效文娟

摘 要：本文對(duì)發(fā)生在2015年7月18日的一次致災(zāi)強(qiáng)降雹過(guò)程進(jìn)行分析，在分析環(huán)流背景、熱力、動(dòng)力、穩(wěn)定度條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，探討此次致災(zāi)強(qiáng)降雹的成因及發(fā)展。通過(guò)分析可知：500hPa處在低槽中，槽后有冷平流的輸送，地面冷空氣移動(dòng)促使前方暖濕空氣抬升，可造成冰雹天氣；地面中尺度低壓內(nèi)的輻合上升運(yùn)動(dòng)為此次降雹提供了很好的動(dòng)力輻合抬升條件，并呈現(xiàn)明顯的“人”字形特征；上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)、合適的-20℃和0℃層高度、大的不穩(wěn)定能量均為此次過(guò)程提供了有利的成雹和降雹條件；小尺度對(duì)流單體的迅速生消、合并增長(zhǎng)，發(fā)展成弓形回波，最終導(dǎo)致此次強(qiáng)降雹；強(qiáng)的回波中心、回波懸垂結(jié)構(gòu)、徑向速度的中尺度輻合流場(chǎng)、垂直累積液態(tài)水含量和回波頂高均有利于產(chǎn)生冰雹。

關(guān)鍵詞：低槽型；中低壓；輻合線；-20℃和0℃層高度；不穩(wěn)定條件；雷達(dá)產(chǎn)品特征

中圖分類號(hào)：P458.121.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）22-0156-05

Formation Mechanism Analysis of a Disaster Induced Hail Process

XIAO Wenjuan

（Sanmenxia Meteorological Bureau，Sanmenxia Henan 472000）

Abstract： Based on the analysis of the circulation background， thermal， dynamic and stability conditions， and combined with the new generation Doppler weather radar data， this paper discussed the cause and development of a disastrous hailstorm on July 18， 2015. The analysis showed that 500hPa was in a low trough， cold advection was conveyed behind the trough， and the movement of cold air on the ground caused warm and humid air to rise in front of the trough， which could cause hail weather. The unstable stratification of upper dry-cold and lower warm-wet， the suitable height of - 20℃ and 0℃ layers， and the large unstable energy all provided favorable conditions for hail formation and hail fall； the rapid growth and disappearance of small-scale convective monomers， merging and growth， developed into bow echoes， eventually led to the strong hail fall； the strong echo center， echo suspension the vertical structure， the mesoscale convergent flow field of radial velocity， the vertical cumulative liquid water content and the echo top height were all favorable for hail formation.

Keywords： low trough；the mesoscale low pressure；convergence line；-20℃ and 0℃ layer height；stability condition；doppler radar product features

三門峽市位于河南省西部（簡(jiǎn)稱豫西），大部分地區(qū)海拔高度為300～1 100m，氣候溫和，光照充足，年均降水650mm左右，是全國(guó)優(yōu)質(zhì)烤煙最適宜種植區(qū)之一，也是全國(guó)無(wú)公害優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)基地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，6—8月是三門峽市冰雹天氣的集中期，而6—8月剛好處于煙葉的旺長(zhǎng)期，也是其他經(jīng)濟(jì)作物和農(nóng)作物的旺長(zhǎng)期。此時(shí)，若發(fā)生雹災(zāi)，將會(huì)造成慘重?fù)p失。近年來(lái)，眾多氣象學(xué)專家和基層工作者針對(duì)豫西地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了諸多分析，展開了深入研究。陳紅霞[1]對(duì)2006年8月2日豫西地區(qū)一次冰雹天氣過(guò)程的多普勒雷達(dá)資料進(jìn)行了分析，得出一些結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。呂作俊[2]則利用三門峽市新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)2009年深秋發(fā)生在河南澠池縣的一次產(chǎn)生冰雹的超級(jí)單體風(fēng)暴的回波結(jié)構(gòu)及演變特征進(jìn)行分析。呂作俊[3]利用2006—2009年冰雹的雷達(dá)產(chǎn)品資料分析了豫西丘陵地形對(duì)冰雹災(zāi)害時(shí)空分布特征與落區(qū)的影響。本文對(duì)發(fā)生在2015年7月18日三門峽靈寶市朱陽(yáng)鎮(zhèn)南部的一次致災(zāi)強(qiáng)降雹過(guò)程進(jìn)行分析，在分析環(huán)流背景、熱力、動(dòng)力、穩(wěn)定度條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合三門峽市CINRAD/SB多普勒天氣雷達(dá)資料，分析此次致災(zāi)強(qiáng)降雹的成因。

1 致災(zāi)強(qiáng)降雹的過(guò)程概述

2015年7月18日15：11—15：29，三門峽靈寶市朱陽(yáng)鎮(zhèn)南部出現(xiàn)了大范圍冰雹天氣（見圖1），冰雹直徑約3cm，致使石坡灣村等七個(gè)行政村的玉米和煙田嚴(yán)重受災(zāi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，受災(zāi)面積約210hm2，受災(zāi)人口約1 500人，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300萬(wàn)元。

此次冰雹過(guò)程還伴隨在其相鄰的盧氏縣文峪鄉(xiāng)、湯河鄉(xiāng)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水（1h降水量≥20mm）（見圖1）。強(qiáng)降水主要集中在16：00—18：00。過(guò)程降水量分別為68.7mm和18.8mm。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 高空形勢(shì)演變分析

7月18日08：00 500hPa高空?qǐng)D上，西風(fēng)槽位于110°E附近，三門峽處于寬廣的低槽中，溫度槽落后于高度槽，槽后有冷平流。其后部有一個(gè)24h負(fù)變溫中心。未來(lái)此槽加深，有利于此次對(duì)流天氣動(dòng)力條件的加強(qiáng)。700hPa圖上，三門峽市處在北支槽底部，未來(lái)24h內(nèi)此槽穩(wěn)定少動(dòng)。850hPa圖上，在18日08：00，三門峽處在反氣旋環(huán)流控制之下，低層仍為下沉運(yùn)動(dòng)，天空狀況有利于地面升溫。

實(shí)況表明，在14：00之前，三門峽市以多云天氣為主。從距離降雹區(qū)最近的靈寶觀測(cè)站逐3h氣溫演變（如圖2中的1線所示）來(lái)看，08：00—14：00，溫度呈上升態(tài)勢(shì)，在14：00最高氣溫為29.4℃，對(duì)大氣不穩(wěn)定能量的積累有一定的作用。低層增溫明顯，高層有冷平流入侵，有利于形成上冷下暖的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。

2.2 地面形勢(shì)演變分析

從靈寶觀測(cè)站逐3h氣壓演變來(lái)看（如圖2所示的2線），08：00—14：00氣壓下降，14：00之后氣壓明顯上升，預(yù)示著14：00—17：00，有冷空氣從華北西南下開始影響三門峽市。從單站風(fēng)場(chǎng)變化（圖略）也可以看出，在13：00前后，靈寶站由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，預(yù)示著將受冷空氣影響。冷空氣對(duì)此次對(duì)流天氣的觸發(fā)有重要作用，冷空氣移動(dòng)促使前方暖濕空氣抬升，為降雹等強(qiáng)天氣的發(fā)生發(fā)展提供了較好的熱力和動(dòng)力條件[4]。

2.3 地面中尺度系統(tǒng)分析

從上述分析可以看出，在降雹區(qū)，上午氣溫為上升趨勢(shì)。從18日08：00—11：00的地面圖上（見圖3）可以看出，水平尺度不到100km的中尺度低壓系統(tǒng)，同時(shí)伴隨有兩條中尺度輻合線。在14：00前后，隨著冷空氣的入侵，在南北向輻合線附近，首先有對(duì)流單體的生成，并在中低壓處加強(qiáng)形成多單體風(fēng)暴，出現(xiàn)冰雹。此后，南北向輻合線逐漸減弱消失，東西向輻合線在南移過(guò)程中有所加強(qiáng)，在盧氏縣出現(xiàn)了小范圍的短時(shí)強(qiáng)降水。地面中低壓內(nèi)的輻合上升運(yùn)動(dòng)為此次降雹提供了良好的動(dòng)力輻合抬升條件。

3 物理量分析

3.1 不穩(wěn)定條件

假相當(dāng)位溫[θse]是反映溫度、氣壓和濕度的一個(gè)綜合物理量，可以利用其來(lái)分析大氣的熱力性質(zhì)，表征大氣不穩(wěn)定條件。沿34.1°N繪制18日08：00[θse]的剖面（見4），發(fā)現(xiàn)在降雹區(qū)（110.7°E）附近，從700hPa開始，[θse]向上和向下都呈增加態(tài)勢(shì)，在500hPa和925hPa上有2個(gè)中心，中心值分別為53℃和68℃。說(shuō)明在08：00，700hPa上已經(jīng)有冷空氣的入侵，有利于不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放。

3.2 水汽條件分析

水汽是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的基本因子。雹暴內(nèi)部含有大量水分，要求低層有足夠水汽供應(yīng)，雹暴常形成于低層有濕舌或強(qiáng)水汽輻合的地區(qū)[5]。從比濕的垂直方向（沿34.1°N繪制比濕的垂直剖面）上（見圖5）來(lái)看，發(fā)現(xiàn)在降雹區(qū)（110.7°E）附近，18日14：00，中低層濕度條件較好，從地面到700hPa，是明顯的濕層，比濕為12～14g/kg，800hPa向下，延伸出一個(gè)濕舌，降雹區(qū)就處在濕舌處。而700hPa以上比濕隨高度迅速減小，400hPa以上比濕幾乎為0，這種上干下濕的結(jié)構(gòu)有利于風(fēng)暴的產(chǎn)生。

在水汽及穩(wěn)定度條件滿足的情況下，有時(shí)只要有低層的輻合就能觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，造成對(duì)流天氣。而此次降雹過(guò)程中，地面中低壓內(nèi)的輻合抬升起了至關(guān)重要的作用。

4 探空資料分析

三門峽市無(wú)探空站，選取冷空氣路徑上的鄭州站（57083）和地面圖上南北向輻合線附近的西安站（57131）、安康站（57245）7月18日08：00的T-LogP圖（見圖6）進(jìn)行分析。

首先分析鄭州站的T-LogP圖。鄭州站探空資料顯示，0℃層高度約在600hPa處，而-20℃層高度在400hPa，為冰雹的形成建立了有利的環(huán)境條件。合適的0℃層和-20℃層高度既保證了云體可以發(fā)展較高，有利于冰雹的形成，同時(shí)當(dāng)雹塊長(zhǎng)大下落時(shí)也不至于因暖層較厚而被融化成雨滴。

鄭州站具有“喇叭狀”形狀的、明顯的上干、下濕的對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)，700hPa以下為明顯的濕層；700hPa以上為干層。

從925～250hPa，CAPE值非常大，約為1 458.6J/kg，同時(shí)低層的對(duì)流抑制能量幾乎為零。抬升凝結(jié)高度與對(duì)流凝結(jié)高度基本重合，在950hPa附近，有利于不穩(wěn)定能量的累積發(fā)展，最終產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

強(qiáng)對(duì)流天氣都發(fā)生在不穩(wěn)定的大氣層結(jié)中，對(duì)流有效位能CAPE、K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、兩等壓面[θse]的差值[Δθse850-500]、兩等壓面的溫度的差值[ΔT850-500]，兩個(gè)等溫面間的厚度（-20℃層高度和0℃層高度的差距）等都是表征大氣不穩(wěn)定層結(jié)的參數(shù)。從表1可以看出，在18日08：00，三門峽市周邊大氣的-20℃層高度和0℃層高度分別在4 500m和7 500m，具備了冰雹形成的適宜的環(huán)境。三站的[Δθse850-500]均大于零，其中安康站最大，為20.16℃，說(shuō)明此處氣層最不穩(wěn)定。各站的[ΔT850-500]在24℃以上，尤其是安康和西安站，其都在26℃以上。而且隨著高空冷平流的進(jìn)一步加強(qiáng)和低空升溫效應(yīng)，[ΔT850-500]將會(huì)繼續(xù)增加，向有利于不穩(wěn)定度加大的趨勢(shì)發(fā)展。K指數(shù)在08：00已出現(xiàn)大范圍33℃以上的區(qū)域，這也是不穩(wěn)定能量集聚。另外，安康和西安站的沙氏指數(shù)（SI）為-6℃

適宜的冰雹形成環(huán)境、不穩(wěn)定層結(jié)的建立和不穩(wěn)定能量的累計(jì)均為此次降雹提供了有利條件。

5 多普勒雷達(dá)資料分析

5.1 雷達(dá)回波演變特征

18日13：21，首先在靈寶、潼關(guān)和洛南三市交界處有回波單體生成，此回波加強(qiáng)到55dBz之后減弱，并略有東移。此時(shí)，在陜西華陰、潼關(guān)和洛南交界處又有強(qiáng)回波迅速生成發(fā)展，并分裂。分裂的單體東移，與之前減弱的回波合并，之后迅速在靈寶和洛南交界處發(fā)展，在14：46，中心強(qiáng)度達(dá)到60dBz（圖7（a）），但此時(shí)，回波主體（A）一直在洛南境內(nèi)。

與此同時(shí)，在靈寶朱陽(yáng)西南部也開始有回波單體成，并快速發(fā)展，到14：46，分中心達(dá)到55dBz（B）（圖7（a））。14：52，此強(qiáng)回波與位于洛南的回波有明顯合并的趨勢(shì)。到15：11（圖7（b）），發(fā)展成明顯的弓形回波，中心強(qiáng)度達(dá)到60dBz以上。預(yù)計(jì)此時(shí)出現(xiàn)冰雹，且出現(xiàn)在弓形回波的頂部和前部。中心強(qiáng)度為60dBz的回波約持續(xù)了18min。

從15：11的0.5°、1.5°和2.4°仰角基本反射率的垂直結(jié)構(gòu)（見圖8）可以看出，在組合反射率圖上，回波強(qiáng)度最大的區(qū)域，低層回波弱，高層回波強(qiáng)，有明顯的回波懸垂特征。這也是冰雹出現(xiàn)的顯著特征。

在雷達(dá)回波演變過(guò)程中，還有一個(gè)重要特征：回波單體幾乎在圖3所示的地面中低壓附近的南北向輻合線兩側(cè)生成，在中低壓處加強(qiáng)，最終發(fā)展為弓形回波。隨著中低壓和兩條輻合線的生、消，雷達(dá)回波呈現(xiàn)出“人”字形的變化特征（圖略），而且冰雹出現(xiàn)在“人”字的頂端。同時(shí)，雷達(dá)圖上“人”字形回波的變化特征也反證了地面圖上中尺度低壓和輻合線的演變特征。

5.2 基本徑向速度產(chǎn)品特征

從15：11的0.5°、1.5°和2.4°仰角基本徑向速度產(chǎn)品上（見圖9）可以看出，在弓形回波的前部，速度場(chǎng)上為明顯的γ中尺度反氣旋式輻合流場(chǎng)。在弓形回波中部（即頂部）有明顯的速度輻合。反氣旋式輻合流場(chǎng)不利于風(fēng)暴的長(zhǎng)久維持，因此，中心強(qiáng)度為60dBz的回波約持續(xù)了三個(gè)體掃，即18min后就開始減弱。

5.3 垂直累積液態(tài)水含量和回波頂高

在系統(tǒng)移動(dòng)加強(qiáng)過(guò)程中，回波強(qiáng)中心的垂直累積液態(tài)水含量（VIL）最大值達(dá)到53kg/m2；最強(qiáng)回波頂高（ET）達(dá)到12km以上。以上各項(xiàng)指標(biāo)均有利于冰雹的產(chǎn)生。

6 結(jié)論

①此次冰雹發(fā)生在低槽中，是由冷空氣移動(dòng)促使前方暖濕空氣抬升造成的。

②地面中尺度低壓內(nèi)的輻合上升運(yùn)動(dòng)為此次降雹提供了很好的動(dòng)力輻合抬升條件。

③上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)、合適的-20℃和0℃層高度、大的不穩(wěn)定能量均提供了有利的成雹和降雹條件。

④小尺度對(duì)流單體的迅速生消、合并增長(zhǎng)，發(fā)展成弓形回波，最終導(dǎo)致強(qiáng)降雹。

⑤強(qiáng)的回波中心、回波懸垂結(jié)構(gòu)、徑向速度的中尺度輻合流場(chǎng)、垂直累積液態(tài)水含量和回波頂高均有利于產(chǎn)生冰雹。

參考文獻(xiàn)：

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