商洛地區冰雹天氣形勢及潛勢預報指標

2014-10-25 08:26:09趙強，郭莉

陜西氣象 2014年6期

趙強，郭莉

(1.陜西省氣象臺，西安 710014；2.商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

商洛地區冰雹天氣形勢及潛勢預報指標

趙強1，郭莉2

(1.陜西省氣象臺，西安 710014；2.商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

利用地面氣象觀測報表和災情記錄，統計2002—2011年商洛地區共出現冰雹天氣過程48例。根據500 hPa天氣形勢，將商洛冰雹天氣分為冷渦型、西北氣流型、高空槽切變型三種類型。通過計算冰雹個例的動力、熱力、能量、穩定度指標，發現與商洛冰雹天氣關系密切的11個物理量指標。其中，初夏(5—6月)和盛夏(7—8月)冰雹天氣的K指數、沙氏指數、850 hPa和500 hPa溫差、瑞士雷暴指數、850 hPa露點溫度等對流指標表現出顯著的差異，在進行冰雹潛勢預報時需要注意。CAPE值、0 ℃層和-20 ℃層高度在各月差異不大。5—6月進行冰雹潛勢預報時應特別關注低層水汽條件的增加，7—8月應特別注意0 ℃層和-20 ℃層的高度是否適合冰雹的生成。冰雹預報指標在2012—2014年商洛冰雹天氣過程中得到了較好的檢驗。

冰雹；天氣形勢；預報指標；商洛地區

冰雹是一種局地性強、季節性明顯的災害性天氣，對工農業生產和人民生命財產均可造成嚴重危害。商洛地區位于秦嶺東南麓，地形復雜，雹暴頻繁出現，對當地的烤煙等經濟作物有較大影響。對于陜西的冰雹天氣過程，預報人員多從冰雹個例方面進行了研究[1-2]，得出了有益的結論，但對冰雹天氣普遍性的預報指標的研究還較少。根據地面氣象觀測報表和災情記錄，統計2002—2011年商洛地區出現冰雹天氣過程48例，對冰雹天氣過程的天氣形勢進行了分型，并通過計算冰雹個例的動力、熱力、能量、穩定度等指標，總結出商洛地區冰雹天氣發生的預報指標，為商洛地區冰雹天氣的潛勢預報提供支撐。

1 天氣形勢分類

根據冰雹日08時500 hPa高空形勢，歸納出商洛產生冰雹天氣主要有三種典型的天氣形勢，分別為冷渦型、西北氣流型、高空槽切變型。

(1)冷渦型 500 hPa高空環流經向特征明顯，西太平洋副熱帶高壓位置偏南偏東，西脊點在120°E以東，脊線在20°N以南，冷渦中心主要位于我國華北地區，商洛處于冷渦西側較強的西北氣流中，風速可達12～16 m/s，中高空干冷氣流較強。850 hPa，陜南東部有切變線存在，安康站為4～6 m/s偏南風，850 hPa和500 hPa溫差可達26～30 ℃(圖1)。由此可見，冷渦型主要表現為在冷渦天氣系統下，陜西東部地區中層存在的較強偏北氣流侵入低層較暖濕的空氣中(上層干冷、下層暖濕)，在空氣的交匯處產生溫度差動平流，形成位勢不穩定，產生冰雹天氣，冷渦型主要出現在5、6月。

(2)西北氣流型 500 hPa高空環流呈經向型，新疆—河套為高壓脊控制，東北—華北有一低槽，商洛受高壓脊前一致的西北氣流控制，風速為12～16 m/s，高空有強的干冷空氣侵入。850 hPa安康—西安存在4 m/s的偏南風輸送暖濕空氣，上、下層溫度差動平流形成了上層干冷、下層暖濕的不穩定層結(圖2)。西北氣流型主要表現為中層強烈的干冷空氣侵入和強的垂直風切變，地面上常有弱冷鋒存在。

圖1 冷渦型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

圖2 西北氣流型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

(3)低槽型 500 hPa形勢場上中緯度環流形勢呈緯向型，以平直西風氣流為主。寧夏—甘肅南部有西風淺槽東移，高空槽前存在正渦度平流造成的動力性上升運動，500 hPa安康、西安、延安為西南風，風速可達4～8 m/s，陜西以南的四川地區仍為西北氣流控制，水汽通道不通暢，商洛仍為干空氣控制，溫度露點差大于8 ℃。850 hPa安康—西安附近為一切變線，850 hPa溫度較高，可達20～25 ℃(圖3)。水汽條件較好，露點溫度可達8～10 ℃，溫度露點差小于6 °C，上層干冷、下層暖濕造成不穩定形勢。由此可見，高層短波槽前正渦度平流的動力抬升作用和低層較強的暖平流造成的上層冷下層暖的不穩定層結是形成該類冰雹天氣的主要機制。

圖3 低槽切變型天氣形勢(a 500 hPa，b 850 hPa；實線為等高線，虛線為等溫線)

2 物理量統計特征

冰雹天氣的大尺度天氣學條件是水汽、條件性不穩定層結和抬升觸發機制，位勢和層結不穩定是強對流活動最重要的基本條件，對流能量的大小決定了對流發展的程度。因此，分析大氣位勢和層結不穩定、對流能量、垂直風切變等物理量指標是冰雹潛勢預報的重要手段。利用西安站08時探空資料(商洛無探空站)對商洛冰雹天氣的水汽、不穩定指標、能量指標的閾值進行統計，發現11個指標在商洛冰雹天氣過程中有較好的指示作用(表1)。這些指標能夠反映大氣的對流不穩定度、水汽、能量和垂直風切變等方面的信息，對強對流天氣的產生有較好的指示意義。

表1 5—8月商洛地區對流參數冰雹日平均值和月氣候平均值(西安站08時)

K指數、850 hPa露點溫度及溫度露點差、850 hPa和500 hPa溫差在5—8月有顯著的差異，這與各月的水汽和溫度的氣候平均值不同有關。5—6月，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，夏季暖濕氣流還未到達陜西，中低層大氣水汽含量少、溫度低，因此，5—6月冰雹天氣出現時，K指數為26～28 ℃；7—8月，隨著副高和夏季風的北移，陜西地區的大氣層增溫增濕，冰雹天氣出現時，K指數達到32 ℃。850 hPa和500 hPa溫差在5—6月冰雹天氣時為30 ℃，而7—8月只有25 ℃左右，這是因為7—8月高層冷空氣減弱，大氣上下層的溫差減小造成的。850 hPa露點溫度反應了低層的水汽條件，5—6月850 hPa露點溫度氣候平均值為3 ℃左右，而商洛冰雹天氣出現時，850 hPa露點溫度為8 ℃，表明了5—6月冰雹發生前850 hPa水汽含量明顯增大；7—8月850 hPa露點溫度氣候均值在13 ℃左右，冰雹天氣出現時，850 hPa露點溫度達到了14 ℃，說明7—8月水汽條件較好，水汽條件能夠滿足對流要求，重點應關注產生對流的穩定度條件。

沙氏指數(SI)在5—6月小于0 ℃時就可能產生冰雹，在7—8月小于-1 ℃時產生冰雹的可能性大。CAPE值各月差異不大，產生冰雹天氣時西安站08時的CAPE值大約在400 J/kg左右，值較小，利用14時地面溫度和露點進行訂正后，可以看出冰雹發生時CAPE值可達1 000 J/kg(14時)。

強天氣威脅指數(SWEAT)和瑞士雷暴指數(Swiss1、Swiss2)是兩個綜合指標，反應了不穩定條件、水汽條件和垂直風切變的綜合影響。商洛出現冰雹天氣時，強天氣威脅指數和瑞士雷暴指數有較好的反應。通過計算5—8月強天氣威脅指數和瑞士雷暴指數，可以發現其在冰雹日的大小與月平均值有顯著差異。5—6月SWEAT指數大約為180、Swiss1小于2，Swiss2小于4左右的時候，容易有冰雹發生；7—8月SWEAT在220左右、Swiss1小于1、Swiss2小于2左右的時候，容易有冰雹發生。

從以上分析發現，不穩定條件、水汽條件在初夏和盛夏有顯著差異。5—6月是春、夏季節轉化時期，大氣溫度較低，0 ℃層高度一般都在4 km左右，比較適合冰雹的生成[6]，但這一時期大氣濕度條件較差，850 hPa露點溫度只有3～4 ℃，而產生冰雹天氣露點溫度需達8 ℃左右，因此初夏(5—6月)進行冰雹潛勢預報時應特別關注低層水汽條件和不穩定指標(K指數)。7—8月低層水汽含量明顯增加，850 hPa露點溫度達12 ℃，冰雹發生時露點溫度為13～15 ℃，兩者差異并不大，因此，7—8月850 hPa露點溫度指標就失去了意義，此時改用溫度露點差效果會好些。7—8月氣溫升高，0 ℃層高度抬高至5 km左右、-20 ℃層在8 km左右，通常產生冰雹天氣時0 ℃層在4 km、-20 ℃在7 km，雖然7—8月濕度和能量條件有利于對流天氣的產生，但0 ℃層和-20 ℃層高度不利于冰雹的產生，因此7—8月冰雹預報時應特別注意0 ℃層和-20 ℃層高度是否適合冰雹的生成。

3 預報指標檢驗

根據統計得到的商洛地區冰雹天氣預報指標，對2012—2014年商洛冰雹天氣過程進行檢驗。2012—2014年商洛地區共出現3次冰雹天氣過程，分別出現在2013年5月22日(過程1)、2013年8月11日(過程2)、2014年7月16日(過程3)。通過分析三次冰雹天氣過程500 hPa天氣形勢發現，過程1、2屬于低槽型，過程3屬于西北氣流型。

過程1、2形勢較為相似，500 hPa寧夏—甘肅南部有淺槽東移，槽前為正渦度平流，商洛位于槽前西南氣流中，淺槽移動較快，500 hPa相對濕度小于30%。850 hPa安康—西安附近有切變線，安康站為西南風，風速達6 m/s，溫度場上商洛受暖脊控制，形成了上干冷、下暖濕的不穩定層結，西風槽前正渦度平流產生的低層上升運動及切變線為商洛冰雹天氣的發生提供了動力抬升條件。對照兩次冰雹天氣過程的各項指標(表2)，過程1有7項指標達到5月商洛冰雹日指標的平均值，其余4項指標基本達到了指標的平均值，表明5月的冰雹指標在這次過程中得到較好的檢驗；過程2有6項指標達到冰雹日指標的平均值，其余5項指標接近平均指標，過程2有強不穩定能量，但0 ℃層和-20 ℃層高度較高，這可能是因為對流發展旺盛，強上升運動達到了較高的高度而出現了冰雹。

表2 2012—2014年商洛三次冰雹日對流參數值(西安站08時)

過程3中，500 hPa亞洲中、高緯為兩槽一脊形勢，巴爾喀什湖地區和東北—華北各為一低槽區，新疆為高壓脊區，商洛位于新疆高脊前和華北低槽后的西北氣流中，700 hPa關中—陜南有一橫向切變線，850 hPa關中西部—陜南西部切變線呈南北走向，高原上的暖舌伸向陜西，上干冷、下暖濕的不穩定層結為強對流天氣的發生提供了有利條件。對照7月商洛冰雹預報指標，發現K指數等4項指標超過指標平均值，其余指標超過了氣候均值，接近指標的平均值，這可能是因為此次冰雹天氣只出現在一個鄉鎮，范圍小的原因。

檢驗結果說明，商洛冰雹天氣的高空形勢分型和預報指標在2012—2014年的三次冰雹天氣中檢驗結果較好。在指標應用時，應注意運用多個指標綜合判斷大氣的水汽、不穩定和能量條件，綜合應用冰雹平均指標和氣候均值指標，能夠更準確地做好冰雹潛勢預報。但是由于2012年以后商洛的冰雹天氣較少發生，預報指標還有待進一步應用和檢驗。