2021年黃石一次混合強(qiáng)對流天氣過程分析

潘夢瑩，劉熠炎，衛(wèi)文芳

黃石市氣象局，湖北黃石 435000

強(qiáng)對流天氣是指伴隨雷暴現(xiàn)象的對流性大風(fēng)（≥17.2 m/s）、冰雹、短時強(qiáng)降水等劇烈天氣，其強(qiáng)度大、生命史短、有突發(fā)性、春夏季頻發(fā)。混合對流是指冰雹大風(fēng)伴隨短時強(qiáng)降水的對流過程，這類強(qiáng)對流天氣的預(yù)報預(yù)警十分具有挑戰(zhàn)性。近年來，相關(guān)人員大量研究了關(guān)于強(qiáng)對流天氣預(yù)報預(yù)警方法技術(shù)，并取得較多成果[1-7]。目前，強(qiáng)對流天氣的對比分析大多數(shù)為同一類型，而針對混合強(qiáng)對流天氣的對比研究較少。此外，強(qiáng)對流天氣具有一定的地域性，環(huán)境參數(shù)閾值差異較大。本研究針對黃石2021年多次混合對流天氣的環(huán)境條件、雷達(dá)特征等開展對比研究，總結(jié)各類強(qiáng)對流天氣預(yù)警預(yù)報思路，為黃石強(qiáng)對流天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警提供參考。

1 天氣實(shí)況及災(zāi)情

2021年5月10日08:00—11日08:00黃石市普降中到大雨，局部暴雨，并伴有短時強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣，降雨量9.3~97.7 mm，有32站超過50 mm。其中，黃石64.8 mm、大冶31.6 mm、陽新53.3 mm；最大降雨量達(dá)到97.7 mm，出現(xiàn)在湖北師范大學(xué)。最大瞬時風(fēng)速27.2 m/s（10級），出現(xiàn)在大冶的東風(fēng)農(nóng)場。此次過程范圍廣、移速快、分布不均、強(qiáng)度大、天氣現(xiàn)象復(fù)雜。

截至2021年5月11日16:00災(zāi)情情況。（1）下陸區(qū)：直接經(jīng)濟(jì)損失約31萬元。朗天藥業(yè)車間遭受狂風(fēng)冰雹災(zāi)害，導(dǎo)致滴丸車間建筑樓頂棚彩瓦受損面積200余m2；新街辦大塘社區(qū)柵欄倒塌，兩棵樹木被吹倒。（2）西塞山區(qū)：黃思灣街道11棵樹木被吹倒，直接經(jīng)濟(jì)損失約0.5萬元。（3）開發(fā)區(qū) ·鐵山區(qū)：太子鎮(zhèn)龍莊村17個蔬菜大棚被吹倒，受災(zāi)面積約9.07 hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失25.5萬元左右。（4）黃石港區(qū)：受災(zāi)居民121戶，轉(zhuǎn)移安置群眾41戶，一般損壞房屋71戶，嚴(yán)重?fù)p壞房屋17戶；農(nóng)作物受災(zāi)11戶，5.46 hm2（均為季節(jié)性蔬菜）；樹木倒損58棵；圍墻倒塌120余m；建筑工地?fù)醢宓顾?2處；電力受損約500 m（電線桿倒塌）；天津路老實(shí)驗(yàn)高中路段護(hù)欄倒塌。（5）大冶：受災(zāi)6人，一般損壞農(nóng)房1戶3間，直接經(jīng)濟(jì)損失2萬元。

2 環(huán)流形勢分析

2021年5月10日20:00黃 石 市 處于500 hPa高原低渦前部、高空槽前，同時存在一個高壓壩，對低渦低槽系統(tǒng)移動起到阻擋作用，使系統(tǒng)在該市上空穩(wěn)定維持（圖1a）。10日08:00中低層切變線位于湖北的西北側(cè)，然后東移南壓。20:00黃石市位于中低層切變線東南側(cè)、925 hPa切變線上和西南急流的前端，700 hPa上急流速度達(dá)到20 m/s（圖1b）；850 hPa上急流速度12 m/s，使水汽不斷向該市輸送（圖1c）。在850 hPa上黃石市處在風(fēng)速輻合，有利于上升運(yùn)動的發(fā)生。在地面圖上，黃石市處于暖低壓前側(cè)，有利于能量的聚集，觸發(fā)對流天氣（圖1d）。

圖1 2021年5月10日20:00 黃石市500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）、地面天氣圖（d）

3 環(huán)境場分析

3.1 水汽條件

充足的水汽條件是形成強(qiáng)對流天氣的重要條件之一。從5月10日的風(fēng)場來看，中低層的西南急流，有利于水汽不斷向黃石市輸送，該市處于水汽通量散度負(fù)值區(qū)；從溫度露點(diǎn)差來看，黃石市位于濕舌內(nèi)，溫度露點(diǎn)差≤2℃，水汽處于飽和狀態(tài)；從探空圖上看，濕層深厚，LCL低，有較強(qiáng)的降水效率。

3.2 不穩(wěn)定能量

850 hPa與500 hPa的溫度差便是大氣的穩(wěn)定度，正值越大表示大氣越不穩(wěn)定。5月10日08:00 850 hPa與500 hPa溫 度 差 為27℃，20:00 850 hPa與500 hPa溫度差達(dá)到26℃。對流有效位能CAPE是環(huán)境空氣有效正浮力對單位質(zhì)量上升氣塊做功導(dǎo)致的氣塊垂直運(yùn)動動能的總量，是反映熱力不穩(wěn)定能量的最佳參量。10日08:00探空圖經(jīng)過訂正后，CAPE值達(dá)到2 598.6 J/kg，20:00 CAPE值下降至400 J/kg左右。

3.3 抬升觸發(fā)

黃石市位于500 hPa槽前正渦度平流，產(chǎn)生高空輻散；且在中低層切變線附近，風(fēng)向、風(fēng)速存在輻合。低層輻合，高層輻散，有利于上升運(yùn)動。較強(qiáng)的上升運(yùn)動可以觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，為此次強(qiáng)對流天氣提供了有利的動力條件。

4 探空分析

從探空圖上看，10日08:00溫濕廓線呈向上喇叭口和倒“V”形，中層干，有利于對流大風(fēng)的形成（圖2）。08:00 CAPE值經(jīng)訂正后為2 598.6 J/kg，且850 hPa與500 hPa溫度差達(dá)27℃，不穩(wěn)定能量有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。另外，0℃和-20℃高度分別為4.5和7.5 km，合適的高度對產(chǎn)生冰雹有利。10日20:00溫濕廓線呈狹長形，濕層深厚，抬升凝結(jié)高度低，降水效率較高，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生；0~3 km垂直風(fēng)切變?yōu)?6.9 m/s，0~6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?9.5 m/s，K指數(shù)為41.2，不穩(wěn)定能量較好。

圖2 2021年5月10日08:00和20:00武漢探空圖

5 衛(wèi)星云圖分析

從10日10:00~11日06:00紅外云圖上看，對流云團(tuán)沿著切變線方向附近生成，在東移過程中不斷激發(fā)新的對流，從而造成黃石市的強(qiáng)對流天氣（圖3）。10日10:00對流云團(tuán)在湖北中南部，之后逐漸東移，14:00對流云團(tuán)移至黃石市上空，該市出現(xiàn)大風(fēng)，14:30左右出現(xiàn)局地冰雹天氣，16:00黃石市有短時強(qiáng)降水，20:00后對流云團(tuán)移出黃石市。11日00:00新的對流云團(tuán)生成，01:00逐漸東移至黃石市，該市出現(xiàn)降水天氣，06:00對流云團(tuán)移出黃石市，降水結(jié)束。

圖3 2021年5月10日黃石市10:00~11日06:00紅外云圖

6 雷達(dá)特征分析

6.1 反射率因子

從組合反射率因子上看，5月10日14:12回波呈鉤狀結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)反射率因子強(qiáng)度達(dá)到69 dBz，回波十分密實(shí)（圖4a）。從反射率剖面圖上看，呈高懸的強(qiáng)回波，超過50 dBz的回波高度伸展10 km以上，存在弱回波區(qū)和回波懸垂，這些回波特征是出現(xiàn)冰雹的典型特征（圖4b）。

圖4 2021年5月10日14:12組合反射率（a）和反射率剖面（b）

6.2 基本速度

10日14:12黃石市上空速度圖上有中氣旋（圖5）。從不同仰角的上看，6.0°仰角可見風(fēng)暴頂輻散；4.3°仰角從雷達(dá)至黃石市徑向速度方向上，黃石市的右上方速度朝向武漢雷達(dá)，左下方遠(yuǎn)離雷達(dá)，形成一個中氣旋；0.5°仰角上咸寧出現(xiàn)速度模糊，最大速度達(dá)到27 m/s。15:24黃石市上空0.5°仰角上出現(xiàn)低層輻合，呈弓形，弓形回波有利于大風(fēng)的產(chǎn)生。同時低層輻合，高層輻散，產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動。

圖5 2021年5月10日14:12 6.0°、4.3°、0.5°仰角和15:24仰角基本速度圖

6.3 垂直積分液態(tài)水含量和回波頂高

垂直積分液態(tài)水含量VIL躍增至65 kg/m2（圖6a），對應(yīng)回波頂高為16 km（圖6b），強(qiáng)風(fēng)暴高度高。VIL密度超過4 g/m3，產(chǎn)生大冰雹概率大。

圖6 2021年5月10日14:12垂直積分液態(tài)水含量（a）和回波頂高圖（b）

7 結(jié)束語

綜合分析2021年5月10日黃石地區(qū)出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣過程，得出以下主要結(jié)論：

（1）此次強(qiáng)對流天氣過程的氣候特點(diǎn)是范圍廣、移速快、分布不均、強(qiáng)度大、天氣現(xiàn)象復(fù)雜。

（2）此次強(qiáng)對流天氣過程的環(huán)流背景：高層低渦低槽東移和高壓壩阻擋，中低層切變線由西北向東南影響黃石市，西南急流旺盛，地面暖低壓有利于能量的聚集。

（3）此次強(qiáng)對流天氣過程的成因：充足的水汽、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動及不穩(wěn)定能量，有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。

（4）溫濕廓線呈向上喇叭口和倒“V”形，中層干，有利于對流大風(fēng)的形成，較大的CAPE值，0℃和-20℃合適的高度有利于冰雹大風(fēng)的產(chǎn)生。狹長形的溫濕廓線、濕層深厚、暖云厚、LCL低有利于短時強(qiáng)降水發(fā)生。

（5）反射率因子具有高懸的強(qiáng)回波、弱回波區(qū)、回波懸垂，是冰雹的典型回波特征；同時速度圖上低層輻合，高層輻散，產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動；垂直積分液態(tài)水含量高也是冰雹判定的指標(biāo)之一。