逯野

（民航甘肅空管分局氣象臺(tái) 甘肅蘭州 730087）

摘 要：利用EC細(xì)網(wǎng)格和NECP中尺度模式的資料，對(duì)蘭州中川機(jī)場(chǎng)2015年9月19日小冰雹大風(fēng)生成的環(huán)境條件進(jìn)行物理量診斷分析，考察了EC細(xì)網(wǎng)格和NECP中尺度模式產(chǎn)品在此次天氣過程分析中的適用性。結(jié)果顯示：層結(jié)不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強(qiáng)的垂直風(fēng)切變及合適的0℃和-20℃層高度構(gòu)成了產(chǎn)生此次小冰雹大風(fēng)天氣的較有利的環(huán)境條件；假相當(dāng)位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)及抬升指數(shù)等物理量場(chǎng)，較好的反映了此次過程中冰雹大風(fēng)所需的不穩(wěn)定條件；偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

關(guān)鍵詞：小冰雹大風(fēng)；不穩(wěn)定條件；溫度垂直遞減率；

1 引言

蘭州中川機(jī)場(chǎng)地處青藏高原東北側(cè)，夏季雷暴天氣頻發(fā)，由于氣候干燥，所出現(xiàn)的雷暴天氣一般都較弱，冰雹大風(fēng)等強(qiáng)雷暴天氣較少。但其一旦出現(xiàn)對(duì)飛行安全、機(jī)場(chǎng)設(shè)施等均有著很大的影響，因此做好此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)對(duì)于蘭州中川機(jī)場(chǎng)的航空氣象服務(wù)有著重要的意義。嚴(yán)格意義上的冰雹大風(fēng)天氣中，產(chǎn)生的冰雹直徑要≥2cm，如章國(guó)財(cái)、俞小鼎等的著作與論述中提及的冰雹大風(fēng)天氣，都是指能產(chǎn)生較大冰雹的強(qiáng)對(duì)流天氣。由于水汽的缺乏，蘭州中川機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的冰雹多為直徑<5mm的小冰雹，所以蘭州中川機(jī)場(chǎng)的冰雹大風(fēng)天氣與嚴(yán)格意義上的冰雹大風(fēng)天氣有一定的區(qū)別。雖然目前對(duì)冰雹大風(fēng)類強(qiáng)對(duì)流天氣的研究較多，但研究對(duì)象多為中東部地區(qū)的產(chǎn)生較大冰雹的個(gè)例，對(duì)青藏高原東北側(cè)發(fā)生的只產(chǎn)生小冰雹的此類強(qiáng)對(duì)流天氣，相關(guān)論述較少見。

本文對(duì)2015年9月19日蘭州中川機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的一次冰雹大風(fēng)天氣過程進(jìn)行診斷分析，探討此次過程的環(huán)境特征，以期為蘭州中川機(jī)場(chǎng)此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)提供有益的借鑒。

2 天氣實(shí)況及影響

2015年9月19日下午在蘭州中川機(jī)場(chǎng)發(fā)生了一次冰雹大風(fēng)天氣過程，其中在17：07～17：15（北京時(shí)，下同）出現(xiàn)冰雹，在16：45～16：57出現(xiàn)大于等于17米/秒的大風(fēng)，期間最大風(fēng)速22米/秒，降雹及大風(fēng)持續(xù)時(shí)間均較長(zhǎng)。此次過程造成了一架航班返航備降，一架航班在降落過程中遭遇了低空風(fēng)切變。

3 天氣形勢(shì)分析

9月19日08時(shí)500hPa圖上蘭州及蘭州以北的區(qū)域位于西北偏西氣流中，有較強(qiáng)的冷平流。700hPa圖上相同區(qū)域位于較強(qiáng)的暖脊中，河西東北面有一高空槽，其底部切變位于蘭州附近。這種上冷下暖的溫度場(chǎng)配置再加上低層有切變的天氣形勢(shì)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生非常有利。

4 環(huán)境條件的診斷

4.1不穩(wěn)定條件

4.1.1溫度的垂直遞減率

溫度垂直遞減率越大越容易產(chǎn)生冰雹大風(fēng)，其值≥0.675℃/100m是章國(guó)財(cái)為冰雹大風(fēng)給出的預(yù)報(bào)指標(biāo)，但章國(guó)財(cái)指的冰雹大風(fēng)天氣中，要出現(xiàn)直徑≥2cm的冰雹。由圖1可見，從08時(shí)至14時(shí)，中川附近的700hPa和500hPa溫差大致在17℃左右，換算后，700hPa和500hPa間的溫度垂直遞減率大致為0.63℃/100m，超過了濕絕熱直減率但未達(dá)到0.675℃/100m，說明此次過程中溫度垂直遞減率偏小。偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

4.1.2假相當(dāng)位溫的垂直遞減率

較大的假相當(dāng)位溫垂直遞減率既有利于冰雹的產(chǎn)生也有利于大風(fēng)的產(chǎn)生，章國(guó)財(cái)指出在冰雹大風(fēng)天氣的臨近時(shí)刻，850hPa和500hPa假相當(dāng)位溫差≥6℃，換算后，假相當(dāng)位溫垂直遞減率約≥0.14℃/100m。由于中川海拔較高，850hPa和500hPa假相當(dāng)位溫差無實(shí)際意義，但可以利用700hPa和500hPa假相當(dāng)位溫差。圖2顯示，中川附近08時(shí)700hPa和500hPa假相當(dāng)位溫差約為1～3℃，到14時(shí)增大到4℃左右，換算后，14時(shí)假相當(dāng)位溫垂直遞減率約為0.15℃/100m，大于章國(guó)財(cái)給出的閾值。

4.1.3其他不穩(wěn)定指數(shù)

一般情況下產(chǎn)生冰雹大風(fēng)的環(huán)境還需要較高的對(duì)流有效能量和氣塊抬升至500hPa的不穩(wěn)定性，前者可以用對(duì)流有效位能（CAPE）或K指數(shù)表示，后者可以用抬升指數(shù)（LI）表示。

在冰雹大風(fēng)天氣的臨近時(shí)刻，章國(guó)財(cái)對(duì)不穩(wěn)定指數(shù)給出了以下閾值：CAPE≥1000J/kg、K≥32℃、抬升指數(shù)≤-1.0℃。14時(shí)EC細(xì)網(wǎng)格及NCEP預(yù)報(bào)的中川附近的CAPE值都較大，但未達(dá)到1000J/kg，由于數(shù)值預(yù)報(bào)的偏差，實(shí)際的CAPE值有可能達(dá)到了1000J/kg。而14時(shí)NCEP預(yù)報(bào)的K指數(shù)和抬升指數(shù)分別為33℃左右和-1.0℃左右，達(dá)到了上述閾值。

4.2水汽條件

冰雹大風(fēng)天氣的產(chǎn)生需要大氣低層充足的水汽。圖4顯示，08時(shí)700hPa中川位于一濕舌中，14時(shí)中川繼續(xù)位于濕舌中，且中川附近的比濕增大到8g/kg左右。對(duì)于中川及其周圍地區(qū)，在9月中旬700hPa的比濕達(dá)到8g/kg，是很大的也是較少見的。在溫度垂直遞減率偏小的情況下，大氣低層較大的水汽含量是假相當(dāng)位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)較大，抬升指數(shù)較小的重要原因，也是此次過程中能夠出現(xiàn)小冰雹的原因之一。

4.3垂直風(fēng)切變

中至強(qiáng)的垂直風(fēng)切變有利于形成有組織的對(duì)流，從而容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。地面～6km風(fēng)矢量差的絕對(duì)值≥15m/s且<20m/s為中等以上垂直風(fēng)切變，≥20m/s為強(qiáng)垂直風(fēng)切變。

根據(jù)中川及400hPa的海拔高度，地面～6km大致對(duì)應(yīng)地面～400hPa。14時(shí)中川附近400hPa高空風(fēng)為西北偏西風(fēng)18m/s，據(jù)機(jī)場(chǎng)地面觀測(cè)資料，14時(shí)地面風(fēng)為東南風(fēng)2～3米/秒。因此在14時(shí)，中川附近地面～6km風(fēng)矢量差的絕對(duì)值約為20m/s，達(dá)到了中至強(qiáng)垂直風(fēng)切變的標(biāo)準(zhǔn)。另外由于400hPa高度大致為中川上空對(duì)流層中層的高度，所以400hPa較大的高空風(fēng)反映了對(duì)流層中層干空氣的夾卷，而干空氣的夾卷有利于對(duì)流性大風(fēng)的產(chǎn)生。此次過程中雖然溫度垂直遞減率偏小，但由于層結(jié)不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強(qiáng)的垂直風(fēng)切變?cè)偌由辖邓耐弦芳案煽諝獾膴A卷作用，所以仍然產(chǎn)生了大風(fēng)。

4.40℃和-20℃層高度

冰雹的產(chǎn)生需要合適的0℃和-20℃層高度。在我國(guó)冰雹要求的0℃和-20℃層高度分別為2.5～5.6km、5.5～8.5km，且0℃到-20℃層的厚度≥2.8km。圖5顯示，從08時(shí)至14時(shí)中川附近的0℃和-20℃層高度及0℃到-20℃層的厚度均滿足上述要求。

5 結(jié)論

1、假相當(dāng)位溫垂直遞減率、CAPE、K指數(shù)及抬升指數(shù)這些反映層結(jié)穩(wěn)定度的物理量，較好的反映了此次過程中冰雹大風(fēng)所需的不穩(wěn)定條件。

2、層結(jié)不穩(wěn)定、低層較大的水汽含量、中至強(qiáng)的垂直風(fēng)切變及合適的0℃和-20℃層高度構(gòu)成了產(chǎn)生此次冰雹大風(fēng)天氣的較有利的環(huán)境條件。雖然溫度垂直遞減率偏小，但由于上述有利的環(huán)境條件再加上降水的拖曳及干空氣的夾卷作用，此次過程中仍然產(chǎn)生了大風(fēng)。

3、偏小的溫度垂直遞減率可能是此次過程中只出現(xiàn)直徑<5mm的小冰雹而未出現(xiàn)較大冰雹的原因之一。

4、700hPa上的切變線為此次強(qiáng)對(duì)流過程提供了抬升觸發(fā)機(jī)制。

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