2021年春季江西省一次高架雷暴降雹過程分析

儲笑涵，徐潔玲

九江市氣象臺，江西九江 332000

發生高架雷暴常伴隨著地面附近穩定的冷空氣、明顯的逆溫，來自地面的氣塊受逆溫層影響很難上升，同時逆溫層上面的氣塊絕熱上升[1-2]。國內外學者對高架雷暴結構特點、形成機制及發展環境進行了相對細致的分析，從不同角度闡述了雷暴下冰雹發生的條件和原因。利用氣象觀測、雷達資料和自動站等資料，對江西省2021年3月30—31日春季一次高架雷暴降雹過程的環流形勢、對流潛勢和雷達回波特征等進行分析，探討江西省2021年3月30—31日高架雷暴過程產生大直徑冰雹與雷暴大風可能的原因，以期為此類天氣預報預警提供參考。

1 天氣實況

2021年3月30日20:00—31日08:00（北京時，下同），江西中北部地區發生高架雷暴降雹天氣，這是一次大范圍的自西向東出現不同強度的冰雹、雷暴大風、短時強降水等對流性天氣。江西中北部普降中到大雨，30日夜間至31日凌晨，宜春、九江南部、南昌、上饒西部等地先后出現了冰雹，直徑普遍大于2 cm，其中南昌本站觀測到冰雹最大直徑6 cm，市區觀測冰雹最大直徑達8 cm。9級大風9站次、8級大風20站次、7級大風73站次。宜春宜豐同安站最大達23.8 m/s。但此次強對流過程降水量不大，出現短時強降水的站次也偏少。

2 成因分析

2.1 環流形勢及天氣系統配置

2021年3月30日20:00（圖1），500 hPa中高位地區呈“兩槽一脊”型，急流位于云南至江西南部一帶，西南風風速達30 m/s；700 hPa上，江西中北部處于干舌區，切變線位于長江以北；850 hPa上，華東地區處濕區中（T-Td＜5℃），切變線已南壓至江西中北部，急流位于廣東—湖南一帶，西南風風速達14 m/s，鋒區位于湖南、江西北部，與切變線位置接近；925 hPa上切變線已南壓至江西南部。此時，冷空氣前沿已至江西贛州和廣東交界一帶，形成冷墊。此次過程中，受低層切變線和低空急流共同影響，暖空氣沿“冷墊”爬升，與850 hPa的切變線共同觸發強對流。江西中北部處于高空急流出口區左側，低空急流出口區右側，有利于氣流輻合上升和對流發生的維持。此外，700 hPa以上處干舌中，有明顯干冷空氣侵入，850 hPa及以下高溫高濕，同樣是對流發生的有利條件。

圖1 3月30日20:00 環流形勢分析

2.2 探空曲線特征

此次高架雷暴天氣與常見雷暴天氣相比，探空的各項參數都有顯著差異，選取南昌探空站2021年3月30日08:00與20:00 T-logP圖進行比較。

2.2.1 層結特征30日08:00，925～950 hPa之間存在淺薄逆溫層，850 hPa以下溫度垂直遞減率小，層結較為穩定。850～640 hPa露點溫度與大氣溫度非常接近，接近飽和，暖濕層與640～500 hPa的干冷空氣形成垂直的“上干下濕”層結。該“上干下濕”的垂直層結利于激發較強的對流運動，但此時，500 hPa以上仍存在一個濕層，CAPE值是0 J/kg。以消除逆溫層影響，訂正探空曲線抬升層高度為850 hPa，CAPA值為557.6 J/kg，此時對流潛勢較弱。

分 析20:00的T-logP圖（圖 略）可知，中層出現明顯的干空氣，中低層大氣上部冷、下部暖濕，向上開口喇叭口結構十分明顯。850 hPa與500 hPa垂直溫差增大至27.6℃，700 hPa與500 hPa溫差達19.9℃，與08:00相比，略有增長，說明中層環境溫度直減率增大，層結不穩定性加強。此時,CAPE值為52.5 J/kg，如上將探空曲線抬升高度訂正至850 hPa，得到的CAPE訂正值為1 053.1 J/kg。潛在能量略有增大，表示上升氣流強度增大，加大對流發展潛勢。

農孟松等[3]分析了廣西高架雷暴降雹天氣，降雹前逆溫層達9℃；對于垂直溫度差，700～500 hPa為17℃～19℃，850～500 hPa為33℃～42℃；CAPE值 較小，而訂正后仍小。說明華南高架雷暴天氣和長江沿岸的高架雷暴天氣逆溫層強度、中層垂直溫度直減率等不一致。但相同的是，CAPE值對此類過程的指示意義不大。

2.2.2 垂直風切變30日08:00與20:00，南昌站上空對流層中低層均存在明顯的垂直風切變。其中，30日08:00，低層風向由東北風轉為西南風，且風向隨高度順轉，有暖平流；30日20:00，各層風速明顯加大，0～3 km垂直風切變由08:00的7.3 m/s增大至21.1 m/s，0～6 km垂直風切為32 m/s，且隨著高度上升偏西風風速加大，鋒區上空有高空急流。可見強的垂直風切變和高空急流促使強對流風暴發生發展并維持，構成的多單體風暴和超級單體風暴組織完整[4]。

2.2.3 假相當位溫假相當位溫曲線在850～500 hPa之間多處明顯左傾，表明層結處于極不穩定狀態。假相當位溫曲線與飽和假相當位溫曲線在850 hPa和520 hPa左右，有濕度較大靠近處，而在2個高度之間距離較大，兩者圍成面積有明顯的“大肚子”特征。“上下濕、中間干”體現了其在水汽分布上的不均勻。因水汽條件差，強對流性天氣多發生冰雹大風。近地面為偏東風，850 hPa以上均是偏西南風，高層風速超過低層，導致順滾流，對垂直運動的發展有利。

2.2.4 特殊溫度層0℃層、-20℃層高度的分析對研究冰雹形成過程極有意義。孫繼松等[5]認為，有利于冰雹形成的0℃層高度為2.0～4.5 km，-20℃層高度在4.4～7.4 km時最佳。30日08:00 0℃層高度約3.86 km，-20℃層高度約7.66 km。至20:00，0℃層高度約4.3 km，-20℃層高度仍約7.6 km。0℃～-20℃層之間的云層厚度減弱，說明云層間的溫度直減率變大，層結的不穩定性加大，利于生成冰雹。降雹后的31日08:00，2個特殊溫度層之間厚度增加，層結不穩定減弱。

2.3 未出現明顯短時強降水的可能原因

中低層垂直風切變很強，中層有明顯干空氣卷入，水汽條件差，氣團蒸發作用加強，影響了降水，但有利于地面大風的產生。

3 雷達回波特征

此次從湖南境內移入江西的多個對流單體嵌在層狀云中的回波自西南向東北沿引導氣流影響江西中北部。冰雹的產生主要分為2個過程。

3.1 第一過程

30日22:20，銅鼓地區的對流單體呈現明顯的三體散射特征，此時各相關參數見表1，最強反射率因子達到71 dBz，徑向速度上也顯示出輻合特征，與對流單體加強發展相對應。沿回波最強處做垂直剖面，垂直方向上回波發展高度高，強回波中心達7.2 km，回波底高度3.9 km，垂直液態水含量為64.5 kg/m2，且具有明顯的有界弱回波區和懸垂特征，形成發展旺盛的超級對流單體，對冰雹有非常強的指示意義，為預報預警提前10～15 min。

表1 雙偏振雷達參數

此后，回波沿引導氣流東移，三體散射特征消失，出現鉤狀回波，回波強度略有下降，垂直剖面圖上有界弱回波區較為明顯，強中心高度降低。對多單體風暴的徑向速度圖進行分析，可以看出線狀多單體結構前沿對應出流速度 最大值，此時地面產生雷暴大風。

3.2 第二過程

31日0:00～01:00，回波在南昌再次加強發展，出現明顯的三體散射結構，此時各相關參數見表1。最大反射率因子達到69.5 dBz，垂直液態水含量達到69 kg/m2，強回波中心伸展至7.6 km，回波底高度降至1.8 km，且為氣旋性輻合特征，有進一步加強發展的可能性。垂直剖面上可明顯看到有界弱回波區和懸垂特征（圖2），由雙偏振雷達回波看，ZDR達 到1.25，CC僅0.89，KDP缺值，是一個比較典型的易產生大直徑冰雹的單體回波特征。

圖2 九江雷達3月31日00:48 1.5°仰角

4 結論

（1）中高層侵入的干冷空氣與低層西南方向來的暖濕氣流交匯引起層結不穩定，“上干下濕”的層結為冰雹產生的創造了有利環境。沿“冷墊”爬升的暖空氣與低空850 hPa切變線一起于邊界層頂觸發了強對流。適宜的0℃和-20℃層節高度又有利于冰雹的發生與增長。

（2）強回波質心較高、密實且深厚，表現為高架雷暴的特征。鉤狀回波、三體散射、回波懸垂現象及有界弱回波區在一定程度上能夠表征為發生冰雹。降雹區VIL在50 kg/m2以上，強回波中心高低相差在3 km以下。多單體風暴使得強對流維持時間較長。

（3）強垂直風切變與中層干空氣輸送是造成冰雹天氣但未發生明顯強降水的主要原因。