桃仙機場一次冰雹天氣過程診斷分析

張 玉，王程昱

（遼寧省民航東北地區(qū)空中交通管理局氣象中心，遼寧 沈陽 110069）

冰雹是一種強對流天氣現(xiàn)象，在發(fā)生時，往往伴隨著強烈的下沉氣流，甚至風切變等危險天氣，而冰雹對飛機機體、發(fā)動機等也有很強的危險性，對飛機的飛行安全有著強烈的影響，桃仙機場累年平均冰雹日數(shù)為1.1天。2021年5月28日桃仙機場17∶28~18∶33出現(xiàn)了雷暴天氣，短時伴有中到大雨的強降水天氣，并在17∶51~17∶57出現(xiàn)了小冰雹。雖然時間較短，但對飛行安全影響較大。文章將利用NCEP再分析資料和歐洲中心的1小時數(shù)據(jù)，對2021年5月28日的天氣進行診斷分析，試圖找出冰雹出現(xiàn)的成因。

1 地面數(shù)據(jù)分析

從2021年5月28日午后的地面數(shù)據(jù)（表1）可以看出，從6∶00~9∶00，氣壓保持在較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，氣溫又較少提升，風向穩(wěn)定在東北風30~40°，風速為3 m/s，表明午后這一階段低層變化較少，能量處于不斷累積的狀態(tài)，但一直的高溫加上之前的降雨帶來的地面水汽，使得低層并不穩(wěn)定。但到了10時，此時強對流天氣正在影響本場或影響剛剛結(jié)束，而此時，風向迅速轉(zhuǎn)變，風速增大到6 m/s。氣壓從993.9 hPa升至995.7 hPa，溫度從18.2 ℃突降至14.5 ℃，落差達3.7 ℃，說明此時地面有強烈的降溫，應(yīng)為冷空氣的侵入，同時地面氣壓的升高，說明一是冷空氣入侵，再有就是可能伴有強烈的下沉氣流，說明此次過程，很有可能是上層冷空氣入侵，造成氣層的不穩(wěn)定狀態(tài)，使得午后升溫累積的能量爆發(fā)，才造成此次強對流天氣過程的原因。

表1 地面數(shù)據(jù)

2 形勢場分析

圖1表明，06時850 hPa高度上，低渦中心此時位于朝鮮半島北部附近，遼寧大部位于氣旋西側(cè)，偏北氣流控制，東北大部為弱冷平流，等溫線密集帶在遼寧西部以及渤海地區(qū)，其中遼西地區(qū)偏北風較大，說明此時低層有冷空氣入侵，且變壓將會較大，有利于不穩(wěn)定能量發(fā)展。此時桃仙機場位于低渦后部弱輻合區(qū)，風向雖已轉(zhuǎn)向偏北，但風速較小，明顯小于遼西以及華北地區(qū)偏北氣流，并且等溫線并不密集，溫度梯度較小，有利于能量累積。

圖1 06時850hPa風、溫度

而06時的500 hPa（圖2）高度場顯示，遼寧大部處于西北氣流控制之下，西北部有較強冷空氣入侵，遼寧西部以及華北北部溫度梯度較大，風速更是已達20~30 m/s，該區(qū)域此時應(yīng)伴有明顯的大風降溫天氣。桃仙機場位于高空槽后部，冷槽前沿等溫線、等壓線密集帶，預計后續(xù)將有明顯降溫，此時500 hPa高度上本場風速并不大，為10 m/s左右，急流軸位于遼西至遼南區(qū)域。

圖2 06時500hPa風、溫度

到了12時，850 hPa（圖3），低壓中心已移至朝鮮半島東部日本海區(qū)域，冷空氣已完全入侵東北，等溫線密集帶集中在華北地區(qū)。本場上空偏北氣流控制，風速已增至10 m/s以上，偏南區(qū)域已達18 m/s以上。表明此時，系統(tǒng)已經(jīng)東移，能量完成釋放，遼寧地區(qū)偏北氣流穩(wěn)定。

圖3 12時850hPa風、溫度

而在500 hPa（圖4），隨著系統(tǒng)東移，低壓中心在日本海上空，遼寧區(qū)域以西北氣流為主，等溫線、等壓線密集帶向東移動，位于遼西以及遼南區(qū)域。本場已處于冷空氣控制之下，層結(jié)上的擾動較小，系統(tǒng)影響減弱。此時的形勢場表明，冷渦系統(tǒng)已經(jīng)東移，本場已擺脫該系統(tǒng)的影響，不穩(wěn)定能量已經(jīng)耗散，后續(xù)天氣將以偏北風降溫為主。

圖4 12時500hPa風、溫度

結(jié)合CAPE和水氣圖（圖略），在06時，本場西側(cè)有較明顯的CAPE大值集中區(qū)，雖然最大值僅為200，但由于午后升溫能量累積，且隨著系統(tǒng)東移仍有可能在本場上空爆發(fā)，并且到12時，遼寧區(qū)域內(nèi)CAPE值減小至接近于0，說明在此期間，是有一定的能量釋放的。此外，整個東北區(qū)域在28日一天，從00時到06時到12時，均是水汽充沛，水汽通量以及水汽通量散度在整個東北較為均勻，沒有明顯的輸送帶，不容易出現(xiàn)長時間或較大降水量的暴雨天氣，但27日夜間以及28日午前，本場均出現(xiàn)小雨天氣，地面水汽充沛，高層也含有較多水汽，加上午后升溫，使得整層空氣呈現(xiàn)出高溫高濕的狀態(tài)，能量得到了大量的累積，說明仍有短時局地強降水的可能，為28日傍晚的冰雹以及短時強降水提供了能量以及水汽的儲備。

以上形勢場分析說明，從6∶00~12∶00，整個形勢場最大的變化就是冷渦系統(tǒng)東移，偏北風增強，說明此次過程，是由于500 hPa冷渦所引起的槽后降水過程，系統(tǒng)有明顯的東移，強對流過程與CAPE值能量場對應(yīng)較好，低層水汽充沛，但沒有明顯的輸送帶，強降水表現(xiàn)為短時局地性為主。

3 EC一小時數(shù)據(jù)引入

由于使用NCEP數(shù)據(jù)只有6小時整點數(shù)據(jù)，而本次過程主要發(fā)生在17∶00~18∶00，關(guān)鍵時間節(jié)點上的數(shù)據(jù)缺失使得對當時發(fā)生情況只能進行推論，并未有直觀體驗，因此引入歐洲中心的1小時數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)再對28日天氣進行分析。

取9∶00~10∶00（UTC）數(shù)據(jù)，對北緯41°，東經(jīng)110°~130°進行剖面，得到圖5；取北緯41°，東經(jīng)123°該點位置（桃仙機場位置），對5∶00~12∶00進行時間剖面，得到圖6。從圖5看出，低層溫度在E124-128件有明顯波動，0 ℃線在該區(qū)域有一明顯的下沉，可能表明該區(qū)域氣層對流活動較強，水汽在該區(qū)域上下波動，不斷融化凝結(jié)形成冰雹等較大冰晶或冰粒，西側(cè)隨偏北氣流的冷空氣下沉，溫度降低，東側(cè)隨偏南氣流暖空氣上升，溫度升高，且該區(qū)域整層濕度較大，說明該位置的溫度波動，與強對流系統(tǒng)中水汽垂直運動有關(guān)，甚至與冰雹的觸發(fā)有關(guān)，該溫度波動明顯時，可以作為冰雹天氣判斷標準之一。大濕區(qū)在東經(jīng)124°以東，在中低層有明顯的風向波動，600 hPa以下有明顯的南北風切變，說明此時該區(qū)域有一氣旋性結(jié)構(gòu)存在，很可能伴有較強的上升運動，可判斷為強對流天氣的觸發(fā)機制。結(jié)合圖6，看出整個0 ℃層高度較低，均在700 hPa以下，低層（900 hPa以下）明顯增溫，在10時出現(xiàn)雷雨后，迅速釋放，溫度明顯降低。而在10時之前，本場上空處于上干下濕的結(jié)構(gòu)，非常有利于能量的累積，但從時間剖面上看不到明顯的輔合線，而在空間剖面上則很明顯。到了10時（圖略），濕區(qū)增強，水汽含量增大，風向輻合區(qū)域東移，且風速有所增大，證明此時系統(tǒng)東移，強度增強，中低層（600 hPa以下）輔合線可以認為是此次強對流天氣過程的觸發(fā)機制之一。

圖5 09時風、溫、濕度剖面

圖6 05-12時風、溫、濕度剖面

4 結(jié)論

（1）本次雷雨過程，主要是因500 hPa冷渦引起。

（2）低層水汽充沛，水汽來源為本地，無明顯輸送，能量較強，與CAPE對應(yīng)較好。

（3）中低層（600 hPa以下）輔合線觸發(fā)機制；低層溫度突然降低波動可為冰雹發(fā)生的判斷標準。

（4）EC的1小時間隔數(shù)據(jù)有效填補NCEP數(shù)據(jù)之間的空檔。