秦瑜 高艷波 魏海寧 崔耀鵬 王煥毅

摘要 利用本溪市高空、地面等常規(guī)氣象觀測資料對2018年9月21日發(fā)生在本溪市高新區(qū)的冰雹天氣過程的氣象要素變化特征進行分析，結(jié)合物理量場、加密自動站等資料對冰雹形成機理進行了診斷分析。結(jié)果表明，高空冷渦系統(tǒng)，地面冷鋒過境，以及高空槽前傾和從高空到地面深厚的垂直系統(tǒng)的配置是造成本溪高新區(qū)此次冰雹天氣發(fā)生的有利條件。冰雹發(fā)生前本溪北部對流有效位能積聚超過800 J/kg;0℃層高度在上升運動區(qū)，利于過冷水滴的形成;相對濕度的空間分布上滿足上干下濕的配置，利于對流的發(fā)生;明顯的垂直風切變也促進了強對流的暴發(fā)。

關(guān)鍵詞 冰雹;潛勢分析;對流有效位能

中圖分類號：P426.64 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-065-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.026

Analysis on Hail Weather Characteristics in Benxi Area on September 21，2018

QIN Yu??et al（Benxi Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

Abstract Based on the conventional meteorological observation data such as high altitude and ground in Benxi City，the variation characteristics of meteorological elements during the hail weather process in the high-tech zone of Benxi City on September 21，2018 were analyzed，and the hail formation mechanism was diagnosed and analyzed with the data of physical quantity field and encryption automatic station. The results showed that the collocation of the high-altitude cold eddy system，the transit of the ground cold front，the forward inclination of the high-altitude trough and the vertical system from the high altitude to the deep ground were the favorable conditions for the occurrence of the hail weather in Benxi High-tech Zone. Convective available potential energy accumulation exceeded 800 J/kg before the hail occurred. The height of 0℃ layer was in the ascending motion zone，which was beneficial to the formation of supercooled water droplets.

Key words???Hail;Potential analysis;Convective available potential energy

冰雹是由強對流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災(zāi)害，其空間尺度小，發(fā)生時間短，發(fā)展迅猛，致災(zāi)性強，并經(jīng)常伴隨著雷雨大風、短時強降水、雷電、龍卷等災(zāi)害性天氣。我國冰雹天氣頻發(fā)，尤其是北方的山地和丘陵地區(qū)，對農(nóng)業(yè)、交通、通訊、電力、建筑以及人民生命財產(chǎn)造成影響。對冰雹預(yù)報的研究主要有潛勢預(yù)報和短時臨近預(yù)報。近年來，許多學者和氣象業(yè)務(wù)人員針對遼寧地區(qū)的冰雹預(yù)報開展研究[1-2]。王憲彬等對影響阜新地區(qū)的冰雹天氣形勢進行分型，并選取5個物理量因子對每一種天氣型建立了夏季冰雹短期潛勢和短時預(yù)報模型[3]。孟鵬等在對沈陽地區(qū)的冰雹天氣進行研究時發(fā)現(xiàn)東北冷渦是冰雹天氣的主要影響系統(tǒng)，500 hPa干侵入對冰雹發(fā)生具有指示意義[4]。因為冰雹天氣過程發(fā)展迅猛，在各類天氣現(xiàn)象中屬于比較難預(yù)報的一種，所以加深對冰雹個例的研究對提高冰雹天氣預(yù)報技術(shù)具有重要意義。

1 資料與方法

本溪高新區(qū)2018年9月21日午后發(fā)生冰雹天氣，此次強對流天氣還伴有短時強降水和雷電大風，小時最大雨強達到31.6 mm。

利用數(shù)值產(chǎn)品、高空圖、地面圖、物理量場進行天氣尺度分析和物理量場分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 天氣尺度系統(tǒng)分析

2.1.1 高空形勢 從500 hPa形勢場可以看出本溪地區(qū)此次強對流天氣是受冷渦系統(tǒng)影響。9月20日20：00冷渦中心位于我國境外蒙古國，此時本溪處于冷渦前部，高壓脊后部，500 hPa高空上本溪受偏西氣流控制（圖1a）。到了21日08：00冷渦中心向東移動進入我國境內(nèi)，位于內(nèi)蒙東北部，本溪市處于冷渦東南象限，500 hPa高空上已經(jīng)轉(zhuǎn)為西南氣流控制（圖1b）。21日20：00冷渦繼續(xù)東移，本溪市依然處于冷渦東南象限，但500 hPa高度上風速開始減弱（圖1c）。

同時分析850 hPa的環(huán)流形勢，可以看到850 hPa上從20日20：00到21日20：00始終有閉合中心與500 hPa上的冷渦對應(yīng)著（圖2）。

從21日08：00 500 hPa溫度場可以看到有一個冷中心位于內(nèi)蒙東北部（圖3虛線），恰與冷渦中心位置一致，且溫度槽領(lǐng)先于高空槽為前傾槽，利于對流的發(fā)生發(fā)展。850 hPa溫度場上本溪市受暖脊影響。

2.1.2 地面形勢 在地面圖上可以看到有明顯的低壓中心配合著冷鋒。9月21日08：00低壓中心位于內(nèi)蒙東北部，冷鋒位于華北地區(qū)，距離本溪市較遠（圖4a）。到21日14：00低壓中心向東小幅移動，冷鋒已甩到遼西，本溪市位于冷鋒前，此時強對流天氣已經(jīng)開始（圖4b）。21日20：00冷鋒過境但本溪市降水已經(jīng)結(jié)束（圖4c）。造成此次鋒前降水的原因是高地空配置呈深厚的垂直結(jié)構(gòu)，鋒前有降水云系，高空槽和冷鋒過境后云層變薄，天氣轉(zhuǎn)好。

2.2 物理量分析

2.2.1 對流有效位能（CAPE） 21日11：00 CAPE大值區(qū)位于沈陽-遼陽-營口一帶，中心強度大于900 J/kg，本溪市CAPE值在100～200 J/kg（圖5a）。到14：00遼寧省CAPE值均迅速增加，大值區(qū)仍位于沈陽-遼陽-營口一帶，但中心強度已經(jīng)達到2 000 J/kg，本溪市CAPE大值區(qū)集中在北部也就是高新區(qū)所在地，CAPE值大于800 J/kg，最大區(qū)域大于1 000 J/kg（圖5b）。至17：00冰雹天氣已經(jīng)結(jié)束，不穩(wěn)定能量被激發(fā)釋放，CAPE值快速下降（圖5c）。

2.2.2 垂直速度和0℃層高度 從本溪附近格點123°E、41°N垂直速度的時間空間剖面圖來看，21日14：00前本溪上空700 hPa以下高度以上升運動為主（圖6），上升運動可將地面水汽帶入高空。同時分析了21日11：00—17：00高新區(qū)的0℃層高度，發(fā)現(xiàn)此時段內(nèi)0℃層高度在2 400～2 800 m（圖7），均在700 hPa高度以下，說明高空中有形成過冷水滴的條件，利于形成冰雹。

2.2.3 相對濕度 從本溪附近格點123°E、41°N相對濕度的時間和空間剖面圖（圖6）來看，21日08：00—14：00從地面到850 hPa高度的相對濕度越來越好，14：00相對濕度達到80%～90%。850 hPa到700 hPa高度上相對濕度開始減小，700 hPa附近相對濕度在50%左右，這種配置表明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)，導致冰雹天氣的發(fā)生。

2.2.4 垂直風切變 通過對14：00沿41°N的風場垂直剖面圖（圖8）的分析，可發(fā)現(xiàn)119°E附近有鋒面系統(tǒng)，其東西兩側(cè)風向為西南風和西風。本溪上空高層風速達40 m/s，地面風速6 m/s，高地空風速差超過20 m/s，表明本溪午后上空有明顯的垂直風切變[5]，較強的垂直風切變引起高低層能量的交換，促進強對流暴發(fā)。

3 結(jié)論

高空冷渦系統(tǒng)，地面冷鋒過境，以及高空槽前傾和從高空到地面深厚的垂直系統(tǒng)的配置是造成本溪高新區(qū)此次冰雹天氣發(fā)生的有利條件。

冰雹發(fā)生前本溪北部CAPE積聚超過800 J/kg，冰雹發(fā)生后CPAE值下降，并且0℃層高度在上升運動區(qū)，利于過冷水滴的形成。相對濕度的空間分布上滿足上干下濕的配置，利于對流的發(fā)生。明顯的垂直風切變也促進了強對流的暴發(fā)。

參考文獻

[1] 陳傳雷，吳曉峰，孫曉巍，等.遼寧省強對流天氣的氣候特征分析[J].氣象與環(huán)境學報，2010，26（3）：27-33.

[2] 劉曉梅，李晶，戴萍，等.1951-2008年遼寧冰雹的時空分布特征[J].氣象與環(huán)境學報，2009，25（5）：24-26.

[3] 王憲彬，張丹梅，辛艷輝，等.阜新地區(qū)冰雹短期潛勢和短時預(yù)報方法研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（1）：106-113.

[4] 孟鵬. 沈陽市冰雹天氣氣候特征及潛勢預(yù)報方法研究[C]//中國氣象學會.第33屆中國氣象學會年會S1災(zāi)害天氣監(jiān)測、分析與預(yù)報.中國氣象學會：中國氣象學會，2016.

[5] 唐帥，孔令軍，孟振雄，等.葫蘆島一次冰雹天氣形成機制分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（14）：247.

責任編輯：鄭丹丹

作者簡介???秦瑜（1988-），女，遼寧丹東人，工程師，碩士，從事天氣預(yù)報工作。

收稿日期???2019-07-05