南通市一次強對流天氣過程分析及對農業的影響

張琪　吳彩霞　李超　丁崢臻

摘 要：運用自動站數據、Micaps和NCEP再分析資料，對南通市2013年9月13日強對流天氣過程從環流背景、物理量場、雷達衛星產品等方面進行了分析，并探討了其對農業的影響。結果表明：此次過程為槽前類強對流天氣，高層強輻散場對低層的抽吸作用，加強了垂直上升運動;地面輻合線觸發了此次強對流天氣的產生;各物理量指數均指示有利于強對流天氣的發生;此次過程中垂直風切變較強，利于大風和冰雹的發生;強回波長時間在本地維持，有利于短時強降水和冰雹的產生;低層徑向速度大值區對雷雨大風有很好的指示意義;垂直積分液態含水量VIL過程中激增，有利于冰雹產生。

關鍵詞：槽前類強對流;垂直風切變;低層徑向速度;農業影響

中圖分類號 P44 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0148-04

2013年9月13日17—18時，南通中部地區出現了短時強降水、雷雨大風和冰雹強對流天氣。通州出現最大風速達到28m/s（10級），南通市區出現1h降水量達43.7mm的強降水，通州、如東出現直徑4～8mm的冰雹。南通地區強對流天氣多發生在5—8月，9月出現如此強的對流天氣較為罕見。近年來，國內外有關強對流預報方法的研究已有了很多成果[1-7]。為此，本文運用自動站數據、Micaps和NCEP再分析資料，從環流背景、物理量場、雷達衛星產品等方面進行分析，揭示此次強對流天氣的成因，為今后秋季強對流天氣預報提供參考。

1 環流背景

13日08時（圖1a），南通處在副高588線邊緣，高低空為一致的槽前西南風。200hPa處在高空急流入口區右側，有強輻散場與之對應。500和700hPa的大風速區位于蘇、皖中部，低層濕度條件較好。500hPa溫度槽落后于高度槽;西風槽東移過程中攜帶干冷空氣向東伸展。20時（圖1b）各層西風槽東移，位置接近重合，副高東退至海上。200hPa西南急流區和850hPa干線也隨之東移南壓，低層依然處在大濕區中。

2 云圖及雷達回波分析

通過對FY2C紅外衛星云圖（圖略）分析發現，從13日中午14時開始，安徽、江西一線有零散的對流單體發展，16時對流單體發展為對流云團，并且逐漸發展壯大向東北推進，影響南通地區。

此次強對流天氣伴有冰雹、短時強降水和雷雨大風天氣，從多普勒雷達基本反射率圖上（圖略）可以發現：16時30分南通上空有回波生成發展，東移速度緩慢，16時53分至17時44分回波強度50dBZ以上，回波頂高達17～18km，穩定維持，有利于形成強降水;17時04分雷達徑向速度場上（圖2a），0.2km高度處為大于20m/s的東北風，低層徑向速度大風區對造成本地大風有很好地指示意義;17時40分左右在通州附近有較明顯的風向輻合區（圖2b），同時垂直積分液態含水量VIL出現激增（圖2c、d），最大值達70kg·m-2，有利于產生冰雹。

3 物理量場分析

大尺度環流背景提供了強對流發生發展的環境條件，而時間短、范圍小、發展迅速的強對流的發生發展主要受邊界層的環境條件如地形、日變化和對流自身發展等的影響，在時空上呈現明顯的中尺度變化[1]。早有研究指出，中尺度對流天氣是由層結不穩定、一定的水汽條件和抬升觸發3個主導因子造成的。

3.1 熱力不穩定條件 分析13日08時K指數和SI指數（圖略），08時大于36℃的K值中心位于江蘇南部到浙江北部一帶，SI指數小于-2的中心正好位于南通上空。08時南通500hPa與850hPa溫差在24℃左右（圖略），14時增大至26℃（圖3a），表明13日白天南通上空大氣穩定度不斷趨于不穩定。CAPE比傳統意義上的對流不穩定能量更能恰當地表示出對流發展的強度，近些年來已成為最常用的計算大氣是否發生對流的方法。13日08時（圖略）南通中部地區對流有效位能梯度較大，08—14時強對流落區CAPE值遞增明顯，14時達2100J/kg左右（圖3b），有利于強對流天氣的發生。

3.2 動力條件 13日14時沿32°N散度垂直剖面圖上（圖4a），南通附近低層存在一輻合中心，中心值為-10×10-6S-1，高層存在一輻散中心，中心位于200hPa附近，中心值為20×10-6，這一點與環流分析相吻合，這種低層幅合，高層輻散的配置非常有利于對流發展。13日14時南通上空1000～150hPa都為上升運動，上升運動中心在400hPa附近（圖略），中心值為-35×10-4Pa/S。

3.3 水汽條件 強對流天氣的產生，除了要有不穩定能量外，還要有一定的水汽條件相配合。13日14時850hPa水汽通量散度場上（圖略），南通市處在水汽通量的輻合區，在西南部有一水汽通量的輻合中心，為短時強降水的發生提供了水汽條件。分析14時沿32°N相對濕度垂直剖面（圖4b），強對流天氣發生前，相對濕度的垂直分布主要表現為上干下濕。地面到700hPa相對濕度≥70%，700hPa以上相對濕度顯著減小，對流層中高層維持一個“干蓋”，可以抑制低層弱對流的發展，為不穩定能量的積聚創造了條件[1]。這種低層潮濕、中層干燥的特點，符合強對流天氣發生、發展的層結。

3.4 0℃、-20℃層高度 冰雹的形成需要雹胚，雹胚的霰主要來自冰雪晶與過冷小水滴的碰凍，其次來自雪的積聚轉化。冰雹的增長主要通過碰并過冷水增長，一般來說，0～-20℃等溫線的區域主要由過冷水滴、雪花及冰晶組成，因而是冰雹生成的“雹源區”[2]。據統計，降雹的0℃層高度一般在4.0km左右，-20℃高度在400hPa附近或以下，而且0～-20℃厚度越小，越有利于冰雹生成[3]。13日08時南通上空0℃層高度在4.8km左右，-20℃層高度為8km左右（圖略），都略偏高，所以形成的冰雹直徑較小。

4 觸發機制

當不穩定能量積蓄到一定程度時，若存在外界觸發因素，能量得以釋放，則易形成強對流天氣。

4.1 垂直風切變 在積云動力學分析研究中，環境風場特別是低空環境風垂直切變在維持局地強對流風暴方面有著重要的作用，其對流風暴的類型及其運動和分裂等特性有著重要的影響，決定了對流系統的組織形式;大量外場觀測結果也揭示了幾乎所有單體或多單體風暴都發生在有一定風切變的環境這一事實[1]。從風廓線雷達圖上可以發現（圖略），5km左右在強對流天氣發生前為一直的西南氣流，16時轉為西北風，有冷空氣浸入，垂直風切增大，850～500hPa風向順轉達90°以上，同時16時20分南通上空1～2km出現了西南風和西北風的輻合，對強風暴的產生有利。

4.2 地面輻合線 槽前類的強對流過程，由于地面上均為暖濕結構，無一例有干線，但都伴有地面輻合線發展[4]。輻合線附近上升運動明顯，使得不穩定大氣層結中的能量得以釋放。在地面輻合線附近，有對流性天氣發生。分析13日08時自動觀測站資料，通州、海門之間有輻合線（圖略），12時左右啟東出現雷暴天氣，14—16時輻合線北抬至如皋、南通之間，17時40分通州附近有低壓形成發展，觸發此次強對流天氣發生。

5 強對流天氣對農業的影響

9月中旬南通水稻普遍進入乳熟期，夏玉米處于成熟期，棉花處于裂鈴期。冰雹、雷雨大風和強降水等強對流天氣對農業有較大危害，主要是對農作物的枝葉、莖稈及果實產生機械性損傷[8]。因此，針對強對流天氣，農民朋友要及時關注氣象部門發布的預報、預警信息，及時采取有效措施對農作物進行防護，以減少災害性天氣帶來的不利影響[9]。

6 小結與討論

（1）500hPa西風槽東移，攜帶干冷空氣侵入南通上空，形成上干冷下暖濕不穩定層結;200hPa強輻散場，對低層輻合上升的抽吸作用，加強垂直上升運動;地面輻合線觸發了此次強對流天氣的產生。

（2）K指數、si指數、cape值均指示有利強對流天氣發生。

（3）過程中垂直風切變強，850～500hPa風向順轉達90度以上，有利于大風和冰雹的發生;南通上空0℃層高度和-20℃層高度略偏高，形成冰雹直徑小;低層暖濕，且850hPa水汽輻合較強，為強降水提供水汽條件。

（4）紅外云圖上槽前有對流云團生成發展，并向東北方向移動影響南通市。雷達圖上反射率因子達50dBZ，并長時間維持，有利于短時強降水和冰雹的產生;低層徑向速度超過20m/s，對雷雨大風有很好的指示意義;垂直積分液態含水量VIL過程中激增，最大值達70kg/m2，有利于產生冰雹。

（5）農民朋友要密切關注氣象部門發布的預報、預警信息，及時采取有效措施對農作物進行防護，以減少災害性天氣帶來的不利影響。

參考文獻

[1]王曉玲，龍利名，王珊珊.一次春季冰雹的成因分析[J].暴雨災害，2010，29（2）：160-165.

[2]胡淳焓，蔡振群，鄧霞君，等.浙江西部一次冬季冰雹的成因[J].廣東氣象，2010，32（2）：31-33.

[3]尹東屏，吳海英，張備，等.一次春季冰雹天氣的中尺度系統分析[J].安徽農業科學，2009，37（4）：1748-1751.

[4]鄭媛媛，姚晨，郝瑩，等.不同類型大尺度環流背景下強對流天氣的短時臨近預報預警研究[J].氣象，2011，37（7）：795-801.

[5]王毅，鄭媛媛，張曉美，等.夏季安徽槽前形勢下龍卷和非龍卷型強對流天氣的環境條件對比研究[J].氣象，2012，38（12）：1473-1481.

[6]崔粉娥，王勇，郭鴻鳴.一次強對流天氣過程的衛星云圖和多普勒雷達特征[J].天氣預報技術總結?？?012，4（3）：23-27.

[7]劉鑫華，周慶亮，張濤，等.長江中下游地區“11.9”強對流天氣過程分析[J].天氣預報技術總結專刊，2010，2（1）：24-31.

[8]鄭治斌.湖北省強對流天氣災害特征及其影響分析[J].湖北農業科學，2021，60（S1）：91-95.

[9]賴積強，伍麗煌，何秀戀.福建西北部一次強對流天氣過程分析及其對農業生產的影響[J].福建熱作科技，2020，45（04）：26-29.

（責編：張宏民）

作者簡介：張琪（1987—），女，江蘇如東人，工程師，從事短臨、短期預報，農業氣象、環境氣象服務工作。? 收稿日期：2022-01-10