九江市連續(xù)兩次冰雹天氣過程成因分析

周文龍，張晶晶

瑞昌市氣象局，江西瑞昌 332200

冰雹是強(qiáng)對流系統(tǒng)發(fā)展到強(qiáng)盛階段的產(chǎn)物，尤其是直徑超過2 cm的大冰雹，具有空間尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大、發(fā)展演變迅速的特點(diǎn)。每年初夏階段，九江市常受雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣的襲擊，給小范圍地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重?fù)p失。為了發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)的先導(dǎo)作用，以2021年5月15—16日連續(xù)兩次冰雹天氣為例，分析冰雹產(chǎn)生的原因和背景，通過分析不穩(wěn)定條件、雷達(dá)回波圖的特征和地形因素，為今后短時臨近預(yù)報和災(zāi)害性天氣研究提供參考[1-2]。

1 天氣實況

2021年5月15—16日，九江市受高空低槽、低層切變線、較強(qiáng)西南急流和地面冷空氣共同影響，出現(xiàn)了2次明顯的強(qiáng)雷電、短時強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對流性天氣過程，全市普降暴雨，部分大暴雨。瑞昌市南義鎮(zhèn)楊鍛村18:00左右下了冰雹，最大直徑為4～5 cm；橫港水庫、高泉水庫和花園、范鎮(zhèn)、邊山村等地出現(xiàn)了8級以上雷雨大風(fēng)，其中橫港水庫極大風(fēng)速達(dá)24.7 m/s。此次強(qiáng)對流天氣過程造成瑞昌市14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)，總受災(zāi)人口19 406人，緊急轉(zhuǎn)移安置人口81人，農(nóng)作物受災(zāi)面積9.64 km2，成災(zāi)面積4.49 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失1 671.15萬元，其中房屋及居民家庭財產(chǎn)損失378.35萬元，農(nóng)林牧漁業(yè)損失840萬元，其他損失452.6萬元。

2 環(huán)流形勢分析

隨著夏季副熱帶高壓北抬，我國南方暖濕氣流強(qiáng)盛，而北方仍有冷空氣不斷南下，冷暖空氣交匯造成大氣對流不穩(wěn)定，形成雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對流天氣。

由圖1、圖2可知，500 hPa高度場上呈現(xiàn)“兩槽一脊”，江西省西北部處于高空槽前，副高脊線15日08:00到20:00加強(qiáng)西伸后，減弱東退，逐漸維持穩(wěn)定；925 hPa風(fēng)場，15日20:00開始，切變線緩慢南壓，其南北兩側(cè)急流強(qiáng)盛，各層次垂直風(fēng)切變均較大，西南氣流逐漸加強(qiáng)。在此次過程中，瑞昌市一直處于西南急流中，較強(qiáng)的西南風(fēng)帶來充足的水汽，有利于對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，且對流系統(tǒng)沿低渦切變線生成，移速緩慢，形成“列車效應(yīng)”。因前期天氣晴好，氣溫持續(xù)偏高，高層的輻散、較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變、中高層的冷空氣，在上下一致的西南急流下，大氣形成上冷下暖態(tài)勢，該地區(qū)上空不穩(wěn)定能量不斷積聚，為產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣提供了有利的環(huán)流條件[3-5]。

圖1 2021年5月15日20:00 500 hPa高度場和925 hPa風(fēng)場疊加圖(a)、九江單站剖面圖(b)

圖2 2021年5月15日17:00(a)、20:00(b) 500 hPa形勢分析圖

3 不穩(wěn)定條件分析

3.1 對流有效位能分析

有效位能是一個從自由對流高度到平衡高度測量自由對流層的累積浮力能的垂直積分指數(shù)，對流CAPE值越大，對強(qiáng)對流及冰雹天氣產(chǎn)生越有利[6-7]。有學(xué)者研究指出，冰雹出現(xiàn)前的CAPE最高為2 931 J/kg，最低為12.5 J/kg，CAPE值在此區(qū)間有利于冰雹天氣的發(fā)生發(fā)展[8-9]。5月15日17:00，該地區(qū)CAPE 值接近2 500 J/kg。南昌站探空數(shù)據(jù)顯示，20:00 CAPE 值為1 830.9 J/kg，符合冰雹出現(xiàn)和發(fā)生發(fā)展的條件(圖3)。

圖3 2021年5月15日20:00南昌站探空圖

3.2 K指數(shù)分析

K指數(shù)越大，表示層結(jié)不穩(wěn)定越強(qiáng)[10-11]。由K指數(shù)圖(圖4)可以看出，江西西北部為明顯的K指數(shù)高值區(qū)，其K指數(shù)大值區(qū)從西南向東北延伸，20:00達(dá)到了43.5，隨著系統(tǒng)“列車效應(yīng)”的發(fā)展，使得該地區(qū)不斷生成超級單體，一直在大值區(qū)范圍內(nèi)，導(dǎo)致次日再度出現(xiàn)冰雹天氣過程，這種K指數(shù)大值區(qū)的分布特征與雷達(dá)回波中出現(xiàn)冰雹特征的地區(qū)吻合。

4 雷達(dá)回波分析

從雷達(dá)回波(圖5、圖6)可以看出，在本次天氣過程中，江西省西北部受西部及南部的兩股對流氣團(tuán)共同影響，南部氣團(tuán)自西南向東北移動，由其移動路徑可看出該氣團(tuán)本身僅對瑞昌市東南部有顯著影響，但由于其在瑞昌市東北部上空與西部的氣團(tuán)相遇，兩股氣團(tuán)的輻合使得西部氣團(tuán)的強(qiáng)度核心部分在瑞昌市上空持續(xù)停留了較長時間，西部氣團(tuán)本身在運(yùn)動發(fā)展過程中存在著明顯的“列車效應(yīng)”，故而使停留在瑞昌上空的氣團(tuán)核心強(qiáng)度不斷提高。6月15日18:31，雷達(dá)回波強(qiáng)度達(dá)到68.5 dBz，超過60 dBz，出現(xiàn)冰雹。冰雹天氣過程生消時間短，兩次冰雹天氣產(chǎn)生時，雷達(dá)回波強(qiáng)度均≥60 dBz，且出現(xiàn)了鉤狀回波、中氣旋等典型冰雹回波特征，是判別有無冰雹天氣的重要指標(biāo)。多時次的三體散射和中氣旋的出現(xiàn)標(biāo)志著超級單體的形成，而在超級單體附近出現(xiàn)了鉤狀回波，呈現(xiàn)“Λ”型特征，是典型的冰雹回波特征[12-13]。

圖5 2021年5月15日18:31雷達(dá)圖、鉤狀回波、中氣旋

圖6 多時次三體散射

5 地形對降雹的影響

瑞昌市地處幕阜九嶺低山丘陵區(qū)，由西南向東北傾斜，以低山丘陵為主，中部青山主峰海拔921.6 m，為境內(nèi)最高峰。境內(nèi)河流多，以青山為分水嶺，向東、南、西分別流經(jīng)德安、陽新市北濱江地區(qū)注入長江。地形的影響主要為強(qiáng)迫抬升作用引起垂直速度變化，山坡度越大、地面風(fēng)速越大，且風(fēng)向與山體走向愈垂直、地面垂直運(yùn)動愈強(qiáng)，冰雹發(fā)生時低層西南急流維持在16～24 m/s，風(fēng)向與山勢走向較為垂直，有利于垂直上升運(yùn)動，加強(qiáng)水汽垂直輸送，暖濕氣流 沿山坡被迫抬升，形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，使得對流風(fēng)暴高度組織化發(fā)展和傳播，較長的持續(xù)時間有利于大冰雹的產(chǎn)生，最終發(fā)生大冰雹天氣[14-15]。

6 結(jié)論

(1)在副熱帶高壓和切變線作用下，西南急流提供暖濕氣流，中高層冷空氣的侵入，使大氣形成上冷下暖態(tài)勢，較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變極易出現(xiàn)冰雹天氣。

(2)CAPE的分析是判據(jù)出現(xiàn)冰雹天氣的有效指標(biāo)；K指數(shù)大值區(qū)的范圍和移動走向能合理解釋再度出現(xiàn)冰雹的原因。

(3)雷達(dá)回波圖中，兩次冰雹天氣產(chǎn)生時，雷達(dá)回波強(qiáng)度均≥60 dBz，且出現(xiàn)了鉤狀回波、中氣旋等典型冰雹回波特征，是判斷有無冰雹天氣的重要指標(biāo)。

(4)地形地貌分析解釋了產(chǎn)生大冰雹的原因，但處于山區(qū)缺乏精確的氣象數(shù)據(jù)，無法提供數(shù)據(jù)支撐。