張釗 張俊利 王晶晶

摘 要：本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料、數(shù)值預(yù)報(bào)模式、閃電定位資料等，分析探討了2018年3月4日發(fā)生在湖南省邵陽市一次局地風(fēng)雹天氣過程。結(jié)果表明：本次過程在500hPa高空槽、中低層切變線與西南急流、地面中尺度氣旋等共同作用下發(fā)生的；強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前，地面存在明顯的露點(diǎn)鋒，且在邵陽地區(qū)上空維持近4h；08：00實(shí)況探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指數(shù)結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)模式探空、紅外云圖與1.25km可見光云圖上的中尺度對(duì)流復(fù)合體發(fā)生發(fā)展東移，對(duì)午后的風(fēng)雹天氣具有一定參考意義；從對(duì)溫度平流、比濕、假相當(dāng)位溫等物理量分析可以看出，此次強(qiáng)對(duì)流天氣大氣層結(jié)不穩(wěn)定明顯，對(duì)流層中部有明顯干冷平流入侵，與低層暖濕平流疊置形成不穩(wěn)定區(qū)域，假相當(dāng)位溫上也能明顯看出大氣不穩(wěn)定特征；從對(duì)閃電資料分析可以看出，此次過程在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)移入邵陽之前，云團(tuán)中的負(fù)地閃特征明顯，云團(tuán)移過雪峰山脈之后，又有再次加強(qiáng)發(fā)展的一個(gè)特征，由此可以得出，如果在雪峰山脈以西地區(qū)有較強(qiáng)的負(fù)地閃，未來3～5h要加強(qiáng)防范邵陽地區(qū)的風(fēng)雹天氣。

關(guān)鍵詞：中尺度氣旋；露點(diǎn)鋒；負(fù)地閃

中圖分類號(hào)：S164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515056

基金項(xiàng)目：湖南省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)“邵陽地區(qū)雷雨大風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)指標(biāo)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：XQKJ19C007）引言

強(qiáng)對(duì)流天氣包括冰雹、雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等，具有生成時(shí)間快、致災(zāi)性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)分析難度均比較大。近年來[1-8]已經(jīng)有許多學(xué)者對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行相關(guān)研究工作，陳鳳英[9]等對(duì)江西一次早春冷鋒風(fēng)雹天氣過程進(jìn)行分析，孫家駿等[10]對(duì)遼寧省朝陽市8.16一次局地風(fēng)雹天氣過程進(jìn)行分析，童紅梅等[11]對(duì)發(fā)生在鄂東一次局地風(fēng)雹過程成因進(jìn)行分析。湖南省邵陽市處于湘西南，多丘陵山區(qū)，春夏之交強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，對(duì)春季農(nóng)作物及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響非常大。

本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP再分析資料、數(shù)值預(yù)報(bào)資料、閃電定位資料等，對(duì)2018年3月4日發(fā)生在湖南省湘西南的邵陽市局地風(fēng)雹天氣過程成因進(jìn)行分析探討，為湘西南風(fēng)雹天氣的監(jiān)測和預(yù)警提供參考。

1 天氣實(shí)況

2018年3月4日16：00—19：00，湖南省邵陽市洞口縣高沙鎮(zhèn)、武岡市灣頭橋鎮(zhèn)和荊竹鋪鎮(zhèn)、邵陽縣白倉鎮(zhèn)、金稱市鎮(zhèn)、蔡橋鄉(xiāng)、塘田市鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受了比較嚴(yán)重的冰雹、雷暴大風(fēng)等襲擊。其中，16：00縣高沙鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹與雷暴大風(fēng)，碗口粗的樹木被吹斷，大棚被摧毀，很多瓦房被砸爛，造成房屋進(jìn)水，路燈被吹倒，部分區(qū)域電力中斷，部分農(nóng)作物幾乎全部被毀，17：48、17：49洞口站出現(xiàn)21m/s雷暴大風(fēng)，持續(xù)時(shí)間2min；17：40武岡市境內(nèi)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)與大冰雹，灣頭橋鎮(zhèn)至荊竹鋪鎮(zhèn)沿線農(nóng)作物造成了重大損失；18：00—19：00，邵陽縣境內(nèi)出現(xiàn)10～18mm左右冰雹，冰雹降落持續(xù)8～10min左右，受此次冰雹災(zāi)害天氣影響，農(nóng)作物受災(zāi)嚴(yán)重的有金稱市鎮(zhèn)、塘田市鎮(zhèn)、白倉鎮(zhèn)、金江鄉(xiāng)、谷洲鎮(zhèn)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

根據(jù)邵陽市民政局統(tǒng)計(jì)，此次風(fēng)雹災(zāi)害造成受災(zāi)總?cè)藬?shù)22915人，緊急轉(zhuǎn)移安置98人，其中農(nóng)作物受災(zāi)面積592hm2、絕收面積85hm2，倒塌房屋18間、嚴(yán)重?fù)p害房屋130間，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)973萬元。

2 環(huán)流背景分析

2018年3月4日08：00，500hPa， E100°～150°范圍內(nèi)N40°以南地區(qū)環(huán)流呈西低東高形勢，海上高壓脊位于E130°，我國四川、云南、貴州一帶有高空槽東移，槽前的廣西、湖南、江西、浙江一帶西南風(fēng)強(qiáng)盛，中心最大風(fēng)速達(dá)42m/s，500hPa高空急流軸附近有利于西南暖濕氣流上升凝結(jié)潛熱釋放，有利于鋒生加強(qiáng)；700hPa，≥20m/s的西南急流主要位于廣東廣西一帶，湖南風(fēng)速在14～18m/s，隨著高空槽東移北縮，≥20m/s的西南急流向北推進(jìn)到湖南中部地區(qū)，在湘西南地區(qū)形成明顯的風(fēng)速輻合；850hPa，湘中及以南地區(qū)的西南急流≥20m/s，與500hPa溫差≥27℃，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，≥20m/s西南急流在高空槽東移帶動(dòng)下向偏東方向移動(dòng)，在急流左側(cè)，湘西南地區(qū)形成輻合；925hPa，有強(qiáng)盛的超低空南風(fēng)急流。700hPa以下輻合區(qū)的空間位置較一致，有利于形成低層強(qiáng)輻合，從而有利于形成強(qiáng)烈的上升氣流。

地面圖上08：00貴州地區(qū)有一低壓中心，低壓倒槽伸向湖南、湖北、安徽等地區(qū)，在低壓倒槽控制下，地面增溫增濕顯著，湘西南地區(qū)露點(diǎn)溫度高，其中洞口、武岡、邵陽縣地面露點(diǎn)溫度達(dá)到16～17℃，隨著高空槽東移北縮，帶動(dòng)北方冷空氣南下侵入倒槽內(nèi)引起斜壓鋒生，冷暖氣流激烈交匯，觸發(fā)此次風(fēng)雹天氣。

3 中尺度系統(tǒng)對(duì)風(fēng)雹天氣觸發(fā)作用

利用地面10min極大風(fēng)分析中尺度系統(tǒng)：從國家站與區(qū)域站的10min極大風(fēng)分布來看，在風(fēng)雹天氣發(fā)生前，邵陽市南部地區(qū)西南風(fēng)極大風(fēng)速達(dá)到12m/s以上，洞口、武岡、邵陽縣等地區(qū)有一條中尺度輻合帶，輻合帶北側(cè)有偏東氣流與南部的西南氣流匯合，15：10在武岡地區(qū)形成了中尺度氣旋中心，中尺度氣旋在邵陽中部地區(qū)維持近2h，氣旋中心南部為強(qiáng)盛的西南風(fēng)，為風(fēng)雹天氣發(fā)生提供了有利的水汽條件和動(dòng)力輻合條件；17：50，中尺度氣旋向東移動(dòng)到武岡東部與新寧地區(qū)，中尺度環(huán)流系統(tǒng)具有有組織性特征，前部偏東入流氣流形成的強(qiáng)烈上升氣流及后側(cè)偏北氣流入侵形成的強(qiáng)烈下沉氣流，此時(shí)洞口出現(xiàn)了22m/s極大風(fēng)速；18：40，中尺度氣旋移動(dòng)到邵陽縣西南地區(qū)，邵陽縣西南部地區(qū)風(fēng)速開始增大到10m/s，該中尺度氣旋在邵陽縣地區(qū)維持到19：00，邵陽縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)10～18mm冰雹；19：10開始，極大風(fēng)速開始減小，中尺度氣旋消失，風(fēng)雹天氣結(jié)束。

4 地面干線觸發(fā)風(fēng)雹天氣

干線又稱露點(diǎn)鋒，垂直伸展僅達(dá)地面以上1～3km，干線是一條水平方向上的濕度不連續(xù)線，其一側(cè)是暖而干的空氣，另一側(cè)是冷而濕的空氣。從14：00—20：00地面露點(diǎn)溫度場可以看出，風(fēng)雹天氣發(fā)生前，14：00洞口、邵陽縣、武岡站的露點(diǎn)溫度達(dá)16～17℃，地面圖上湘西南地區(qū)存在顯著露點(diǎn)鋒，14：00圖上，邵陽市西南部有低值露點(diǎn)鋒區(qū)向邵陽東部侵入， 15：00，從湖南東北部到西南部形成一條東北西南向的露點(diǎn)鋒，露點(diǎn)鋒在邵陽上空維持近4h，在18：00—19：00露點(diǎn)鋒觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣。露點(diǎn)鋒有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

5 實(shí)況探空與模式探空物理量參數(shù)對(duì)比分析

5.1 實(shí)況探空

本文選取實(shí)況探空里面的強(qiáng)天氣威脅指數(shù)（SWEAT）、600hPa起下沉對(duì)流有效位能DCAPE600、對(duì)流有效位能CAPE、K指數(shù)、SI指數(shù)、LI指數(shù)、垂直風(fēng)切變Vws等來分析此次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前后相關(guān)物理量參數(shù)變化的特征。

從表1和表2懷化、長沙2個(gè)站物理量參數(shù)表可以看出，4日08：00，懷化、長沙SWEAT指數(shù)分別達(dá)到354、488.3，朱乾根等提出，發(fā)生龍卷的SWEAT臨界值為400，發(fā)生強(qiáng)雷暴的SWEAT臨界值為300，20：00，懷化和長沙的SWEAT分別降低為142.3、269.4，說明08：00懷化和長沙的SWEAT對(duì)于預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣具有一定參考意義；從DCAPE600來看，08：00，懷化和長沙的DCAPE600分布達(dá)到1055、990.8，20：00DCAPE600分別降低為621.2、175.9，可以看出08：00DCAPE600對(duì)于午后的大風(fēng)預(yù)報(bào)有參考意義；從CAPE來看，08：00，2站的CAPE分別為0.0、454.9，20：00，CAPE分別為856.3、6.6；從K指數(shù)看，08：00，2站K指數(shù)分別為29、34，20：00，K指數(shù)為32、27；從SI指數(shù)來看，08：00 2站分別為-3.2、-6.1，20：00升高為1.7、9.0，SI指數(shù)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有參考意義，當(dāng)2站SI指數(shù)低于-3時(shí)，當(dāng)天即可考慮有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生；從LI看，08：00，懷化站的LI指數(shù)7.6，文獻(xiàn)指出LI為正時(shí)，其值越大，正的不穩(wěn)定能量面積也愈大，爆發(fā)對(duì)流的可能性也愈大；從Vws看，08：00，2站的垂直風(fēng)切變分布達(dá)到1.4、1.8，20：00 2站垂直風(fēng)切變分析降低到0.9、1.0，一定的垂直風(fēng)切變是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的必要條件。

從以上分析可以看出，早晨08：00時(shí)探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指數(shù)對(duì)午后的強(qiáng)對(duì)流天氣具有明顯參考意義。

5.2 數(shù)值預(yù)報(bào)模式探空

利用3日08：00起報(bào)的4日20：00ECMWF_THIN、GRAPES_GFS的57758、57860站物理量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，探討模式探空對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)性能。從SWEAT看，兩家模式SWEAT均>300，ECMWF_THIN模式要大于GRAPES_GFS；從DCAPE來看，ECMWF_THIN模式對(duì)洞口站預(yù)報(bào)值高達(dá)548.6，GRAPES_GFS預(yù)報(bào)值僅為2.2和3.1；從CAPE看，ECMWF_THIN模式對(duì)兩站預(yù)報(bào)值高達(dá)862.5、919，而GRAPES_GFS的預(yù)報(bào)值則比ECMWF_THIN模式偏低；從K指數(shù)看，ECMWF_THIN模式預(yù)報(bào)值分布為36.2和38.3，而GRAPES_GFS僅為31～32；從SI指數(shù)看，ECMWF_THIN模式預(yù)報(bào)值達(dá)到-3、-4，而GRAPES_GFS僅為-1.03、-0.84。

從對(duì)模式探空的物理量參數(shù)對(duì)比分析可以看出，ECMWF_THIN模式的物理量參考意義較GRAPES_GFS模式有重要的參考意義。

6 暖區(qū)中形成的中尺度對(duì)流復(fù)合體

6.1 紅外云圖

從紅外云圖看，15：00，湖南北部、湖北、江西等地區(qū)存在暖鋒云系，其覆蓋范圍廣，在湖南中西部地區(qū)云系邊界清晰，呈西北東南向直線形狀，在其左側(cè)暖區(qū)中，有垂直于其邊界的鋸齒狀對(duì)流云系在發(fā)展，15：30，對(duì)流云系A(chǔ)發(fā)展呈橢圓形狀，位于懷化中部偏南地區(qū)，16：00，對(duì)流云系向東部邵陽地區(qū)發(fā)展，云系長寬之比減小，云頂亮溫最低達(dá)237.97K；16：30，此對(duì)流云系發(fā)展呈近似圓形，其邊界光滑整齊，17：00，此對(duì)流云系A(chǔ)呈圓形，云頂亮溫最低達(dá)236.07K，17：30，對(duì)流云系A(chǔ)向東方向移動(dòng)，在西南氣流作用下，其形狀變?yōu)榻崎L方形，從FY2G對(duì)流層上部濕度看，對(duì)流云系邊緣等值線密集，從實(shí)況看在17：50在對(duì)流云系后部出現(xiàn)22m/s的極大風(fēng)速。

6.2 1.25km可見光云圖

從1.25km可見光云圖看，初始階段，隨著高空槽帶動(dòng)冷空氣東移，地面西南倒槽發(fā)展造成下墊面強(qiáng)烈加熱，14：00，在貴州到湖南西部地區(qū)有開口細(xì)胞狀云系發(fā)展，湘西南地區(qū)地面極大風(fēng)速達(dá)到10m/s，受地面強(qiáng)烈偏南風(fēng)影響，有積云或積云線發(fā)展；14：30，從極大風(fēng)速來看，貴州到湖南西部地面轉(zhuǎn)為一致西南風(fēng)，細(xì)胞狀云系發(fā)展成積云線，云系呈云街形狀，說明地面存在氣流輻合，在輻合線上有積云發(fā)展；15：00在700hPa強(qiáng)烈西南急流引導(dǎo)下，右側(cè)箭頭所指處的積云東北部出現(xiàn)卷云羽特征，積云西南部色調(diào)白亮，邊界清晰，云頂表面紋理不均勻，有對(duì)流泡在快速發(fā)展；發(fā)展階段，15：30時(shí)，此對(duì)流云團(tuán)快速東移至懷化中南部，呈橢圓形狀，圖中南部箭頭所指處有對(duì)流泡強(qiáng)烈發(fā)展，云頂呈不規(guī)則、不均勻紋理，從15：00—16：00 1h降水量看，在積云西南部對(duì)流泡強(qiáng)烈發(fā)展地區(qū)的懷化市會(huì)同縣青朗區(qū)域站出現(xiàn)35.2mm短時(shí)強(qiáng)降水；成熟階段，16：00，對(duì)流云團(tuán)位于懷化市會(huì)同縣，隨著引導(dǎo)氣流向偏東方向移動(dòng)，圖中白色方框處對(duì)流云團(tuán)寬度增加，呈近圓形分布，云團(tuán)西南部1處的對(duì)流泡數(shù)量較前一時(shí)次增加，說明對(duì)流層近地面層有強(qiáng)烈的暖濕氣流流入對(duì)流云團(tuán)，使云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展，2處卷云羽清晰，16：30時(shí)，對(duì)流云團(tuán)快速東移至邵陽市綏寧縣和洞口縣西部雪峰山，從16：00—17：00 1h降水量看，受雪峰山脈迎風(fēng)坡抬升和對(duì)流云團(tuán)共同影響，≥20mm短時(shí)強(qiáng)降水區(qū)域站有6個(gè)，主要位于雪峰山脈西側(cè)迎風(fēng)坡地區(qū)的懷化市會(huì)同縣；17：00，對(duì)流云團(tuán)隨700hPa引導(dǎo)氣流向東偏北方向移動(dòng)，此時(shí)對(duì)流云團(tuán)主要位于雪峰山脈以東地區(qū)，云團(tuán)邊緣出現(xiàn)橫向波動(dòng)云系，17：30時(shí)，對(duì)流云團(tuán)向洞口東部發(fā)展，受近地面偏南急流影響，在洞口縣東部地區(qū)有一呈現(xiàn)近圓形的對(duì)流泡（上沖云頂），相當(dāng)黑體溫度最低為239K，從實(shí)況來看，17：40 左右，武岡灣頭橋鎮(zhèn)出現(xiàn)龍卷風(fēng)加大冰雹等天氣，17：48時(shí)洞口站出現(xiàn)9級(jí)大風(fēng)。消散階段：18：00開始對(duì)流云團(tuán)移出邵陽，趨于結(jié)束。

7 閃電資料分析

從1h閃電資料分析可以看出，15：00，在貴州與懷化交界地區(qū)有零星負(fù)地閃，16：00，負(fù)地閃區(qū)域向東移動(dòng)到懷化中部偏南地區(qū)，負(fù)地閃數(shù)量急劇增加，17：00，負(fù)地閃向東加強(qiáng)發(fā)展到雪峰山脈以西地區(qū)，且面積增加，有正地閃出現(xiàn)，18：00，負(fù)地閃區(qū)域向東移動(dòng)到邵陽洞口、綏寧地區(qū)，較前一時(shí)次相比，此時(shí)負(fù)地閃顯著減小，這與積雨云移過雪峰山脈有一定關(guān)系，19：00，負(fù)地閃區(qū)域明顯向東移動(dòng)到邵陽縣境內(nèi)，且伴有一定的地閃，負(fù)地閃與前一時(shí)次相比有一定增加，此后，隨著云系東移出邵陽，負(fù)地閃數(shù)量和面積明顯減小。

8.1 溫度平流分析

從溫度平流與比濕的相互配置來看，4日14：00，500hPa貴州到湖南西部地區(qū)有負(fù)溫度平流，湖南西部負(fù)溫度平流區(qū)域最小值達(dá)到-12×10-6℃/s，邵陽地區(qū)比濕≤2g/kg，說明此時(shí)湖南西部有強(qiáng)烈干冷平流東移侵入邵陽，相應(yīng)低層850hPa上，在西南暖濕急流作用下，廣西、貴州到湖南西南部、以及湖南中部地區(qū)有正溫度平流，比濕為8～10，500的干冷平流與低層暖濕平流疊置，增加大氣層結(jié)不穩(wěn)定性，有利于觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

8.2 假相當(dāng)位溫分析

從E111°假相當(dāng)位溫剖面圖來看，4日14：00，N30°以北地區(qū)有低值假相當(dāng)位溫向南侵入高值區(qū)引起鋒生，700hPa以上有低值區(qū)向下發(fā)展，與低層高值區(qū)配合，大氣層結(jié)不穩(wěn)定增加。

9 結(jié)論

通過對(duì)2018年3月4日風(fēng)雹天氣過程進(jìn)行分析，可以得出。

此次風(fēng)雹天氣是在高空槽東移，中低層有西南暖濕急流發(fā)展，地面冷空氣南下侵入倒槽內(nèi)鋒生，冷暖氣流強(qiáng)烈交匯引起的。從10min極大風(fēng)速來看，在邵陽中部地區(qū)有明顯的風(fēng)向風(fēng)速氣旋性輻合，在輻合線以南地區(qū)偏南風(fēng)速達(dá)到10m/s。從地面露點(diǎn)溫度來看，風(fēng)雹天氣發(fā)生時(shí)地面露點(diǎn)溫度達(dá)到15℃以上，且有明顯露點(diǎn)鋒侵入。

從實(shí)況探空看，早晨08：00探空、數(shù)值預(yù)報(bào)模式探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等物理量指數(shù)對(duì)午后的風(fēng)雹天氣有明顯參考意義。

從紅外云圖上中尺度對(duì)流復(fù)合體、可見光云圖細(xì)胞狀積云或積云線，可以推斷午后有強(qiáng)對(duì)流發(fā)展。

從對(duì)溫度平流、比濕、假相當(dāng)位溫等物理量分析可以看出，此次強(qiáng)對(duì)流天氣大氣層結(jié)不穩(wěn)定明顯，對(duì)流層中部有明顯干冷平流入侵，與低層暖濕平流疊置形成不穩(wěn)定區(qū)域，假相當(dāng)位溫上也能明顯看出大氣不穩(wěn)定特征。

從對(duì)閃電資料分析可以看出，此次過程在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)移入邵陽之前，云團(tuán)中的負(fù)地閃特征明顯，云團(tuán)移過雪峰山脈之后，又有再次加強(qiáng)發(fā)展的一個(gè)特征，由此可以得出，如果在雪峰山脈以西地區(qū)有較強(qiáng)的負(fù)地閃，未來3～5h要注意邵陽地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣。

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