天津市一次冰雹過程的中尺度特征及成因分析

賈 丹，張春同

(天津市寧河區(qū)氣象局 天津301500)

0 引 言

冰雹是由強對流系統(tǒng)引發(fā)的劇烈天氣現(xiàn)象[1]，具有局地性、突發(fā)性和陣性特點，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟、人民財產(chǎn)等造成巨大損失。在實際工作中，分析冰雹產(chǎn)生的天氣背景和中尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對冰雹的預報和臨近預警有重要意義。學者們對冰雹天氣的天氣系統(tǒng)、中尺度特征、多普勒雷達特征多有研究[2-7]，但是冰雹過程局地性特征明顯，天氣尺度和中尺度特征也有地域性區(qū)別。迄今為止，尚未見有對寧河地區(qū)冰雹過程的研究報道。因此對寧河地區(qū)冰雹過程的個例進行天氣尺度和中尺度特征分析十分必要。

本文利用自動站資料、雷達資料及 FNL再分析資料，對2016年6月10日傍晚發(fā)生在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次冰雹過程的天氣尺度及中尺度對流特征和形成原因進行分析和研究，有助于了解寧河地區(qū)冰雹過程的發(fā)生機制，為冰雹天氣過程的預報預警提供參考依據(jù)。

1 天氣實況和環(huán)流背景

2016年6月10日晚18時，潘莊鎮(zhèn)西北部突遇15,min的冰雹襲擊，致使大龍灣村、大賈村、齊心村等 11村受災。冰雹最大有核桃大小(見圖 1)。此次冰雹造成受災面積達到 2,623.2,hm2，造成經(jīng)濟損失1,500多萬元。

圖1 2016年6月10日天津市寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)冰雹實況Fig.1 Hail in Panzhuang Town，Ninghe District，Tianjin on June 10，2016

2016年6月10日12時，潘莊鎮(zhèn)溫度為31,℃，風向西南風，風力不大，有利于升溫，午后全區(qū)溫度繼續(xù)升高。14時潘莊鎮(zhèn)溫度為 33.7,℃，高于周邊區(qū)域站溫度，到16時溫度一直維持在33,℃以上。18時受強對流系統(tǒng)影響，溫度迅速下降至 23.7,℃，風向轉(zhuǎn)為北風，風力略有增大。18時之后，潘莊鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹天氣，19時降水量為 17.2,mm，風向轉(zhuǎn)為東南風。從17時地面圖上可以看出，在河北中南部到天津北部存在明顯的西北風和西南風的切變線。14∶00 500,hPa高空圖上，中高緯度地區(qū)環(huán)流徑向型明顯。從貝加爾湖以東至黑龍江省為高空冷渦控制，冷渦中心位于內(nèi)蒙古中東部到黑龍江省西北部地區(qū)，冷渦中心范圍較大，內(nèi)蒙古一帶存在橫槽，溫度冷槽落后冷渦，冷中心低值為-22,℃。700,hPa風場在內(nèi)蒙古東部地區(qū)也存在氣旋，且位置比 500,hPa冷渦中心更偏南一些，冷渦底部出現(xiàn)西北風和西南風的冷式切變，冷空氣向東南移動；200,hPa高空圖上，河北東北部到黑龍江南部東北西南方向上存在風速大于 30,m/s的急流，天津處于急流的入口區(qū)，有利于高空輻散，對應河北東北部存在上升運動大值區(qū)，最大值為-0.2,Pa/s。由于溫度槽落后高度槽，此系統(tǒng)進一步發(fā)展，存在前傾結(jié)構(gòu)，有利于高空干冷空氣疊加在低層暖濕空氣上，形成不穩(wěn)定層結(jié)，是對高空急流有利的輻散條件，為強對流天氣的發(fā)生提供有利的環(huán)流條件。

2 中尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

天津塘沽站雷達2016年6月10日反射率因子顯示(圖 2)，午后開始北京一帶有零散對流單體生成，并向東南方向移動發(fā)展加強，14∶42開始影響寶坻地區(qū)，中心強度在 55,dBz以上，18∶06進入寧河區(qū)西部，反射率因子強度明顯加強，中心強度達到65,dBz，18∶12繼續(xù)東南移動，中心強度略有下降，但反射率因子 60,dBz以上范圍有所擴大，最終造成了潘莊鎮(zhèn)地區(qū)的冰雹天氣。

圖2 2016年6月10日18∶12天津塘沽多普勒天氣雷達反射率因子及基本徑向速度圖Fig.2 The reflectivity factor of Doppler weather radar in Tanggu，Tianjin at 18∶12 on June 10，2016 and basic radial velocities

在對流單體成熟階段(18：12)圖 2(a)～(e)，0.5,°、1.5,°、2.4,°、3.4,°、6.0,°仰角的反射率圖中，最大回波強度均在 60,dBZ 以上。1.5,°、2.4,°、3.4,°仰角的反射率圖中，最強反射率達 65,dBZ以上。圖 2(a)黑色箭頭指示方向有 V型缺口。從0.5～3.4,°仰角雷達產(chǎn)品可以看出，強回波中心隨高度增高不斷向南偏移，存在很明顯的回波懸垂結(jié)構(gòu)。圖2(f)為2.4,°仰角的基本徑向速度圖，從中可看出，在寧河西北部邊界有一條東北—西南向的遠負近正的風速輻合線，在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)存在正負速度中心，正負速度最大差值達37,m/s，存在中氣旋，表明對流單體已發(fā)展成超級單體風暴。

3 冰雹過程物理量分析

3.1 不穩(wěn)定層結(jié)條件

利用6月10日14時北京探空資料，通過潘莊鎮(zhèn)溫度修訂，得到當日潘莊鎮(zhèn)流有效位能(CAPE)為3,623.5,J/kg，對流抑制有效位能(CIN)為 0,J/kg，而在8∶00 CAPE 值為 348.7,J/kg，CIN 值為 285.9,J/kg，說明冰雹發(fā)生前CAPE值有一個明顯增大，CIN值減小的過程。傍晚強對流天氣能量得到釋放，大氣恢復穩(wěn)定狀態(tài)，對流過程結(jié)束。

3.2 水汽條件

沿39,°N做相對濕度的垂直剖面圖可知，在潘莊鎮(zhèn)(117,°E)850,hPa以下濕度較差，在 50%,以下，850～750,hPa濕度條件較好；在 50%～70%,，750,hPa以上濕度隨高度的增加急劇減小，在 650～550,hPa濕度最小，為 20%,以下。這說明空氣中低層存在濕舌，而中高層則是受干冷空氣控制，上干下濕的配置條件對建立不穩(wěn)定層結(jié)有重要作用。進一步說明冰雹天氣只需要一定的水汽條件即可，而中高層的干冷空氣可能比濕舌的作用更為重要。

3.3 風的垂直切變

采用 FNl 1,°×1,°再分析資料的 u、v風場資料，分析 850～1,000,hPa和 500～850,hPa的風切變，可以看出，在低層，天津東部到唐山沿岸存在分切變大值區(qū)，中心大值區(qū)風切變?yōu)?4,m/s。

4 結(jié) 論

本文綜合利用自動站資料、雷達資料及 FNL在分析資料，對2016年6月10日發(fā)生在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次冰雹天氣進行了天氣環(huán)流和中尺度結(jié)構(gòu)分析與診斷，得到如下主要結(jié)論：

①此次嚴重冰雹過程，在東北冷渦背景下，前傾結(jié)構(gòu)使得渦后干冷空氣疊加在低層暖濕空氣之上產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)；處于高空急流的入口區(qū)，高空有好的輻散條件。

②對流系統(tǒng)是由西北移入，在發(fā)展成熟階段，該超級單體呈現(xiàn)V型缺口、低層弱回波區(qū)和懸垂結(jié)構(gòu)，中心反射率因子達 65,dBz以上；在低層存在風向輻合線、一定強度中氣旋。

③在冰雹發(fā)生前，對流有效位能明顯增大，對流抑制能力減小，層結(jié)不穩(wěn)定性增加。850,hPa和地面風速存在明顯風切變，風速差值為 14,m/s，為降雹過程提供了有利的動力作用。

④本次冰雹過程中，中低層有濕舌，中高層有明顯的干區(qū)配合，說明中高層的干冷空氣在此次過程中有重要作用。

本文分析揭示了2016年寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次嚴重冰雹過程的天氣形勢、中尺度特征和形成的原因。但是此次過程中風切變與海陸分布的關(guān)系及超級單體的物理機制仍不明確，今后將進一步深入分析并用模式驗證。■

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