趙 強，郭 莉

(1.陜西省氣象臺，西安 710014；2.商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

商洛地區(qū)冰雹天氣形勢及潛勢預(yù)報指標(biāo)

趙 強1，郭 莉2

(1.陜西省氣象臺，西安 710014；2.商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

利用地面氣象觀測報表和災(zāi)情記錄，統(tǒng)計2002—2011年商洛地區(qū)共出現(xiàn)冰雹天氣過程48例。根據(jù)500 hPa天氣形勢，將商洛冰雹天氣分為冷渦型、西北氣流型、高空槽切變型三種類型。通過計算冰雹個例的動力、熱力、能量、穩(wěn)定度指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)與商洛冰雹天氣關(guān)系密切的11個物理量指標(biāo)。其中，初夏(5—6月)和盛夏(7—8月)冰雹天氣的K指數(shù)、沙氏指數(shù)、850 hPa和500 hPa溫差、瑞士雷暴指數(shù)、850 hPa露點溫度等對流指標(biāo)表現(xiàn)出顯著的差異，在進行冰雹潛勢預(yù)報時需要注意。CAPE值、0 ℃層和-20 ℃層高度在各月差異不大。5—6月進行冰雹潛勢預(yù)報時應(yīng)特別關(guān)注低層水汽條件的增加，7—8月應(yīng)特別注意0 ℃層和-20 ℃層的高度是否適合冰雹的生成。冰雹預(yù)報指標(biāo)在2012—2014年商洛冰雹天氣過程中得到了較好的檢驗。

冰雹；天氣形勢；預(yù)報指標(biāo)；商洛地區(qū)

冰雹是一種局地性強、季節(jié)性明顯的災(zāi)害性天氣，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)均可造成嚴(yán)重危害。商洛地區(qū)位于秦嶺東南麓，地形復(fù)雜，雹暴頻繁出現(xiàn)，對當(dāng)?shù)氐目緹煹冉?jīng)濟作物有較大影響。對于陜西的冰雹天氣過程，預(yù)報人員多從冰雹個例方面進行了研究[1-2]，得出了有益的結(jié)論，但對冰雹天氣普遍性的預(yù)報指標(biāo)的研究還較少。根據(jù)地面氣象觀測報表和災(zāi)情記錄，統(tǒng)計2002—2011年商洛地區(qū)出現(xiàn)冰雹天氣過程48例，對冰雹天氣過程的天氣形勢進行了分型，并通過計算冰雹個例的動力、熱力、能量、穩(wěn)定度等指標(biāo)，總結(jié)出商洛地區(qū)冰雹天氣發(fā)生的預(yù)報指標(biāo)，為商洛地區(qū)冰雹天氣的潛勢預(yù)報提供支撐。

1 天氣形勢分類

根據(jù)冰雹日08時500 hPa高空形勢，歸納出商洛產(chǎn)生冰雹天氣主要有三種典型的天氣形勢，分別為冷渦型、西北氣流型、高空槽切變型。

(1)冷渦型 500 hPa高空環(huán)流經(jīng)向特征明顯，西太平洋副熱帶高壓位置偏南偏東，西脊點在120°E以東，脊線在20°N以南，冷渦中心主要位于我國華北地區(qū)，商洛處于冷渦西側(cè)較強的西北氣流中，風(fēng)速可達(dá)12～16 m/s，中高空干冷氣流較強。850 hPa，陜南東部有切變線存在，安康站為4～6 m/s偏南風(fēng)，850 hPa和500 hPa溫差可達(dá)26～30 ℃(圖1)。由此可見，冷渦型主要表現(xiàn)為在冷渦天氣系統(tǒng)下，陜西東部地區(qū)中層存在的較強偏北氣流侵入低層較暖濕的空氣中(上層干冷、下層暖濕)，在空氣的交匯處產(chǎn)生溫度差動平流，形成位勢不穩(wěn)定，產(chǎn)生冰雹天氣，冷渦型主要出現(xiàn)在5、6月。

(2)西北氣流型 500 hPa高空環(huán)流呈經(jīng)向型，新疆—河套為高壓脊控制，東北—華北有一低槽，商洛受高壓脊前一致的西北氣流控制，風(fēng)速為12～16 m/s，高空有強的干冷空氣侵入。850 hPa安康—西安存在4 m/s的偏南風(fēng)輸送暖濕空氣，上、下層溫度差動平流形成了上層干冷、下層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)(圖2)。西北氣流型主要表現(xiàn)為中層強烈的干冷空氣侵入和強的垂直風(fēng)切變，地面上常有弱冷鋒存在。

圖1 冷渦型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

圖2 西北氣流型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

(3)低槽型 500 hPa形勢場上中緯度環(huán)流形勢呈緯向型，以平直西風(fēng)氣流為主。寧夏—甘肅南部有西風(fēng)淺槽東移，高空槽前存在正渦度平流造成的動力性上升運動，500 hPa安康、西安、延安為西南風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)4～8 m/s，陜西以南的四川地區(qū)仍為西北氣流控制，水汽通道不通暢，商洛仍為干空氣控制，溫度露點差大于8 ℃。850 hPa安康—西安附近為一切變線，850 hPa溫度較高，可達(dá)20～25 ℃(圖3)。水汽條件較好，露點溫度可達(dá)8～10 ℃，溫度露點差小于6 °C，上層干冷、下層暖濕造成不穩(wěn)定形勢。由此可見，高層短波槽前正渦度平流的動力抬升作用和低層較強的暖平流造成的上層冷下層暖的不穩(wěn)定層結(jié)是形成該類冰雹天氣的主要機制。

圖3 低槽切變型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

2 物理量統(tǒng)計特征

冰雹天氣的大尺度天氣學(xué)條件是水汽、條件性不穩(wěn)定層結(jié)和抬升觸發(fā)機制，位勢和層結(jié)不穩(wěn)定是強對流活動最重要的基本條件，對流能量的大小決定了對流發(fā)展的程度。因此，分析大氣位勢和層結(jié)不穩(wěn)定、對流能量、垂直風(fēng)切變等物理量指標(biāo)是冰雹潛勢預(yù)報的重要手段。利用西安站08時探空資料(商洛無探空站)對商洛冰雹天氣的水汽、不穩(wěn)定指標(biāo)、能量指標(biāo)的閾值進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)11個指標(biāo)在商洛冰雹天氣過程中有較好的指示作用(表1)。這些指標(biāo)能夠反映大氣的對流不穩(wěn)定度、水汽、能量和垂直風(fēng)切變等方面的信息，對強對流天氣的產(chǎn)生有較好的指示意義。

表1 5—8月商洛地區(qū)對流參數(shù)冰雹日平均值和月氣候平均值(西安站08時)

K指數(shù)、850 hPa露點溫度及溫度露點差、850 hPa和500 hPa溫差在5—8月有顯著的差異，這與各月的水汽和溫度的氣候平均值不同有關(guān)。5—6月，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，夏季暖濕氣流還未到達(dá)陜西，中低層大氣水汽含量少、溫度低，因此，5—6月冰雹天氣出現(xiàn)時，K指數(shù)為26～28 ℃；7—8月，隨著副高和夏季風(fēng)的北移，陜西地區(qū)的大氣層增溫增濕，冰雹天氣出現(xiàn)時，K指數(shù)達(dá)到32 ℃。850 hPa和500 hPa溫差在5—6月冰雹天氣時為30 ℃，而7—8月只有25 ℃左右，這是因為7—8月高層冷空氣減弱，大氣上下層的溫差減小造成的。850 hPa露點溫度反應(yīng)了低層的水汽條件，5—6月850 hPa露點溫度氣候平均值為3 ℃左右，而商洛冰雹天氣出現(xiàn)時，850 hPa露點溫度為8 ℃，表明了5—6月冰雹發(fā)生前850 hPa水汽含量明顯增大；7—8月850 hPa露點溫度氣候均值在13 ℃左右，冰雹天氣出現(xiàn)時，850 hPa露點溫度達(dá)到了14 ℃，說明7—8月水汽條件較好，水汽條件能夠滿足對流要求，重點應(yīng)關(guān)注產(chǎn)生對流的穩(wěn)定度條件。

沙氏指數(shù)(SI)在5—6月小于0 ℃時就可能產(chǎn)生冰雹，在7—8月小于-1 ℃時產(chǎn)生冰雹的可能性大。CAPE值各月差異不大，產(chǎn)生冰雹天氣時西安站08時的CAPE值大約在400 J/kg左右，值較小，利用14時地面溫度和露點進行訂正后，可以看出冰雹發(fā)生時CAPE值可達(dá)1 000 J/kg(14時)。

強天氣威脅指數(shù)(SWEAT)和瑞士雷暴指數(shù)(Swiss1、Swiss2)是兩個綜合指標(biāo)，反應(yīng)了不穩(wěn)定條件、水汽條件和垂直風(fēng)切變的綜合影響。商洛出現(xiàn)冰雹天氣時，強天氣威脅指數(shù)和瑞士雷暴指數(shù)有較好的反應(yīng)。通過計算5—8月強天氣威脅指數(shù)和瑞士雷暴指數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)其在冰雹日的大小與月平均值有顯著差異。5—6月SWEAT指數(shù)大約為180、Swiss1小于2，Swiss2小于4左右的時候，容易有冰雹發(fā)生；7—8月SWEAT在220左右、Swiss1小于1、Swiss2小于2左右的時候，容易有冰雹發(fā)生。

從以上分析發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定條件、水汽條件在初夏和盛夏有顯著差異。5—6月是春、夏季節(jié)轉(zhuǎn)化時期，大氣溫度較低，0 ℃層高度一般都在4 km左右，比較適合冰雹的生成[6]，但這一時期大氣濕度條件較差，850 hPa露點溫度只有3～4 ℃，而產(chǎn)生冰雹天氣露點溫度需達(dá)8 ℃左右，因此初夏(5—6月)進行冰雹潛勢預(yù)報時應(yīng)特別關(guān)注低層水汽條件和不穩(wěn)定指標(biāo)(K指數(shù))。7—8月低層水汽含量明顯增加，850 hPa露點溫度達(dá)12 ℃，冰雹發(fā)生時露點溫度為13～15 ℃，兩者差異并不大，因此，7—8月850 hPa露點溫度指標(biāo)就失去了意義，此時改用溫度露點差效果會好些。7—8月氣溫升高，0 ℃層高度抬高至5 km左右、-20 ℃層在8 km左右，通常產(chǎn)生冰雹天氣時0 ℃層在4 km、-20 ℃在7 km，雖然7—8月濕度和能量條件有利于對流天氣的產(chǎn)生，但0 ℃層和-20 ℃層高度不利于冰雹的產(chǎn)生，因此7—8月冰雹預(yù)報時應(yīng)特別注意0 ℃層和-20 ℃層高度是否適合冰雹的生成。

3 預(yù)報指標(biāo)檢驗

根據(jù)統(tǒng)計得到的商洛地區(qū)冰雹天氣預(yù)報指標(biāo)，對2012—2014年商洛冰雹天氣過程進行檢驗。2012—2014年商洛地區(qū)共出現(xiàn)3次冰雹天氣過程，分別出現(xiàn)在2013年5月22日(過程1)、2013年8月11日(過程2)、2014年7月16日(過程3)。通過分析三次冰雹天氣過程500 hPa天氣形勢發(fā)現(xiàn)，過程1、2屬于低槽型，過程3屬于西北氣流型。

過程1、2形勢較為相似，500 hPa寧夏—甘肅南部有淺槽東移，槽前為正渦度平流，商洛位于槽前西南氣流中，淺槽移動較快，500 hPa相對濕度小于30%。850 hPa安康—西安附近有切變線，安康站為西南風(fēng)，風(fēng)速達(dá)6 m/s，溫度場上商洛受暖脊控制，形成了上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，西風(fēng)槽前正渦度平流產(chǎn)生的低層上升運動及切變線為商洛冰雹天氣的發(fā)生提供了動力抬升條件。對照兩次冰雹天氣過程的各項指標(biāo)(表2)，過程1有7項指標(biāo)達(dá)到5月商洛冰雹日指標(biāo)的平均值，其余4項指標(biāo)基本達(dá)到了指標(biāo)的平均值，表明5月的冰雹指標(biāo)在這次過程中得到較好的檢驗；過程2有6項指標(biāo)達(dá)到冰雹日指標(biāo)的平均值，其余5項指標(biāo)接近平均指標(biāo)，過程2有強不穩(wěn)定能量，但0 ℃層和-20 ℃層高度較高，這可能是因為對流發(fā)展旺盛，強上升運動達(dá)到了較高的高度而出現(xiàn)了冰雹。

表2 2012—2014年商洛三次冰雹日對流參數(shù)值(西安站08時)

過程3中，500 hPa亞洲中、高緯為兩槽一脊形勢，巴爾喀什湖地區(qū)和東北—華北各為一低槽區(qū)，新疆為高壓脊區(qū)，商洛位于新疆高脊前和華北低槽后的西北氣流中，700 hPa關(guān)中—陜南有一橫向切變線，850 hPa關(guān)中西部—陜南西部切變線呈南北走向，高原上的暖舌伸向陜西，上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)為強對流天氣的發(fā)生提供了有利條件。對照7月商洛冰雹預(yù)報指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)K指數(shù)等4項指標(biāo)超過指標(biāo)平均值，其余指標(biāo)超過了氣候均值，接近指標(biāo)的平均值，這可能是因為此次冰雹天氣只出現(xiàn)在一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，范圍小的原因。

檢驗結(jié)果說明，商洛冰雹天氣的高空形勢分型和預(yù)報指標(biāo)在2012—2014年的三次冰雹天氣中檢驗結(jié)果較好。在指標(biāo)應(yīng)用時，應(yīng)注意運用多個指標(biāo)綜合判斷大氣的水汽、不穩(wěn)定和能量條件，綜合應(yīng)用冰雹平均指標(biāo)和氣候均值指標(biāo)，能夠更準(zhǔn)確地做好冰雹潛勢預(yù)報。但是由于2012年以后商洛的冰雹天氣較少發(fā)生，預(yù)報指標(biāo)還有待進一步應(yīng)用和檢驗。

4 結(jié)論與討論

(1)根據(jù)冰雹日08時500 hPa高空形勢，歸納出商洛產(chǎn)生冰雹天氣主要有三種典型天氣形勢：冷渦型，西北氣流型，高空槽切變型。

(2)5—6月冰雹天氣時，K指數(shù)指標(biāo)為26～28 ℃，7—8月為32 ℃；850 hPa和500 hPa溫差5—6月達(dá)到28～30 ℃時，出現(xiàn)冰雹的可能性大，7—8月達(dá)到25 ℃就有發(fā)生冰雹的可能。

(3)沙氏指數(shù)5—6月小于0 ℃時就可能產(chǎn)生冰雹，7—8月小于-1 ℃時冰雹產(chǎn)生的可能性大。CAPE值在各月差異不大，冰雹天氣時西安站08時CAPE值大約為400 J/kg。

(4)5—6月SWEAT為180，Swiss1小于2，Swiss2小于4時，容易有冰雹發(fā)生；7—8月SWEAT為220，Swiss小于1，Swiss2小于2時，容易有冰雹發(fā)生。

(5)5—6月進行冰雹潛勢預(yù)報時應(yīng)特別關(guān)注低層的水汽條件變化，7—8月應(yīng)注意0 ℃和-20 ℃的高度是否適合冰雹的生成。

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1006-4354(2014)06-0001-05

2014-09-02

趙強(1981—)，男，陜西商南人，碩士，工程師，從事天氣預(yù)報和研究。

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