四川盆地中部冰雹天氣過程成因診斷分析

羅玲 佘一坤 王珊 梁蓮

（1.四川資陽市氣象局，四川 資陽 641300；2.四川阿壩州氣象局2，四川 馬爾康 62400）

引言

冰雹是在溫濕垂直分布呈強對流不穩定層結、中層有干冷氣流、風的垂直切變大等環境條件中發生的一種強對流天氣，持續時間短、破壞力強，每次冰雹天氣均造成嚴重的經濟損失，給人民群眾的生產生活造成嚴重影響，生命財產受到巨大損失。

盆地中部地區地形主要為丘陵，其中簡陽西接龍泉山脈，地勢西北高、東南低，在盆地中部為冰雹易發區，從1961年至今不完全記錄共發生24次冰雹。但與盆地南部（宜賓、瀘州）相比，盆地中部發生冰雹的幾率更小，由于冰雹的突發性強，局地性明顯，并且在盆地中部沒有探空站資料，依賴于溫江站與重慶沙坪壩站判斷盆地中部的大氣層結，使得預報難度更大。傳統天氣分型方法將產生冰雹的天氣形勢分為4類：西北氣流型、高空低槽型、高空冷渦型、南支槽型。2007年4月資陽與簡陽連續出現冰雹天氣過程，并且已通過傳統天氣分型方法對這2次冰雹過程進行了分析，但隨著經驗積累發現已有分析不足，對其成因分析流于表面形式，本文將對這2次冰雹過程成因，給予產生強對流天氣潛勢條件的相對重要性，按照最新強對流分類重新進行分析，在一定程度上更新資陽冰雹預報經驗與方法。

1 冰雹過程選取與特點

本文選取2007年4月14日晚、 2007年4月16日晚2次冰雹天氣過程的成因及特征進行對比分析，初步探討micaps、雷達等資料在冰雹天氣預報、預警中的應用。

2007年4月14日晚（14日20:00）在成都、眉山、綿陽3市，涉及新都、彭州、蒲江、眉山、平武、江油、三臺、梓潼、簡陽、南江等縣（市、區）出現了冰雹、短時陣性大風天氣，其中簡陽冰雹出現在養馬、石盤附近。繼2007年4月14日出現冰雹后，16日晚上（16日20:00）廣安、達州、資陽等市出現了冰雹，其中資陽冰雹出現在雁江區中和、丹山、安岳縣馴龍，并伴有7級左右的陣性大風。綜上這2次過程均出現在夜間，突發性強，局地性明顯，并伴有短時陣性大風，降雨不明顯。

2 地面氣溫分析

14日20:00與16日20:00盆地中部地面溫度均達26～27℃，較溫江站的地面溫度更高，不穩定能量更顯著。并且2007年入春以后，由于天氣影響系統和冷空氣較弱，導致了資陽氣溫偏高，降水偏少的異常氣候。尤其是4月上旬資陽降溫降雨的天氣過程結束后，天氣迅速轉晴，氣溫回升顯著。與歷史同期相比，資陽市在日平均氣溫長期偏高的同時，氣溫呈上升趨勢（表1），11日日均氣溫偏高了2℃左右，12、13日日均氣溫普遍偏高了4.5℃左右。而14日偏高了5.5℃左右，16日普遍偏高了7℃左右，邊界層增溫顯著。

表1 11—16日實況日均氣溫距平值（單位：℃）

3 冰雹環流形勢與中尺度特征分析

按照熱動力學結構特征將我國強對流天氣的形勢背景分為5類：高空冷平流強迫類、低層暖平流強迫類、斜壓鋒生類、準正壓類和高架雷暴類。對這2次過程開始前20:00 500hPa環流形勢分型以及中尺度分析，其中14日晚為高空冷平流強迫類，16日晚為低層暖平流強迫類（圖略）。

圖1 冰雹開始前20∶00中尺度分析

14日20:00(圖1A)可見200hPa上盆地中部處于偏西氣流的影響中，盆地中部為風速輻散區，有利于上升運動。500與700hPa上青海、甘肅一帶的偏北風勢力較強，達到急流標準， 500hPa在河套地區南部以及甘肅南部有顯著降溫區， 700hPa在內蒙西部有顯著降溫區，說明這2層上的偏北風中均攜帶冷平流南下，同時地面天氣晴好，邊界層增溫明顯，兩者疊加使得大氣溫度垂直遞減率增大，盆地內D（850-500）達到29～32℃，低層空氣負浮力加大，有利于強對流天氣出現，此為熱力條件。700與850hPa上在盆地中部有切變線存在，水汽條件較差，僅在盆地中部有濕區。地面上在盆地北部有弱冷鋒，滿足高空冷平流強迫類的動力與濕度條件。16日20:00中(圖1B)，可見200hPa上在盆地中部與北部在偏西氣流中的風速輻散區，500hPa川西高原有一低槽，槽后有強盛的偏北風，并且有顯著降溫區與之配合，說明冷平流較強，有利于低槽發展，使得槽前的正渦度平流增大，上升運動增強，對應700hPa上有偏北風攜帶冷平流南下與偏南急流在盆地西北部形成切變,850hPa上偏南氣流從重慶以氣旋式入川，在盆地中部形成切變線，地面上在秦嶺附近有一冷鋒。低層輻合、高層輻散以及槽前的正渦度平流產生的強上升運動都為強對流發展提供動力條件。

700hPa與850hPa上可見有急流或顯著偏南氣流存在，但其南部濕度很小，水汽輸送較差，說明低空強盛暖平流使得對流不穩定層結增大，同時盆地中低層大部分地方處于濕區中（t-td≤4℃），滿足冰雹形成的水汽條件。

2次過程形成的熱力條件與動力條件不同，14日夜間由于西北氣流中攜帶冷平流造成熱力不穩定，而高層系統的抬升作用不明顯，主要由于低層輻合提供動力條件；16日夜間是由于低層強烈暖平流造成熱力不穩定，并且由于高空低槽得到發展，槽前正渦度平流疊加低層輻合提供產生上升運動的動力。

4 t-lnp圖與物理量分析

單站的T-lnp圖是分析本地大氣環境熱力穩定度、動力穩定度的重要手段。T-lnp圖中0℃、-20℃層高度、LCL、逆溫層高度、低空風切變等參量能夠比較顯著的區分冰雹和對流行短時強降水天氣[1]。0℃層和-20℃層分別是冷暖云分界線高度和大水滴自然冰化區下界，是表示雹云特征的重要參數，天氣學原理上規定高度在2者分別在600hPa與400hPa附近有利于產生冰雹；當LCL高度較低時，水汽上升至不太高的高度后就可凝結為水滴降落至地面，形成降水從而不產生冰雹，那么LCL高度具體在哪個范圍利于產生冰雹。在盆地中部除了0℃、-20℃層的高度可參考外，其他參數高度在冰雹的預報中是否具有參考價值，下面對2次盆地中部冰雹過程的溫江與重慶沙坪壩站T-lnp圖以及各熱力學參數進行分析。

圖 2 14 日 20∶00t-lnp 圖

14日20:00K溫江=38℃，K重慶=11℃，SI溫江=-3.8℃，SI重慶=-0.57℃，CAPE溫江=1495.2，CAPE重慶=1590.8；16日20:00K溫江=33℃，K重慶=38℃ ,SI溫江=3.54℃，SI重慶=-3.02℃，CAPE溫江=0，CAPE重慶=1708.3。僅 16日20:00溫江站無cape值，但從t-lnp圖上看溫江站均有中層干冷侵入，低層也有“喇叭口”形狀，這種上下喇叭口有利于大風天氣產生；14日20:00溫江站0℃層高度位于600hPa附近，-20℃層位于418.5hPa，在靠近-20℃層附近有相對濕度≥80%的水分累積區，有利于水汽凝結為雹云；16日20:00溫江站僅在700hPa附近有濕層，但在-10℃層至-20℃層之間相對濕度在70%～75%范圍內，0℃高度在556hPa，略高于600hPa,-20℃的高度位于400hPa附近，有利于雹云生成，但沒有14日冰雹的層結特征明顯。

圖 3 16 日20∶00t-lnp 圖

重慶站t-lnp圖形狀上喇叭口非常明顯，0℃以上無濕層，更偏向于大風的層結特征。

對2次過程溫江站與重慶沙坪壩站計算0～-20℃層之間的CAPE值，14日20:00溫江為107.8J/kg，重慶沙坪壩站位331.8 J/kg,16日20:00溫江站無CAPE值，重慶沙坪壩站為294.2 J/kg。再根據公式計算0～-20℃間的最大上升速度，分別為14日20:00溫江站14.6m/s，重慶沙坪壩站為25.8m/s，16日20:00重慶沙坪壩站為24.3m/s。說明0～-20℃間有較強的上升運動，且東部上升速度強于西部。資陽市與相鄰簡陽處于溫江與重慶沙坪壩站之間，因此即便某一站點的層結特征并不完全滿足降雹的特征，但在至少一站高能的情況下預報員仍需高度警惕。

2次過程中LCL均位于濕層以下，因此不利于顯著降雨，0、-20℃層高度均為溫江站更分別接近降雹標準600hPa與400hPa，但高度并不標準，CCL與LFC（表略）在這2次過程中無指示意義。

2次過程東部不穩定能量高于西部，均有較強垂直風切變。14日20:00可見沒有低空急流，但中高層（500hPa與700hPa上）有西北風急流，垂直風切變很大，溫江站850～500hPa風向順轉達120（超過90），風速切變約20m/s，沙坪壩站850～500hPa風向順轉接近180（超過90），風速切變約16m/s。16日20:00溫江站與沙坪壩站的850～500hPa風向順轉均超過了90，風速切變也較大，具備了對流向強對流的轉換條件。

5 垂直速度場

利用FNL資料分別對14日20:00，16日20:00垂直速度、靜力能分析。

圖4 沿30N 緯向剖面圖垂直速度場

圖5 850hPa靜力能分布（單位k）

6 2次冰雹過程中雷達資料分析

14日22:00新都附近有強度為30～35dBz層狀云回波向東南方向移動，并且移動迅速。22:13可見回波移動至成都龍泉驛，并且中心強度增大至40dBz，為積云狀、層狀云混合性降水回波，對應強回波頂高最高達11～12km（圖略），22:30回波繼續發展中心強度達50dBz以上，移入簡陽境內，但回波頂高降低（圖略）。22:43回波強度達55dBz，對應回波頂高10.5km（圖略），對應垂直累積液態水含量增大至20kg/m2以上， 22:50中心強度仍維持在55dBz以上，但回波頂高降低，最高為8km，VIL值維持在20 kg/m2以上，之后回波強度減弱，回波頂高降低，VIL值降低。

16日21:11在雁江區西北部有回波發展并向東擴展，回波頂高達11km ，21:28回波在雁江區北部強度達50dBz，之后繼續發展并東移，VIL增大至19 kg/m2以上，21:34回波中心強度達55 dBz，對應回波頂高達10～11km（圖略）,VIL繼續增大至30 kg/m2，21:40回波略有減弱，但21:46雁江區境內回波又有所增強，VIL值維持在20 kg/m2以上，21:58回波東移減弱，17日00:34回波中心強度在安岳境內增強至40dBz，成都雷達在資陽東部有衰減，因此比實際回波強度弱，對應回波頂高達10km（圖略），但對應VIL值很小。

在這2次過程中強反射率因子對應頂高10km附近，說明回波高度達0℃層以上，有利于雹云生成，而VIL值約20 kg/m2，因龍泉山脈遮擋，比常用的VIL閾值（45 kg/m2以上）偏低，回波垂直分布圖上可見2次過程中回波懸垂結構明顯（圖略），并且3KM上均有強回波存在。徑向速度在這2次過程中僅能判斷風速大小，以及預測回波移動防向，無法用來判斷回波發展趨勢。

7 小結

2次冰雹天氣過程中14日夜間為高空冷平流強迫類，16日晚低層暖平流強迫類。

11—16日地面氣溫明顯偏高，說明邊界層增溫顯著。

2次過程均有較強的不穩定能量，垂直風切變較大，溫江站0～-20℃層間有相對濕度大于70%的水分累積區，并且在此范圍內溫江與沙坪壩站均有較強的上升速度，有利于形成冰雹，上下喇叭口形狀有利于大風。

在2次降雹過程前20:00，上升運動區與靜力能分布對簡陽、資陽的降雹大致落區有較好的指示意義。

2次過程中雷達回波的組合反射率因子中心強度均達50dBz以上，且對應回波頂高在10km附近，而VIL值約20 kg/m2，垂直方向上有懸垂結構。徑向速度在這2次過程中無法用來判斷回波發展趨勢。