唐帥等

摘要 應(yīng)用常規(guī)資料、NCEP再分析資料和營(yíng)口多普勒雷達(dá)資料對(duì)2014年6月18日發(fā)生在葫蘆島的一次冰雹過(guò)程的成因進(jìn)行分析，結(jié)果表明：此次冰雹過(guò)程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過(guò)境的過(guò)程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊的配置導(dǎo)致葫蘆島市冰雹的發(fā)生；冰雹發(fā)生前CAPE積聚，并且冰雹發(fā)生在CAPE中心西北部的等值線密集區(qū)處；冰雹發(fā)生前最大上升速度區(qū)和水汽飽和區(qū)均位于0 ℃層上，促使過(guò)冷水滴碰并成雹塊，垂直風(fēng)切變的增大，激發(fā)了干蓋的揭開(kāi)，促進(jìn)強(qiáng)對(duì)流暴發(fā)；雷達(dá)發(fā)射率因子和徑向速度上可分析出有利于冰雹出現(xiàn)的條件。

關(guān)鍵詞 前傾槽；對(duì)流有效位能；垂直風(fēng)切變；多普勒雷達(dá)；冰雹；遼寧葫蘆島

中圖分類(lèi)號(hào) P429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）14-0245-03

冰雹是遼寧夏季主要的災(zāi)害性天氣之一，由于其具有破壞力大、突發(fā)性、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)，給工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、電力通訊等部門(mén)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害。冰雹雖然持續(xù)時(shí)間短，受災(zāi)面積較小，但造成的危害和損失卻很?chē)?yán)重，重則使受災(zāi)區(qū)農(nóng)業(yè)絕收，甚至影響人畜生命安全[1]。近年來(lái)，有很多學(xué)者對(duì)遼寧地區(qū)的冰雹天氣進(jìn)行分析[2-3]，統(tǒng)計(jì)冰雹天氣的時(shí)空分布特征，并總結(jié)比較利于冰雹出現(xiàn)的天氣形勢(shì)，建立預(yù)報(bào)方法或分析出一些預(yù)報(bào)指標(biāo)或著眼點(diǎn)；也有學(xué)者[4-5]從物理量分析角度對(duì)冰雹過(guò)程進(jìn)行分析，找出一些冰雹天氣的預(yù)報(bào)方法。近年來(lái)，多普勒雷達(dá)在業(yè)務(wù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于雷達(dá)產(chǎn)品的冰雹短時(shí)預(yù)報(bào)研究也逐漸深入[6-10]。

葫蘆島市位于遼寧西南部，東部、南部瀕臨渤海，為狹長(zhǎng)的沿海平原帶，中部為丘陵區(qū)，而西部和北部則為燕山山脈和松嶺山脈，有一些海拔超過(guò)1 000 m的山峰。這種地形分布使得夏季葫蘆島沿海地區(qū)空氣濕潤(rùn)，山地對(duì)西來(lái)的冷空氣產(chǎn)生的動(dòng)力作用，常常在葫蘆島中部丘陵和沿海平原一帶出現(xiàn)冰雹天氣，給農(nóng)業(yè)帶來(lái)重大災(zāi)害。因此，研究冰雹的預(yù)報(bào)方法，對(duì)當(dāng)?shù)貧庀蠓罏?zāi)減災(zāi)有重要意義。

1 資料與方法

本文應(yīng)用的資料為高低空常規(guī)觀測(cè)資料、營(yíng)口多普勒雷達(dá)資料和NCEP 1°×1°再分析資料等對(duì)此次冰雹天氣的成因進(jìn)行分析。

2 環(huán)流背景分析

2.1 天氣概況

2014年6月18日午后葫蘆島地區(qū)先后2次遭受冰雹天氣襲擊：15：05—15：10興城市城區(qū)出現(xiàn)冰雹天氣；18：00，連山區(qū)西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)再次出現(xiàn)冰雹。雹粒直徑超過(guò)2 cm，2次冰雹造成市區(qū)多輛汽車(chē)損壞，約2 451 hm2農(nóng)作物受災(zāi)，其中成災(zāi)面積1 586 hm2，絕收面積905 hm2，受災(zāi)人口超過(guò)2.5萬(wàn)人，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2 500萬(wàn)元。

2.2 環(huán)流分析

6月18日8：00的環(huán)流形勢(shì)上，500 hPa中緯度地區(qū)在貝加爾湖以西和日本海上空存在2個(gè)槽，在之間的華北地區(qū)存在1個(gè)小槽，700 hPa上在華北地區(qū)也存在1條槽線與500 hPa的小槽對(duì)應(yīng)，通過(guò)2個(gè)層次的對(duì)比發(fā)現(xiàn)700 hPa槽線的位置落后于500 hPa，說(shuō)明在對(duì)流層中低層華北北部存在一個(gè)前傾槽；在地面上，遼寧北部存在一個(gè)低壓中心，在遼西-陜北的低壓帶中存在一條冷鋒。到14：00，500 hPa的小槽東移到華北地區(qū)東部，同時(shí)溫度場(chǎng)上有一個(gè)位于華北北部和遼寧西北部、中心溫度達(dá)到-14 ℃的冷中心與之配合，700 hPa槽線也東移，與500 hPa上的槽位置幾乎重合，而850 hPa溫度場(chǎng)上華北北部也存在一個(gè)溫度脊，地面低壓中心位置變動(dòng)不大，仍位于遼寧北部，低壓內(nèi)的冷鋒從遼寧西部穿過(guò)（圖1）。

通過(guò)以上分析可知，此次冰雹過(guò)程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過(guò)境的過(guò)程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊疊加的配置，非常利于大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，是造成此次葫蘆島市冰雹天氣發(fā)生的有利條件。

3 物理量分析

3.1 對(duì)流有效位能CAPE

大的對(duì)流有效位能CAPE和較大的垂直風(fēng)切變是產(chǎn)生大冰雹的有利條件[15]。

6月18日2：00對(duì)流有效位能CAPE大值區(qū)位于河北東部到山東北部，中心強(qiáng)度大于700 J/kg，位于河北東部；到8：00，大值區(qū)東移到渤海上，中心強(qiáng)度大于800 J/kg；到14：00（圖2a），大值區(qū)繼續(xù)東移，中心移到渤海海峽上，強(qiáng)度達(dá)到900 J/kg；到20：00（圖2b），向東南方向移動(dòng)到黃海上，遼西位于較弱的CAPE區(qū)。分析發(fā)現(xiàn)，14：00之前葫蘆島的CAPE值不斷增加到600 J/kg，18：00冰雹發(fā)生后，不穩(wěn)定能量被激發(fā)釋放，CAPE值20：00下降到400 J/kg左右。

從14：00和20：00 2個(gè)時(shí)次CAPE的分布來(lái)看，葫蘆島市一直位于中心北部梯度較大的位置，表明冰雹不是發(fā)生在CAPE大值中心，而是發(fā)生在中心西北部的等值線密集區(qū)處，這也與文獻(xiàn)的結(jié)論一致[7]。

3.2 相對(duì)濕度

從葫蘆島附近格點(diǎn)121°E、41°N相對(duì)濕度的時(shí)間空間剖面圖（圖3a）上可以看出，17日20：00開(kāi)始對(duì)流層中高層相對(duì)濕度普遍達(dá)到了80%以上，但在18日8：00之前低層相對(duì)濕度較低，而近地層濕度在80%以上，表明在葫蘆島的上空低層存在一個(gè)干層覆蓋，但由于在溫度的垂直分布上低層沒(méi)有逆溫現(xiàn)象存在，因此這只是一個(gè)“干蓋”，其導(dǎo)致氣塊在低層沿干絕熱上升，使大氣層結(jié)不穩(wěn)定性增強(qiáng)；8：00前后低層濕度也開(kāi)始增大，表明“干蓋”漸漸被揭開(kāi)，低層大氣逐漸趨于飽和，到14：00葫蘆島上空整層大氣基本都達(dá)到飽和；20：00中高層相對(duì)濕度急劇下降，中心降到了30%，而低層濕度進(jìn)一步增加達(dá)到飽和，表明在中高層存在干空氣平流、低層存在濕空氣平流，造成不穩(wěn)定層結(jié)，導(dǎo)致冰雹天氣的發(fā)生。

3.3 垂直速度和0 ℃高度

通過(guò)121°E、41°N垂直速度和0℃的時(shí)間空間剖面圖（圖3b）的分析發(fā)現(xiàn)，在14：00之前葫蘆島上空以下沉運(yùn)動(dòng)為主，到14：00，對(duì)流層中低層450 hPa到650 hPa形成一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，垂直速度達(dá)到-0.2 Pa/S，到20：00，葫蘆島上空的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)又轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動(dòng)。同時(shí)葫蘆島上空0 ℃等溫線高度在700 hPa附近，在14：00之前一直呈下降趨勢(shì)，從2900位勢(shì)米下降到2200位勢(shì)米，到20：00又略有升高。從垂直速度和0℃高度的配置來(lái)看，最大上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于0℃等溫線以上，從相對(duì)濕度場(chǎng)上看，同時(shí)次該區(qū)域相對(duì)濕度大于90%，空氣非常飽和，因此該區(qū)域的水滴為過(guò)冷水滴，是產(chǎn)生冰雹的主要源地，而較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)使雹胚與水滴不斷碰并成大冰雹。endprint

3.4 垂直風(fēng)切變

通過(guò)對(duì)14：00沿41°N的風(fēng)場(chǎng)垂直剖面圖（圖4）的分析，可發(fā)現(xiàn)底層的鋒面系統(tǒng)位于119°E附近，其東西兩側(cè)風(fēng)向分別為SW和NW，其高空風(fēng)速達(dá)36 m/s，為高空急流帶；葫蘆島上空高層風(fēng)速達(dá)30 m/s，而900 hPa到地面風(fēng)速在2 m/s左右，高低空風(fēng)速差超過(guò)20 m/s，表明午后葫蘆島上空存在明顯垂直風(fēng)切變。隨著系統(tǒng)的東移，當(dāng)鋒面移到葫蘆島境內(nèi)時(shí)，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣，產(chǎn)生冰雹。因?yàn)橛懈呖占绷鹘?jīng)過(guò)的地區(qū)垂直風(fēng)切變一般都較大，且風(fēng)切變的變化實(shí)際代表的是有效動(dòng)能的變化，所以有效動(dòng)能的增加，激發(fā)了低層干蓋的揭開(kāi)，引起高低層能量的交換，促進(jìn)了強(qiáng)對(duì)流暴發(fā)。

4 雷達(dá)反射率與徑向速度分析

從18日下午營(yíng)口多普勒雷達(dá)站0.5°仰角的基本反射率上可以看到，18日下午，在遼西地區(qū)先后生成多個(gè)對(duì)流單體，并在高空西風(fēng)的引導(dǎo)下向東移動(dòng)。

15：00前后有一個(gè)對(duì)流單體從葫蘆島地區(qū)中部經(jīng)興城市區(qū)東移到海上，在入海前該單體的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，中心最大發(fā)射率達(dá)到60 dBz，給興城市區(qū)帶來(lái)冰雹，但由于該單體范圍較小，持續(xù)時(shí)間較短，此次冰雹的時(shí)間也較短。

在16：44從朝陽(yáng)市境內(nèi)有一對(duì)流單體移入葫蘆島市連山區(qū)境內(nèi)，并且強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，在18：00前后強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，開(kāi)始出現(xiàn)冰雹。

對(duì)18日18：09的各層仰角的雷達(dá)反射率和徑向速度（圖5）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各個(gè)層次的反射率都較強(qiáng)。在0.5°仰角上，風(fēng)暴中心最大反射率達(dá)到66 dBZ，也是所有層次中最大的，其高度在2.3 km左右，與0℃層高度一致；1.5°仰角上，最大反射率62 dBZ；2.4°仰角上最大反射率達(dá)到61 dBZ，并出現(xiàn)三體散射長(zhǎng)釘TBSS，其高度在6.5 km左右，與450 hPa的高度一致，超過(guò)-20 ℃層（500 hPa附近）的高度，表明在 -20 ℃層以上也存在明顯的強(qiáng)回波中心；3.4°仰角上的最大回波強(qiáng)度為58 dBZ。

從同時(shí)刻的徑向速度圖上可以看出，在0.5°仰角上，風(fēng)暴中心處存在一個(gè)氣旋式輻合，到1.5°和2.4°仰角上輻合仍存在，但范圍和強(qiáng)度均較弱，到3.4°仰角上已不存在輻合，在葫蘆島上空存在一條明顯的西風(fēng)急流，表明該存在輻散。綜上，此次過(guò)程的輻合發(fā)展到6 km（450 hPa）的高度，在8 km附近（350 hPa）存在輻散，這種低層輻合、高層輻散的特征以及低層存在中氣旋是冰雹形成的極有利條件。

5 結(jié)論

此次冰雹過(guò)程發(fā)生在500 hPa小槽東移、地面冷鋒過(guò)境的過(guò)程中，高空槽前傾和高空冷中心、低層暖脊的配置，是造成葫蘆島市冰雹發(fā)生的有利條件。

冰雹發(fā)生前葫蘆島對(duì)流有效位能CAPE積聚，冰雹過(guò)后CAPE下降，并且冰雹發(fā)生在CAPE中心西北部的等值線密集區(qū)處。冰雹發(fā)生前最大上升速度區(qū)和水汽飽和區(qū)均位于0 ℃層上，促使過(guò)冷水滴碰并成雹塊。垂直風(fēng)切變的增大，激發(fā)了干蓋的揭開(kāi)，促進(jìn)強(qiáng)對(duì)流爆發(fā)。

雷達(dá)發(fā)射率因子圖上存在三體散射長(zhǎng)釘TBSS，-20 ℃層上存在強(qiáng)回波，徑向速度圖上存在低層輻合、高層輻散的特征，低層存在中氣旋，這些都是冰雹形成的極有利條件[11]。 6 參考文獻(xiàn)

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