中等強度垂直風切變下大冰雹天氣淺析

賈曉霞 徐衛麗

摘要? 利用常規高空、地面觀測資料，地面自動站逐3 h資料和太原站多普勒雷達產品，對2017年8月11日發生在山西省南部的強對流冰雹過程進行了分析。

關鍵詞 CAPE值;SI指數;垂直風切變;冰雹

中圖分類號：P458.1+21.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）06-061-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.028

Analysis of Heavy Hail Weather under Moderate Intensity Vertical Wind Shear

JIA Xiao-xia? et al（Shuozhou Meteorological Bureau， Shuozhou， Shanxi 036002）

Abstract The strong convective? hail weather process in southern Shanxi Province on August 11， 2017 were analyzed by using conventional high altitude and ground observation data， 3 hour data of automatic ground station and doppler radar products of Taiyuan station.

Key words? ?CAPE value; SI index; Vertical wind shear; Hail

2017年8月11日受高空冷渦影響，山西省陽泉市的全區，大同、忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾、運城、長治市的局部共24個縣（市）出現降水，省中南部以對流天氣為主，39個縣（市）出現雷暴，5站7～9級大風，兩站冰雹，包括區域站在內小時雨強≥20 mm的有22站。陽泉市區15：57出現直徑40 mm大冰雹，16：02瞬時風速達到24.0 m/s，16：00—17：00小時雨量22.1 mm;平定縣16：00出現直徑16 mm冰雹。文中利用常規高空、地面觀測資料，地面自動站逐3 h資料和多普勒雷達產品，對2017年8月11日發生在山西省陽泉市的一次強對流冰雹天氣進行診斷分析，旨在探討該次強對流天氣形成的物理機制，以及對其進行預報的可能性。

1 大尺度環流背景和潛勢分析

1.1? 環流背景分析

2017年8月上旬末高空環流由徑向轉緯向，11日08：00，500 hPa 高空等高面上中高緯地區環流三槽兩脊，巴爾喀什湖到里海間高空槽，高壓脊分別位于貝加爾湖西側和山東到東北西部，蒙古冷渦位于蒙古國東南部中心位置東經110°E附近，且冷渦有-12℃冷中心與之配合。山西位于冷渦底部，冷平流沿槽底向東南滲透。地面分析可知，11日08：00影響山西的地面系統為一倒槽，倒槽中心伸出的冷鋒位于河套以北，冷鋒兩側水平露點梯度較大，鋒面移動緩慢，山西位于鋒前暖區，此時，太行山東部河北地區已經出現閉合環流，至20：00地面冷鋒略東移，12 h移速約1～2個經距。8月11日山西中南部的雷暴和強對流天氣就發生在蒙古冷渦分裂東南移動的冷空氣和地面冷鋒共同影響的大環流背景下。

1.2 中尺度環境場分析（潛勢分析）

降水天氣過程都產生在大的系統背景下， 但天氣尺度的系統作用是使大氣穩定度降低，強對流天氣多由中尺度系統的上升運動觸發。

1.2.1? 中尺度環境場分析? ?圖1可以看出，8月11日08：00，700 hPa等高面上河套地區有冷切變線（位置與500 hpa蒙古冷渦中分裂的短波槽位置接近），山西位于切變前;850 hPa從山西西北部延伸至甘肅東部有冷變線，山西受切變線前的西南暖濕氣流影響，此時水汽通道已經建立，雖然未達低空急流標準，但是通道的建立為強對流區提供了源源不斷的水汽;200 hPa等高面上一支西風急流橫貫山西，山西地區處于急流出口區的左側，即強輻散區。

1.2.2 不穩定層結判斷? 通過08：00高空資料分析，CAPE>1 000 J/kg 的區域涵蓋山西東部到河北省以即河南山東的大部分地區，SI<0的區域包含在CAPE>1 000 J/kg 區域內，兩者疊加不穩定區落區在忻州、晉中東部和陽泉全境;850 hpa溫度場上，山西東南部穿過河北中部到達京津地區有一暖脊使該區域白天增溫，蒙古冷渦分裂的冷空氣東南移動到暖區時上下溫差增大，山西省境內陽泉市即周邊地區大氣不穩定度增強。

1.2.3 水汽條件分析? 11日08：00山西上空500、700 hPa均為干區，850 hpa太原站T-Td=9℃，水汽條件一般，但水汽通道已經建立，切變線前西南風將南海暖濕氣流源源不斷地輸送到山西中東部，水汽層結上干下濕符合強對流天氣發生的條件。

1.3 探空分析

較大的CAPE值、較強的垂直風切變、0℃高度適宜，容易產生大冰雹。

分析距離陽泉市最近的太原探空圖（圖2），11日08：00，0℃層在4.7 km，-20℃層在7.5 km，這種高度適于冰雹生長;對流有效位能1 318 J/kg，大的對流有效位能可轉換為氣塊作垂直運動的動能，從而促進對流系統發展;850～700 hPa之間有暖平流，500 hPa以上有冷平流，邊界層有逆溫，利于水汽能量聚集;0～6 km垂直風切變6 m/s較弱，14：00（訂正后）增強到中等強度，有利于普通單體風暴發展成組織性較強的多單體風暴或超級單體。

2? 多普勒雷達資料分析

太原站多普勒雷達資料顯示，11日15：32，2.4°仰角的反射率因子圖陽泉市上空出現大于55 dbz的回波，沿雷達徑向強回波后出現“V”型缺口，這是C波段雷達預報冰雹的重要指標。15：52速度圖上0.5°仰角強回波區出現氣旋性輻合，15：57氣旋性輻合更明顯，出現正負速度對，速度進一步增大，但未達到中氣旋標準，同時次1.5°仰角回波強度達到最大65 dbz，VIL達55 kg/m3，回波頂高11 km，各種指標表明此時對流發展旺盛階段，地面也出現了大冰雹。

3 小結

（1）大尺度的有利環流形勢是產生強對流的先決條件，中尺度不穩定層結潛勢分析有助于判斷對流天氣發生的落區;低層暖脊增溫和東移的高空槽帶來的冷平流使對流潛勢區大氣不穩定性增強。

（2）大的對流有效位能CAPE值和SI指數重疊區對判斷強對流發生落區有指示意義。探空資料分析0℃和-20℃層高度，適宜冰雹產生;產生大冰雹需要較強的垂直風切變，對這一要素要做動態判斷，2017年8月11日陽泉市大冰雹就是08：00 0～6 km為弱垂直風切變，午后高空風加強，垂直風切變由弱變強的例子。

（3）雷達回波反射率因子圖上“V”型缺口是冰雹的回波特征，15：52累計液態水含量出現最大值也與大冰雹對應，陽泉市16：00—17：00出現了22.1 mm的短時強降水，如果只判斷有冰雹，強降水天氣可能會漏報，這有待于進一步探討研究。

參考文獻

[1] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京：氣象出版社，2006.

[2] 俞小鼎.天氣雷達業務應用論文集[M].北京：氣象出版社，2008.