強回波中心剖面， 其中反射率強中心在三個體掃內(nèi)高度的快速下降， 結(jié)合速度場特征分析發(fā)現(xiàn)這是一次典型的下?lián)舯┝鬟^程， 實況中在13 時29 分恭六鄉(xiāng)附近區(qū)域觀測到29.4 m/s 的極大風速。

在對13 時55 分強回波中心分析（圖略）發(fā)現(xiàn)，雷達反射率因子從0.5°到4.3°仰角范圍都可以在強中心后部觀察到明顯的后側(cè)“V”型缺口，這種對大顆粒的散射衰減是強雹出現(xiàn)的有力指標之一。 在出現(xiàn)后側(cè)“V”型缺口的回波位置靠近雷達一側(cè)（圖略）做強度垂直剖面可以看出明顯的懸垂結(jié)構(gòu)與其之下的弱回波區(qū)， 強中心最大回波強度超過65 dBZ， 高度達到8 km，回波頂高超過13 km，也是典型的冰雹云結(jié)構(gòu)。

在垂直累積液態(tài)水含量產(chǎn)品VIL（圖略）中，觀測連續(xù)三個體掃的VIL 極大值從45 kg/m2到60 kg/m2再到30 kg/m2， 在VIL 劇變位置的五營鄉(xiāng)產(chǎn)生了最大直徑達30 mm 的強冰雹，體現(xiàn)出VIL 先躍增，產(chǎn)生強冰雹后驟降的過程，是冰雹云回波有別于普通雷暴云回波的VIL 值變化特征；再根據(jù)VIL 值與冰雹尺寸的正相關(guān)性[6]，60 kg/m2的VIL 值表征強冰雹的出現(xiàn)。

5 小結(jié)

(1)本次過程是黑龍江省一次典型的西北氣流型冰雹，綏化市位于500 hPa 高空槽后脊前，受西北氣流控制，低層暖脊東推，高層小股冷空氣南下，高低層相互配合，低層存在輻合觸發(fā)機制，強對流天氣出現(xiàn)。

(2)高低層溫差較大，具備上冷下暖層結(jié)結(jié)構(gòu)，有較好的熱力不穩(wěn)定條件，水汽條件一般，地面與低層輻合抬升條件較為有利，存在較大的CAPE 值，潛在不穩(wěn)定能量較強；垂直方向上風隨高度順轉(zhuǎn)，且0-6 km 風速垂直切變較大，具備風暴持續(xù)發(fā)展的組織性條件，動力抬升條件充分。

(3)在相似風雹天氣過程中多種雷達產(chǎn)品的綜合應(yīng)用非常關(guān)鍵，強度場中后向“V”型缺口及其垂直剖面中回波懸垂與弱回波區(qū)， 徑向速度場中低層輻散與中層徑向輻合，以及VIL 值的大小和急劇變化，是判別冰雹大風天氣的重要指標。