延安降雹天氣環流特征及產生條件分析

鄭小陽候

摘要

通過對延安市2005～2011年的降雹資料統計、降雹日500 hPa環流形勢及物理量分析，研究延安市降雹天氣氣候特征以及降雹天氣出現的環境場和物理量特征。結果表明，延安年平均降雹日數為17 d左右；延安市降雹有明顯的月變化特征，6月是降雹最頻繁的時期，7、8月次之，10月最少；延安降雹日的500 hPa環流形勢可以分為西北氣流型、低渦切變型、蒙古冷渦型和階梯槽型4種類型。分析08：00高空環境場和延安測站探空資料得出，當對流中下層濕層較厚時，且河套上游500 hPa有干冷平流，一般伴有強降水；對流層中上層冷空氣的入侵容易出現降雹天氣，延安出現降雹天氣其上空一般-20 ℃層高度在8 000～7 000 m，0 ℃層高度各月表現不一；中低層有較強的垂直風切變存在，一般500 hPa以下風速較小。

關鍵詞 降雹；環境場；物理量；環流特征

中圖分類號S427文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-164-02

產生降雹的強對流天氣是延安的主要災害性天氣之一，而比較準確的強對流天氣預報可以將災害減少到最低限度，在我國許多氣象工作者和科研人員在不同的角度做出了許多有益的工作，并取得了相當大的進展[1]。我國強對流天氣是指出現短歷時強降水、冰雹、雷雨大風、龍卷、雷電等現象的災害性天氣，其中冰雹天氣一般是指降落于地面的直徑≥5 mm的固體降水過程。幾乎所有的強風暴事件均與深厚濕對流有關，Doswell等研究表明要達到深厚濕對流必須具備水汽條件、不穩定層結、抬升條件3個要素[2-3]。雖然許多預報員對當地冰雹的強對流天氣預報模型和指標進行了有益的研究，但到目前為止尚沒有一套系統的、詳實的、完整的關于冰雹的強對流天氣預報分析方法。筆者在此結合國家氣象中心的中尺度天氣分析規范，通過延安13個測站2005～2011年間的117個冰雹個例分析了延安市降雹天氣氣候特征以及降雹天氣出現的環境場、物理量特征。

1冰雹天氣的氣候概況

延安市降雹主要出現在4月下旬～10月上旬，歷史上有資料記載的最早降雹出現在3月15日（1963年宜川），最晚降雹出現在11月21日（1977年洛川）。分析2005～2011年間降雹資料發現，延安市出現降雹年日數變化幅度較大，最多年份出現在2006年（32個雹日），最少年份出現在2009年（9個雹日）。根據近20年降雹日數普查和近7年降雹日數統計分析，延安年平均降雹日數為17 d左右。延安市降雹有明顯的月變化特征，其變化與大氣環流的月變化及季風氣候特點相一致[4]，由表1可看出，6月是降雹最頻繁的時期，月平均降雹日為6 d左右，占全年總次數的34%；7、8月次之，月平均降雹日為3 d左右，10月最少，僅占全年總次數的4%。

2降雹天氣環流分型

通過對2005～2011年的降雹資料及降雹日500 hPa環流形勢分析，將降雹的500 hPa環流形勢分為西北氣流型、低渦切變型、蒙古冷渦型和階梯槽型4種類型。

2.1西北氣流型

西北氣流型是指河套地區處于槽后脊前，延安及以西為一致性西風或西北氣流控制，溫度槽落后于高度槽，在河套西部有冷平流（圖1a）。此型在冰雹個例中共出現54個雹日，占總日數的50%，是產生冰雹的主要環流形勢。西北氣流型在各月出現頻率也不同，最多出現在6月，其次是5月，在10月出現頻次最少。

2.2低渦切變型

低渦切變型是指在河套地區有切變線生成或有低渦發展（圖1b）。此型在冰雹個例中共出現38個雹日，占總日數的35%。低渦切變型在6月出現頻次最多，最少是5月。

2.3蒙古冷渦型

蒙古冷渦型是指在河套地區北部蒙古一帶出現冷空氣堆或有閉合冷渦（圖1c）。此型在冰雹個例中共出現11個雹日，占總日數的10%。蒙古冷渦型在6月出現頻次最多，其次是7月。

2.4階梯槽型

階梯槽型指歐亞為一槽兩脊型，河套地區處于歐亞大槽底部，且西側有短波槽配合冷空氣下滑（圖1d）。此型在冰雹個例中共出現6個雹日，占總日數的5%。階梯槽型最多出現在5月。

3降雹天氣環境場及物理量特征

強對流中尺度系統的產生與發展受環流形勢和天氣尺度系統所制約，與高、中、低層的流場、溫度場、濕度場等環境條件密切相關。由于對流活動大部分受低層大氣狀態即中小尺度系統活動，尤其是邊界層輻合以及能量場配置的影響，所以降雹天氣表現出明顯的物理量特征。通過對2005～2011年的降雹資料及降雹日500 hPa環流形勢分析，發現延

安出現降雹天氣具有典型的環境場及物理量特征。

3.1適中的水汽條件

上干下濕且濕層厚度超過100 hPa有利于強對流。從08：00高空環境場和延安測站探空資料可以看出，近地面層有偏南氣流進入河套，一般在邊界層附近有薄的相對濕度≥80%的濕層，中層700～400 hPa相對濕度為35%～70%，對應850 hPa高度上有一自南向北的假相當位溫高能舌進入河套，延安上空T-Td為4～7 ℃。此時低空往往有一支≥4 m/s的偏南風和輻合區。當對流中下層濕層較厚時，且河套上游500 hPa有干冷平流，一般伴有強降水（圖2）。

3.2強的不穩定層結或有潛在不穩定存在

高層的冷空氣活動和低層的暖濕空氣構成強的對流性不穩定，是冰雹云形成的重要環境場條件之一。大氣層結的不穩定常與高空的顯著降溫有關，資料統計表明，對流層中上層冷空氣的入侵容易出現降雹天氣，表現出-20 ℃層高度較前期非降雹日的高度低，延安出現降雹天氣其上空一般-20 ℃層高度在8 000～7 000 m，0 ℃層高度各月表現不一（表2）。在500 hPa銀川與延安的溫差為負，河套西北側一般表現有較強的冷平流，T銀川-延安≤-2 ℃。延安測站上空T500-850≤-25 ℃。通過資料分析，無論是不穩定能區的面積還是沙氏指數SI的大小分布，降雹日與前期非降雹日有明顯的差別，未來都是在向不穩定層結在轉化。一般延安測站上空存在一定的正不穩定能區，沙氏指數SI為負值。

3.3垂直風切變

分析08：00延安測站探空資料可見，0 ℃層高度一般在600 hPa附近，中低層有較強的垂直風切變存在，一般500 hPa以下風速較小（<8 m/s）。當08：00 700 hPa和850 hPa有切變和輻合存在時，便構成了較強的觸發機制。

4大范圍區域性降雹和連續性降雹的環境場及物理量特征

4.1大范圍區域性降雹

根據2005～2011年的降雹資料分

析，產生區域性降雹多為西北氣流型和低渦切變型，分別占總降雹日數的54%和27%，其次為蒙古冷渦型，占15%，而階梯槽型僅占總降雹日數的4%。延安出現大范圍的區域性冰雹時一般具有以下特征：

①在850 hPa層面上河套區存在一定面積濕層，水汽通量散度場對應有輻合區。

②500 hPa層面上河套上游有較強干冷空氣侵入河套，一般延安測站處于假相當位溫鋒區附近，850 hPa層面上河套區有高能舌配置，延安測站假相當位溫6～9月為50～70 ℃、5和10月為40～55 ℃。③500 hPa層面上銀川和延安500 hPa的溫度差T銀川-延安≤-2 ℃。延安測站上空T500-850≤-25 ℃，即中層有一定強度的冷平流。

4.2 連續性降雹

根據2005～2011年的降雹資料分析，產生連續性降雹的日數中有23 d屬于西北氣流型，占總降雹日數的62%，低渦切變型有8 d，占總降雹日數的22%，蒙古冷渦型和階梯槽型均占總降雹日數的8%。從2005～2011年間連續性降雹過程中的08：00延安探空資料分析出以下特征：

①垂直風切變均較低，大多數在850～700 hPa。

②中層500～400 hPa有較明顯的干冷空氣。

③低層有逆溫層出現，基本在近地面到850 hPa之間；有時地面伴有鋒面，探空圖上有鋒面逆溫。

④0 ℃層高度在600 hPa及其附近，-20 ℃高度在6 km附近。⑤一般低層相對濕度>80%的濕層淺薄，若濕層較深厚，則在降雹時伴有不同程度的降水。

⑥不穩定層較深厚，一般在850～500 hPa。⑦當低層有逆溫層存在時，SI指數的參考意義不大，K指數>30 ℃，當K指數在30 ℃以上時，降雹的同時伴有強降水產生。⑧在連續性降雹中垂直風若低層（850～700 hPa）和中層（700～500 hPa）均有風切變存在，則可能出現區域性冰雹。

5小結

（1）延安年平均降雹日數為17 d左右。延安市降雹有明顯的月變化特征， 6月是降雹最頻繁的時期，月平均降雹日為6 d左右，占全年總次數的34%；7、8月次之，月平均降雹日為3 d左右；10月最少，僅占全年總次數的4%。

（2）延安降雹日的500 hPa環流形勢可以分為西北氣流型、低渦切變型、蒙古冷渦型和階梯槽型4種類型。

（3）由08：00高空環境場和延安測站探空資料得出，近地面層有偏南氣流進入河套，一般在邊界層附近有薄的相對濕度≥80%的濕層，對應850 hPa上有一自南向北的假相當位溫高能舌進入河套。當對流中下層濕層較厚時，且河套上游500 hPa有干冷平流，一般伴有強降水。

（4）對流層中上層冷空氣的入侵容易出現降雹天氣，延安出現降雹天氣其上空一般-20 ℃層高度在8 000～7 000 m，0 ℃層高度各月表現不一。在500 hPa銀川與延安的溫差為負，河套西北側一般表現有較強的冷平流。

（5）中低層有較強的垂直風切變存在，一般500 hPa以下風速較小（<8 m/s）。當08：00 700 hPa和850 hPa有切變和輻合存在時，便構成了較強的觸發機制。

參考文獻

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