2015年閩北一次春季冰雹天氣分析

孫麒龍 張麗凡

摘要 利用自動站實時觀測數據、常規天氣資料、多普勒天氣雷達等資料，對閩北一次春季冰雹天氣過程進行分析。常規天氣資料分析表明，低層西南急流控制下，低空強烈的減壓、增溫、增濕有利于熱力和動力不穩定能量的積聚，加上低層輻合高層輻散，使上升運動增強和維持，從而導致不穩定能量的釋放和冰雹等強對流天氣的產生;多普勒雷達資料分析表明，此次天氣過程為中氣旋降雹過程，其組合反射率因子圖像上強回波中心的最大值可達65 dBz以上，垂直積分液態含水量（VIL）圖像上，降雹前降雹強單體對應的VIL都出現了明顯的“躍增”現象，利用多普勒雷達資料可以提高對冰雹等強對流天氣的識別能力。

關鍵詞 西南急流;冰雹;中氣旋;VIL

中圖分類號：P458.1+21.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-037-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.015

Analysis on a Spring Hail Weather of North Fujian in 2015

SUN Qi-long? et al（Jianou Meteorological Bureau of Fujian Province，Jianou，Fujian? 353100）

Abstract In this article，with the automatic station real time observation data，the conventional weather data，doppler weather radar data，a spring hail weather process in North Fujian were analyzed. Conventional weather data analysis showed that the low-level southwest jet control，low intense relief，warming，humidifying was good for heat and power in the accumulation of unstable energy，and low-level convergence of high-level divergence，make the upward movement to enhance and maintain，which lead to the release of unstable energy and the hail and strong convective weather; Doppler radar data analysis showed that the weather process for the cyclone hail process，the combination of maximum reflectivity image in the center of the strong echo could reach more than 65 dBZ，vertical integration of liquid water content （VIL） image，strong before hail reduction monomer corresponding showed obvious VIL "jumped" phenomenon，some identification index using Doppler radar data can improve the recognition of the hail and strong convective weather ability.

Key words? ?Southwest jet;Hail;Mesocyclone;VIL

南平市地處閩北，多為山區，地形復雜，是冰雹等中小尺度災害性天氣多發地區，全年都可能出現冰雹，3—4月份最多，尤其3月下旬至4月中旬更加頻繁。冰雹是一種局地性很強的災害，嚴重威脅著南平市經濟作物尤其是烤煙生產。目前天氣雷達是冰雹等中小尺度災害性天氣最主要的探測手段，近年來隨著我國新一代多普勒天氣雷達的建設和產品開發應用，在冰雹等強對流天氣監測方面取得了長足進步。研究表明，垂直積分液態水含量（VIL）、回波頂高度（ET）和組合反射率以因子（CR）等物理量產品對冰雹等強對流天氣具有較好的指示作用。

2015年4月4日午后到傍晚，南平市中北部的光澤縣、浦城縣、松溪縣出現了冰雹天氣，其中浦城測站16：44觀測到冰雹，雹徑4～5 mm，部分地區還伴有8級以上的短時大風，局部出現了短時強降水，極大風速最大值出現在浦城縣水北街鎮，達20.2 m/s。4月4日恰逢清明假期的第1天，午后的冰雹天氣給市民出行造成了極大不便。該文利用常規和非常規資料對該次冰雹天氣過程的特征和成因進行分析，以期對閩北春季冰雹天氣的預警預報工作提供參考。

1 大尺度環流背景分析

從天氣形勢場上看，2015年4月4日08：00，500 hPa中高緯地區為兩槽一脊型，脊位于我國東北地區，兩槽分別位于貝加爾湖和鄂霍次克海附近;中低緯的副熱帶高壓維持在臺灣島以東的太平洋洋面上，副熱帶高壓南側還有熱帶氣旋活動。500 hPa上影響福建的主要天氣系統為中緯度西風槽;850 hPa上切變位于長江流域，福建主要受切邊南側西南急流控制;地面位于低壓倒槽南側，地面氣流輻合。由此推測，該天氣過程受中高緯槽脊和低緯熱帶系統的影響較小，閩北從高層到低層一致受西南氣流影響，以至午后熱力對流發展旺盛，從而產生了雷雨大風和冰雹等強對流天氣。

2 中尺度對流條件分析

2.1 穩定度分析

K指數和SI指數反映了大氣的層結穩定情況，是判斷對流性天氣穩定度的重要指標[1]。K指數雖然是一個經驗指標，但其是一個能同時反映干空氣穩定度、濕度狀況的綜合指標。SI指數也是判斷對流性天氣穩定度的一種重要指標。經驗表明，當K>30℃，SI<0℃時產生對流性天氣的可能性非常大。對流有效位能CAPE表示的是環境大氣所內含的不穩定能量情況，CAPE越大，表明不穩定能量越多。

分析4月4日08：00邵武探空站資料可知，K指數為33，SI指數為-2.37，CAPE值為68.1，雖然不穩定能量相對較小，但是K指數和SI指數高，具備一定的不穩定條件，只要有觸發機制，很容易觸發對流，當日發生強對流天氣的可能性很大。另外，從風向上看，當日08：00

700 hPa以下風隨高度順轉，說明低層有暖平流影響，有利于強對流天氣的發生發展。并且低層925～1 000 hPa之間有逆溫層存在，阻礙熱量和水汽的垂直交換，使得低層變得更暖更濕，高層相對變得更冷更干，因此不穩定能量就大量積累起來。一旦沖擊力破壞了逆溫，往往就發生嚴重的對流性天氣。從實況可知，4月4日14：00邵武的氣溫達到了34.3℃，利用14：00的地面圖資料重新構建新的探空圖，可得K=36.1℃，SI=-3.6℃，CAPE=2 160 J/Kg，這種條件下冰雹等強對流天氣發生的概率非常大。

2.2 水汽條件分析

水汽的垂直分布影響到層結穩定度;底層濕空氣的存在是雷暴產生的有利條件;水平濕度的不連續線，如干線，有利于雷暴的發展[2]。

北方冰雹過程一般不伴隨低空偏南風急流，常出現干雹，降水量少，與北方冰雹過程相比，南方冰雹產生的低空流場中常含有低空西南急流。福建83%的冰雹過程伴有低空西南風急流，并以急流適中（急流軸線交于115°E，24～27°E之間）為最多，占67.9%[3]。

福建地處我國東南部沿海，3—6月為其強對流天氣易發時段，低空西南急流可將南海的水汽輸送到福建，這為閩北強對流發展提供了充足的水汽。從4日08：00 850 hPa上水汽通量場來看（圖1a），水汽通量高值區在華南，呈舌狀分布，高能舌經廣西、廣東北部、江西南部伸到福建北部，水汽通量大值中心在福建上游的兩廣境內，中心值達18～27 g/（s·cm·hPa），邵武站為22.17 g/（ s·cm·hPa）。閩北850 hPa水汽通量值≥20 g/（ s·cm·hPa），且上游有水汽輸送最大值中心，在西南急流的作用下，有充足的水汽向降雹區輸送。從4日08：00 850 hPa上假相當位溫（θse）場來看（圖1b），θse高值區也位于華南，呈舌狀分布，高能舌從廣西、廣東兩省大部伸展到福建北部，高能中心在廣西，邵武站θse達到339 K。強對流天氣一般出現在對應高能、高濕區域，即在θse高能舌軸北側，強θse鋒區的南緣以及水汽的大值區。冰雹過程發生前，閩北正好位于能量高值中心、水汽高值中心。另外，最大水汽通量輸送在850 hPa，隨著高度上升，水汽通量值明顯減小，表明低層大氣水汽遠大于高層大氣，即為上干下濕的層結，只要有外力觸發，容易形成大氣的強烈對流，從而產生短時強降水、雷雨大風或冰雹等強對流天氣。

3 抬升觸發條件分析

強烈的上升運動是形成強對流天氣的重要條件之一。4月4日08：00散度場上，閩北上空500 hPa以上的散度為正值，而700、850 hPa的散度為負值，表明高層輻散、低層輻合，這種配置有利于加強空氣的抽吸運動，即有利于上升運動的加強。4日08：00 925 hPa江西贛縣站與建甌市邵武站存在風速輻合（贛縣10 m/s，邵武6 m/s），有利于低層水汽的輻合和上升運動的加強，形成周邊中尺度上升氣流區，從而引起災害性天氣。另外，從探空圖上看，低層風速小，高層風速大，說明整層存在垂直風切變，配合強的上升運動、低層風速輻合等作用，容易導致午后強對流天氣的發生。

4 雷達資料分析

從2015年4月4日當天午后開始的雷達回波組合反射率的演變可以看到，影響南平市中北部的強回波的來源有2類：一類是自西向東由江西省中東部進入南平市的強回波，在圖2a中表現為圓圈X處的回波，具體表現為：4日14：49左右開始有中心最大強度>65 dBz的強回波塊體從江西資溪進入南平市光澤縣境內，并且之后還不斷有零散的塊狀強回波單體沿西偏南路徑從江西進入南平市西北部的光澤縣和武夷山;另一類強回波的來源則是在南平市境內局地慢慢生成并發展起來的，在圖2a中表現為圓圈Y處和圓圈Z處的回波，具體表現為：14：43和15：07分別在南平市西北部邵武境內的南北2個不同地區開始有塊狀回波單體生成，北側的回波單體經建陽北部、武夷山、浦城移出南平市，回波單體在向東移動的過程中逐漸加強發展，到浦城境內回波中心最大強度超過65 dBz（圖2a中Y處），南側的回波單體經建陽、浦城南部、松溪北部移出南平市，回波單體在向東移動的過程中逐漸加強發展，在浦城和松溪境內回波中心最大強度都超過65 dBz（圖2a中Z處）。至17：12強回波單體基本都移出南平市，只剩下局地還有一些弱降水回波，整個強對流天氣過程基本趨于結束，此過程中南平市光澤縣、浦城縣、松溪縣出現了冰雹天氣。

該文選取了4月4日16：44天氣雷達的物理量產品（圖2）來重點分析這一過程。從該時刻的雷達組合反射率（圖2a）可以看到造成3個縣市冰雹天氣的強回波單體分布，X處造成光澤縣降雹，Y處造成浦城縣降雹，Z處造成松溪縣降雹。從該時刻的回波頂高度（圖2b）可以看到，X、Y和Z 3處回波單體的回波頂高（ET）都大于10 km，表明3處的回波單體發展都比較旺盛。

從徑向速度 （圖2c）看，X、Y和Z處都為中氣旋，從中尺度氣旋（M60）雷達產品上也可以確認上面3處位置出現中氣旋。

從垂直積分液態水含量（圖2d）看，該時刻X處的VIL最大值為38 kg·m-2，Y處的VIL最大值為38 kg·m-2，Z處的VIL最大值為53 kg·m-2;而上一時次（6 min前）X處的VIL最大值為23 kg·m-2，Y處的VIL最大值為18 kg·m-2，Z處VIL最大值為28 kg·m-2。前后2個時刻，X、Y和Z處VIL最大值分別增加了15、20、15 kg·m-2。由此可見強單體過境時，X、Y和Z處對應的VIL最大值都出現了明顯的“躍增”現象。

5 結語

（1）該次冰雹產生的原因是低層西南急流控制下，低空強烈的減壓、增溫、增濕有利于熱力和動力不穩定能量的積聚，加上低層輻合高層輻散，使上升運動增強和維持，從而導致不穩定能量的釋放和冰雹等強對流天氣的產生。

（2）從常規資料分析可知，當天的天氣形勢具備了對流天氣發生的條件，低層西南急流控制下的高能高濕提供了很好的不穩定能量條件，各項對流指數條件也都較好，當存在一定觸發機制時，便有利于強對流天氣的發生。

（3）多普勒雷達資料分析表明，此次天氣過程組合反射率圖中，強回波單體的中心最大值都大于65 dBz;徑向速度圖像上有中氣旋存在;回波頂高度圖上對流發展旺盛，18.3 dBz的回波伸展到了對流層頂的高度;從垂直積分液態水含量圖上可看到，強單體過境時，對應的VIL都出現了明顯的“躍增”現象。因此，利用多普勒雷達資料可以提高對冰雹等強對流天氣的識別能力。

參考文獻

[1] 張杰.中小尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2006.

[2] 尹恒，李易，徐遠波，等.湖北一次大范圍雷雨大風天氣成因分析[A].中國氣象學會.強化科技基礎 推進氣象現代化—第29屆中國氣象學會年會[C].沈陽：中國氣象學會，2012：1024-1035.

[3] 林新彬，劉愛鳴，劉鳴，等.福建省天氣預報技術手冊[M].北京：氣象出版社，2013.

責任編輯：李楊