2019年3月岳陽一次強對流天氣過程的成因分析

許麗麗 尹依雯 袁泉

摘要 整理分析岳陽2019年3月20—21日常規天氣觀測資料、NECP再分析數據，結合多普勒天氣雷達資料及產品，應用天氣學、雷達氣象學方法對此次強對流天氣過程的背景及環境場條件進行分析。結果表明，前期不穩定能量積聚，19—20日地面倒槽發展，南風強盛，岳陽市前期地面升溫明顯，最高氣溫達到28℃以上;500 hPa中高緯為多波動型，湖南處于槽前西南氣流控制下，850 hPa四川、貴州交界處有低渦形成，中低層切變移動影響岳陽，為此次強對流過程提供了動力條件;地面冷空氣南下，斜壓鋒生，觸發對流發展;中低空西南急流建立，來自孟加拉灣的強盛的水汽輸送與持續的水汽輻合，為此次強對流過程提供了充沛的水汽供應和動量輸送，同時也大大加強了低層上升運動的形成，為降水的發生發展提供了動力與熱力條件;此外，垂直上升運動的大值區與強對流發生時段對應較好，K指數、沙氏指數及對流不穩定能量CAPE已達到岳陽出現強對流和短時暴雨指標;在強對流預報中，不僅要考慮大尺度環流及特征物理量，也要考慮地形對降水及強對流天氣的影響。

關鍵詞 強對流天氣;成因分析;地形

強對流天氣是大氣對流活動強烈發展而產生的災害性天氣，包括短時強降水、雷雨大風、龍卷風和冰雹等災害性天氣。因其空間尺度小、生命史短、突發性強、破壞力大，一直是天氣預報中的難點。

針對強對流天氣，國內外學者做了大量的研究。錢傳海[1]等通過分析探空、雷達等資料，發現能量鋒區及鋒區上強的垂直渦柱為強對流天氣的發生提供了動力和熱力學條件;李向紅等[2]通過分析雷達和NCEP資料，得出各類強對流天氣對應的雷達回波平面及垂直結構特征;尹麗云[3]等利用雷達及地閃資料，發現負地閃和輻合上升氣流區、強回波區有較好的對應關系。從相關文獻可以看出，目前對強對流天氣監測和預警的主要手段仍然是多普勒雷達的使用。岳陽境內，強對流天氣多發生于春季，且是影響該區域的主要災害性天氣之一。每年3—5月，高空南支槽活躍，且北方冷空氣與南方暖濕空氣常交匯于岳陽并形成鋒面，造成南支槽型鋒面降雹，并伴隨短時強降水、雷雨大風等強對流天氣。

筆者應用天氣學、雷達氣象學方法，通過分析常規天氣觀測資料、NECP再分析數據，結合多普勒天氣雷達資料及產品，對2019年3月20—21日岳陽多種強對流天氣并發的天氣過程進行分析探討，以期為春季此類強對流天氣的預報及預警提供參考。

1天氣實況及災情

2019年3月20—21日，湖南北中部出現了區域性強對流天氣。此次過程的顯著特點是多種強對流天氣類型并存，且中小尺度特征明顯，對流性強，影響范圍大。受此次過程影響，岳陽出現了雷暴大風、短時強降水以及冰雹多種強對流天氣，且具有一定的區域性（圖1）。

強對流主要發生時間可以分為2個時段，第1階段為3月20日23：00至21日03：00，此階段的強對流天氣主要發生在岳陽的中東部（岳陽縣與臨湘市交界），以短時強降水和冰雹為主，少數站點出現了17 m/s以上的雷雨大風。其中冰雹主要出現在岳陽縣及臨湘市，以小冰雹為主;短時強降水出現站點較多，小時最大雨強為66.3 mm（臨湘市長塘站02：00—03：00）。第2階段為3月21日03：00—06：00，此階段強對流天氣分布較為分散，以雷暴大風和短時強降水天氣為主。其中雷暴大風主要集中在南部，最大風速出現在湘陰縣的東港站，達20.4 m/s;強降水主要出現在汨羅及平江的中北部。且此次過程中，岳陽的大風共分為3個階段：20日白天為低壓偏南大風，20日夜間為雷雨大風為主，21日白天為冷空氣大風。

2天氣形勢演變

3月20日20：00 500 hPa中高緯為多波動型，湖南處于槽前西南氣流控制下，不僅輸送了水汽，同時槽前正渦度平流區利于中低層上升運動的加強[4];850 hPa四川、貴州交界處有低渦形成，850、700 hPa長沙站高空風速分別為10、12 m/s，湘北均有風速的輻合，岳陽市出現雷雨天氣（圖2a）。地面圖上有低壓倒槽的強烈發展，地面最高氣溫岳陽達到28℃，積聚了大量不穩定能量。

3月20日夜間，隨著地面冷空氣的南下，暖濕空氣交匯形成鋒面。岳陽處于850 hPa急流出口區左側，水汽主要輻合區偏南，700 hPa急流加強到24 m/s，且中低層700、850 hPa切變線在湘北重疊，岳陽雨勢加強，出現局地暴雨并伴有冰雹、雷雨大風天氣，隨著冷鋒南下，到21日08：00，850 hPa低渦東北向稍有移動，處于渝、貴、湘交界處，中低層切變南壓，岳陽降水明顯減弱（圖2b）。

3物理量診斷分析

3.1水汽條件

水汽對于產生強暴雨的對流系統是非常重要的，沒有源源不斷的水汽供應就不可能有持續的強降雨產生。分析過程期間水汽通量場可以看到，3月20日14：00前，850、700 hPa岳陽處于風速輻散區，沒有出現降水，氣溫回升明顯;隨著時間的推進，岳陽南部850 hPa出現弱輻合，700 hPa由西風轉為西南風，南部對應出現弱降水;到21日02：00（圖3），850 hPa來自孟加拉灣的水汽輸送通道建立，最大風速達到28 m/s以上，而700和500 hPa層也轉為西南暖濕氣流輸送為主，水汽輸送通道的建立為暴雨區提供了源源不斷的水汽和不穩定能量。

分析風場變化圖可以看到（圖4），3月20日白天中低層西南氣流有所增強，850 hPa最大風速達到18 m/s，700 hPa以偏西風為主;夜間850 hPa西南氣流大風軸南移，切變維持，700 hPa轉為西南風;21日白天，西南風明顯減弱，切變南壓明顯，降水減弱。

水汽通量散度的變化也有利于暴雨的產生，分析此次過程散度變化圖（圖5）可以發現，過程中暴雨區低層有明顯的水汽通量輻合，水汽輻合的發展加強與暴雨的發展加強基本上是同步的，暴雨的最強時段出現在水汽輻合達到最強時前后，而當水汽通量輻合減弱時，對流系統也隨之減弱。過程水汽輻合區主要位于850 hPa以下。

3.2動力條件

從圖6可以看出，過程暴雨區的垂直上升運動（-1.2 Pa/s）較為明顯，對流伸展高度高，3月20日晚至21日凌晨對流發展高度達到10 km左右（300 hPa），具有明顯的深厚濕對流特征，而且中低層強上升運動維持時間較長（3月20日20：00至21日10：00）。

從圖7可以看出，探空曲線為上干下濕喇叭口狀態，且垂直風切變（500～1 000 hPa）達到18 m/s，△θse700-850達到-11℃，非常有利于雷雨大風的形成。

4雷達回波特征分析

3月20日20：00，益陽沅江至岳陽縣一帶有呈線狀分布的對流回波發展，對應速度圖上為輻合區;21：30前后，岳陽縣境內出現大片對流回波，發展連成線狀。至22：10左右，出現有組織性的線性對流，弓狀回波開始形成。22：44弓狀回波發展成熟，成為超級單體風暴，回波中心反射率因子強度達60 dBZ以上，強回波南北長度20～30 km，頭部寬10 km左右（圖8）。回波自西向東移動，23：20左右移出岳陽市范圍，同時回波弓形特征趨于消失。

分析回波頂高產品（ET），在21：00—22：00弓形回波發展成超級單體風暴時，回波頂高發展至超過12 km，達到-20℃層以上，說明對流強烈發展，云體內出現大冰晶，地面出現大冰雹。23：00回波趨于消散時，回波頂有所降低。

速度圖上，分析22：00岳陽雷達1.5°仰角基本速度圖，可以看出0速度線穿過雷達站，近地面層（離岳陽雷達20 km以內）為東北氣流，地面有冷空氣侵入;而在中低層（距離岳陽雷達20～40 km）有明顯切變線存在。強對流云團沿著切變線發生發展。同時，近地面有較大風速區自東北向西南穿過岳陽雷達中心，地面冷空氣強迫暖濕空氣抬升也是形成強對流云團的原因。

22：44岳陽雷達1.5°仰角基本速度圖（圖8b），超級單體風暴位于雷達東南方30～50 km處，可以看出沿著雷達徑向有大片逆風區存在，在岳陽雷達東南部大片負速度區中出現團狀正速度區，有強烈的輻合氣流，中心最大風速達20～27 m/s，可以判斷在弓狀回波成熟時出現了雷暴大風。超級單體回波輻合深厚，抬高雷達6.0°仰角仍可見到正負徑向速度輻合。

利用岳陽雷達風暴跟蹤產品分析可以看出，整個弓狀回波就是由1個風暴單體組成（圖9）。這也證明了形成此次強對流降水天氣的回波為超級單體風暴。A4單體生成于洞庭湖東岸，由西向東，10個體掃（1 h）移動距離約為50 km。風暴長時間影響岳陽縣區域，造成了該區域50 mm/h以上的強降水和冰雹天氣。

分析A4單體，風暴強烈發展期，最強回波中心高度自2 km左右30 min內迅速攀升至6 km以上，成熟期，最強回波中心高度又迅速下降至2 km左右，VIL自20 kg/m2攀升至50 kg/m2左右，又迅速下降至40 kg/m2以下，回波強度長時間維持在50 dBZ以上，最大回波強度達60 dBZ以上，同時，22：38—22：44 VIL猛降10 kg/m2以上，綜合考慮可以判斷在風暴成熟期降水強度很大并伴有大應用氣象學報，2007，18（4）：460-467.

[2] 李向紅，唐熠，鄭傳新，等.一次多種強對流天氣過程的雷達回波特征分析[J]. 氣象，2010，36（8）：61-71.

[3] 尹麗云，張騰飛，許迎杰，等.低緯高原中部一次強對流天氣過程的多普勒雷達和閃電特征分析[J]. 高原氣象，2010（4）：1026-1035.

[4] 丁一匯，章名立，李鴻洲，等.暴雨和強對流天氣發生條件的比較分析[J]. 大氣科學，1981，5（4）：388-397.

[5] 王令，康玉霞，焦熱光，等.北京地區強對流天氣雷達回波特征[J]. 氣象，2004，30（7）：31-35.

[6] 漆梁波，陳雷. 上海局地強對流天氣及臨近預報要點[J]. 氣象，2009，35（9）：11-17，129.

責任編輯：鄭丹丹