儲笑涵，徐潔玲

九江市氣象臺，江西九江 332000

發(fā)生高架雷暴常伴隨著地面附近穩(wěn)定的冷空氣、明顯的逆溫，來自地面的氣塊受逆溫層影響很難上升，同時逆溫層上面的氣塊絕熱上升[1-2]。國內(nèi)外學(xué)者對高架雷暴結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、形成機(jī)制及發(fā)展環(huán)境進(jìn)行了相對細(xì)致的分析，從不同角度闡述了雷暴下冰雹發(fā)生的條件和原因。利用氣象觀測、雷達(dá)資料和自動站等資料，對江西省2021年3月30—31日春季一次高架雷暴降雹過程的環(huán)流形勢、對流潛勢和雷達(dá)回波特征等進(jìn)行分析，探討江西省2021年3月30—31日高架雷暴過程產(chǎn)生大直徑冰雹與雷暴大風(fēng)可能的原因，以期為此類天氣預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 天氣實(shí)況

2021年3月30日20:00—31日08:00（北京時，下同），江西中北部地區(qū)發(fā)生高架雷暴降雹天氣，這是一次大范圍的自西向東出現(xiàn)不同強(qiáng)度的冰雹、雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水等對流性天氣。江西中北部普降中到大雨，30日夜間至31日凌晨，宜春、九江南部、南昌、上饒西部等地先后出現(xiàn)了冰雹，直徑普遍大于2 cm，其中南昌本站觀測到冰雹最大直徑6 cm，市區(qū)觀測冰雹最大直徑達(dá)8 cm。9級大風(fēng)9站次、8級大風(fēng)20站次、7級大風(fēng)73站次。宜春宜豐同安站最大達(dá)23.8 m/s。但此次強(qiáng)對流過程降水量不大，出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的站次也偏少。

2 成因分析

2.1 環(huán)流形勢及天氣系統(tǒng)配置

2021年3月30日20:00（圖1），500 hPa中高位地區(qū)呈“兩槽一脊”型，急流位于云南至江西南部一帶，西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)30 m/s；700 hPa上，江西中北部處于干舌區(qū)，切變線位于長江以北；850 hPa上，華東地區(qū)處濕區(qū)中（T-Td＜5℃），切變線已南壓至江西中北部，急流位于廣東—湖南一帶，西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)14 m/s，鋒區(qū)位于湖南、江西北部，與切變線位置接近；925 hPa上切變線已南壓至江西南部。此時，冷空氣前沿已至江西贛州和廣東交界一帶，形成冷墊。此次過程中，受低層切變線和低空急流共同影響，暖空氣沿“冷墊”爬升，與850 hPa的切變線共同觸發(fā)強(qiáng)對流。江西中北部處于高空急流出口區(qū)左側(cè)，低空急流出口區(qū)右側(cè)，有利于氣流輻合上升和對流發(fā)生的維持。此外，700 hPa以上處干舌中，有明顯干冷空氣侵入，850 hPa及以下高溫高濕，同樣是對流發(fā)生的有利條件。

圖1 3月30日20:00 環(huán)流形勢分析

2.2 探空曲線特征

此次高架雷暴天氣與常見雷暴天氣相比，探空的各項(xiàng)參數(shù)都有顯著差異，選取南昌探空站2021年3月30日08:00與20:00 T-logP圖進(jìn)行比較。

2.2.1 層結(jié)特征30日08:00，925～950 hPa之間存在淺薄逆溫層，850 hPa以下溫度垂直遞減率小，層結(jié)較為穩(wěn)定。850～640 hPa露點(diǎn)溫度與大氣溫度非常接近，接近飽和，暖濕層與640～500 hPa的干冷空氣形成垂直的“上干下濕”層結(jié)。該“上干下濕”的垂直層結(jié)利于激發(fā)較強(qiáng)的對流運(yùn)動，但此時，500 hPa以上仍存在一個濕層，CAPE值是0 J/kg。以消除逆溫層影響，訂正探空曲線抬升層高度為850 hPa，CAPA值為557.6 J/kg，此時對流潛勢較弱。

分 析20:00的T-logP圖（圖 略）可知，中層出現(xiàn)明顯的干空氣，中低層大氣上部冷、下部暖濕，向上開口喇叭口結(jié)構(gòu)十分明顯。850 hPa與500 hPa垂直溫差增大至27.6℃，700 hPa與500 hPa溫差達(dá)19.9℃，與08:00相比，略有增長，說明中層環(huán)境溫度直減率增大，層結(jié)不穩(wěn)定性加強(qiáng)。此時,CAPE值為52.5 J/kg，如上將探空曲線抬升高度訂正至850 hPa，得到的CAPE訂正值為1 053.1 J/kg。潛在能量略有增大，表示上升氣流強(qiáng)度增大，加大對流發(fā)展?jié)搫荨?/p>

農(nóng)孟松等[3]分析了廣西高架雷暴降雹天氣，降雹前逆溫層達(dá)9℃；對于垂直溫度差，700～500 hPa為17℃～19℃，850～500 hPa為33℃～42℃；CAPE值 較小，而訂正后仍小。說明華南高架雷暴天氣和長江沿岸的高架雷暴天氣逆溫層強(qiáng)度、中層垂直溫度直減率等不一致。但相同的是，CAPE值對此類過程的指示意義不大。

2.2.2 垂直風(fēng)切變30日08:00與20:00，南昌站上空對流層中低層均存在明顯的垂直風(fēng)切變。其中，30日08:00，低層風(fēng)向由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，且風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流；30日20:00，各層風(fēng)速明顯加大，0～3 km垂直風(fēng)切變由08:00的7.3 m/s增大至21.1 m/s，0～6 km垂直風(fēng)切為32 m/s，且隨著高度上升偏西風(fēng)風(fēng)速加大，鋒區(qū)上空有高空急流?？梢姀?qiáng)的垂直風(fēng)切變和高空急流促使強(qiáng)對流風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展并維持，構(gòu)成的多單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴組織完整[4]。

2.2.3 假相當(dāng)位溫假相當(dāng)位溫曲線在850～500 hPa之間多處明顯左傾，表明層結(jié)處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。假相當(dāng)位溫曲線與飽和假相當(dāng)位溫曲線在850 hPa和520 hPa左右，有濕度較大靠近處，而在2個高度之間距離較大，兩者圍成面積有明顯的“大肚子”特征?！吧舷聺?、中間干”體現(xiàn)了其在水汽分布上的不均勻。因水汽條件差，強(qiáng)對流性天氣多發(fā)生冰雹大風(fēng)。近地面為偏東風(fēng)，850 hPa以上均是偏西南風(fēng)，高層風(fēng)速超過低層，導(dǎo)致順滾流，對垂直運(yùn)動的發(fā)展有利。

2.2.4 特殊溫度層0℃層、-20℃層高度的分析對研究冰雹形成過程極有意義。孫繼松等[5]認(rèn)為，有利于冰雹形成的0℃層高度為2.0～4.5 km，-20℃層高度在4.4～7.4 km時最佳。30日08:00 0℃層高度約3.86 km，-20℃層高度約7.66 km。至20:00，0℃層高度約4.3 km，-20℃層高度仍約7.6 km。0℃～-20℃層之間的云層厚度減弱，說明云層間的溫度直減率變大，層結(jié)的不穩(wěn)定性加大，利于生成冰雹。降雹后的31日08:00，2個特殊溫度層之間厚度增加，層結(jié)不穩(wěn)定減弱。

2.3 未出現(xiàn)明顯短時強(qiáng)降水的可能原因

中低層垂直風(fēng)切變很強(qiáng)，中層有明顯干空氣卷入，水汽條件差，氣團(tuán)蒸發(fā)作用加強(qiáng)，影響了降水，但有利于地面大風(fēng)的產(chǎn)生。

3 雷達(dá)回波特征

此次從湖南境內(nèi)移入江西的多個對流單體嵌在層狀云中的回波自西南向東北沿引導(dǎo)氣流影響江西中北部。冰雹的產(chǎn)生主要分為2個過程。

3.1 第一過程

30日22:20，銅鼓地區(qū)的對流單體呈現(xiàn)明顯的三體散射特征，此時各相關(guān)參數(shù)見表1，最強(qiáng)反射率因子達(dá)到71 dBz，徑向速度上也顯示出輻合特征，與對流單體加強(qiáng)發(fā)展相對應(yīng)。沿回波最強(qiáng)處做垂直剖面，垂直方向上回波發(fā)展高度高，強(qiáng)回波中心達(dá)7.2 km，回波底高度3.9 km，垂直液態(tài)水含量為64.5 kg/m2，且具有明顯的有界弱回波區(qū)和懸垂特征，形成發(fā)展旺盛的超級對流單體，對冰雹有非常強(qiáng)的指示意義，為預(yù)報(bào)預(yù)警提前10～15 min。

表1 雙偏振雷達(dá)參數(shù)

此后，回波沿引導(dǎo)氣流東移，三體散射特征消失，出現(xiàn)鉤狀回波，回波強(qiáng)度略有下降，垂直剖面圖上有界弱回波區(qū)較為明顯，強(qiáng)中心高度降低。對多單體風(fēng)暴的徑向速度圖進(jìn)行分析，可以看出線狀多單體結(jié)構(gòu)前沿對應(yīng)出流速度 最大值，此時地面產(chǎn)生雷暴大風(fēng)。

3.2 第二過程

31日0:00～01:00，回波在南昌再次加強(qiáng)發(fā)展，出現(xiàn)明顯的三體散射結(jié)構(gòu)，此時各相關(guān)參數(shù)見表1。最大反射率因子達(dá)到69.5 dBz，垂直液態(tài)水含量達(dá)到69 kg/m2，強(qiáng)回波中心伸展至7.6 km，回波底高度降至1.8 km，且為氣旋性輻合特征，有進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)展的可能性。垂直剖面上可明顯看到有界弱回波區(qū)和懸垂特征（圖2），由雙偏振雷達(dá)回波看，ZDR達(dá) 到1.25，CC僅0.89，KDP缺值，是一個比較典型的易產(chǎn)生大直徑冰雹的單體回波特征。

圖2 九江雷達(dá)3月31日00:48 1.5°仰角

4 結(jié)論

（1）中高層侵入的干冷空氣與低層西南方向來的暖濕氣流交匯引起層結(jié)不穩(wěn)定，“上干下濕”的層結(jié)為冰雹產(chǎn)生的創(chuàng)造了有利環(huán)境。沿“冷墊”爬升的暖空氣與低空850 hPa切變線一起于邊界層頂觸發(fā)了強(qiáng)對流。適宜的0℃和-20℃層節(jié)高度又有利于冰雹的發(fā)生與增長。

（2）強(qiáng)回波質(zhì)心較高、密實(shí)且深厚，表現(xiàn)為高架雷暴的特征。鉤狀回波、三體散射、回波懸垂現(xiàn)象及有界弱回波區(qū)在一定程度上能夠表征為發(fā)生冰雹。降雹區(qū)VIL在50 kg/m2以上，強(qiáng)回波中心高低相差在3 km以下。多單體風(fēng)暴使得強(qiáng)對流維持時間較長。

（3）強(qiáng)垂直風(fēng)切變與中層干空氣輸送是造成冰雹天氣但未發(fā)生明顯強(qiáng)降水的主要原因。