2021年黃石一次混合強對流天氣過程分析

潘夢瑩，劉熠炎，衛文芳

黃石市氣象局，湖北黃石 435000

強對流天氣是指伴隨雷暴現象的對流性大風（≥17.2 m/s）、冰雹、短時強降水等劇烈天氣，其強度大、生命史短、有突發性、春夏季頻發。混合對流是指冰雹大風伴隨短時強降水的對流過程，這類強對流天氣的預報預警十分具有挑戰性。近年來，相關人員大量研究了關于強對流天氣預報預警方法技術，并取得較多成果[1-7]。目前，強對流天氣的對比分析大多數為同一類型，而針對混合強對流天氣的對比研究較少。此外，強對流天氣具有一定的地域性，環境參數閾值差異較大。本研究針對黃石2021年多次混合對流天氣的環境條件、雷達特征等開展對比研究，總結各類強對流天氣預警預報思路，為黃石強對流天氣監測預報預警提供參考。

1 天氣實況及災情

2021年5月10日08:00—11日08:00黃石市普降中到大雨，局部暴雨，并伴有短時強降水、雷暴大風、冰雹等強對流天氣，降雨量9.3~97.7 mm，有32站超過50 mm。其中，黃石64.8 mm、大冶31.6 mm、陽新53.3 mm；最大降雨量達到97.7 mm，出現在湖北師范大學。最大瞬時風速27.2 m/s（10級），出現在大冶的東風農場。此次過程范圍廣、移速快、分布不均、強度大、天氣現象復雜。

截至2021年5月11日16:00災情情況。（1）下陸區：直接經濟損失約31萬元。朗天藥業車間遭受狂風冰雹災害，導致滴丸車間建筑樓頂棚彩瓦受損面積200余m2；新街辦大塘社區柵欄倒塌，兩棵樹木被吹倒。（2）西塞山區：黃思灣街道11棵樹木被吹倒，直接經濟損失約0.5萬元。（3）開發區 ·鐵山區：太子鎮龍莊村17個蔬菜大棚被吹倒，受災面積約9.07 hm2，直接經濟損失25.5萬元左右。（4）黃石港區：受災居民121戶，轉移安置群眾41戶，一般損壞房屋71戶，嚴重損壞房屋17戶；農作物受災11戶，5.46 hm2（均為季節性蔬菜）；樹木倒損58棵；圍墻倒塌120余m；建筑工地擋板倒塌22處；電力受損約500 m（電線桿倒塌）；天津路老實驗高中路段護欄倒塌。（5）大冶：受災6人，一般損壞農房1戶3間，直接經濟損失2萬元。

2 環流形勢分析

2021年5月10日20:00黃 石 市 處于500 hPa高原低渦前部、高空槽前，同時存在一個高壓壩，對低渦低槽系統移動起到阻擋作用，使系統在該市上空穩定維持（圖1a）。10日08:00中低層切變線位于湖北的西北側，然后東移南壓。20:00黃石市位于中低層切變線東南側、925 hPa切變線上和西南急流的前端，700 hPa上急流速度達到20 m/s（圖1b）；850 hPa上急流速度12 m/s，使水汽不斷向該市輸送（圖1c）。在850 hPa上黃石市處在風速輻合，有利于上升運動的發生。在地面圖上，黃石市處于暖低壓前側，有利于能量的聚集，觸發對流天氣（圖1d）。

圖1 2021年5月10日20:00 黃石市500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）、地面天氣圖（d）

3 環境場分析

3.1 水汽條件

充足的水汽條件是形成強對流天氣的重要條件之一。從5月10日的風場來看，中低層的西南急流，有利于水汽不斷向黃石市輸送，該市處于水汽通量散度負值區；從溫度露點差來看，黃石市位于濕舌內，溫度露點差≤2℃，水汽處于飽和狀態；從探空圖上看，濕層深厚，LCL低，有較強的降水效率。

3.2 不穩定能量

850 hPa與500 hPa的溫度差便是大氣的穩定度，正值越大表示大氣越不穩定。5月10日08:00 850 hPa與500 hPa溫 度 差 為27℃，20:00 850 hPa與500 hPa溫度差達到26℃。對流有效位能CAPE是環境空氣有效正浮力對單位質量上升氣塊做功導致的氣塊垂直運動動能的總量，是反映熱力不穩定能量的最佳參量。10日08:00探空圖經過訂正后，CAPE值達到2 598.6 J/kg，20:00 CAPE值下降至400 J/kg左右。

3.3 抬升觸發

黃石市位于500 hPa槽前正渦度平流，產生高空輻散；且在中低層切變線附近，風向、風速存在輻合。低層輻合，高層輻散，有利于上升運動。較強的上升運動可以觸發不穩定能量的釋放，為此次強對流天氣提供了有利的動力條件。

4 探空分析

從探空圖上看，10日08:00溫濕廓線呈向上喇叭口和倒“V”形，中層干，有利于對流大風的形成（圖2）。08:00 CAPE值經訂正后為2 598.6 J/kg，且850 hPa與500 hPa溫度差達27℃，不穩定能量有利于強對流天氣的發生。另外，0℃和-20℃高度分別為4.5和7.5 km，合適的高度對產生冰雹有利。10日20:00溫濕廓線呈狹長形，濕層深厚，抬升凝結高度低，降水效率較高，有利于強降水的產生；0~3 km垂直風切變為16.9 m/s，0~6 km垂直風切變為19.5 m/s，K指數為41.2，不穩定能量較好。

圖2 2021年5月10日08:00和20:00武漢探空圖

5 衛星云圖分析

從10日10:00~11日06:00紅外云圖上看，對流云團沿著切變線方向附近生成，在東移過程中不斷激發新的對流，從而造成黃石市的強對流天氣（圖3）。10日10:00對流云團在湖北中南部，之后逐漸東移，14:00對流云團移至黃石市上空，該市出現大風，14:30左右出現局地冰雹天氣，16:00黃石市有短時強降水，20:00后對流云團移出黃石市。11日00:00新的對流云團生成，01:00逐漸東移至黃石市，該市出現降水天氣，06:00對流云團移出黃石市，降水結束。

圖3 2021年5月10日黃石市10:00~11日06:00紅外云圖

6 雷達特征分析

6.1 反射率因子

從組合反射率因子上看，5月10日14:12回波呈鉤狀結構，最強反射率因子強度達到69 dBz，回波十分密實（圖4a）。從反射率剖面圖上看，呈高懸的強回波，超過50 dBz的回波高度伸展10 km以上，存在弱回波區和回波懸垂，這些回波特征是出現冰雹的典型特征（圖4b）。

圖4 2021年5月10日14:12組合反射率（a）和反射率剖面（b）

6.2 基本速度

10日14:12黃石市上空速度圖上有中氣旋（圖5）。從不同仰角的上看，6.0°仰角可見風暴頂輻散；4.3°仰角從雷達至黃石市徑向速度方向上，黃石市的右上方速度朝向武漢雷達，左下方遠離雷達，形成一個中氣旋；0.5°仰角上咸寧出現速度模糊，最大速度達到27 m/s。15:24黃石市上空0.5°仰角上出現低層輻合，呈弓形，弓形回波有利于大風的產生。同時低層輻合，高層輻散，產生強烈的上升運動。

圖5 2021年5月10日14:12 6.0°、4.3°、0.5°仰角和15:24仰角基本速度圖

6.3 垂直積分液態水含量和回波頂高

垂直積分液態水含量VIL躍增至65 kg/m2（圖6a），對應回波頂高為16 km（圖6b），強風暴高度高。VIL密度超過4 g/m3，產生大冰雹概率大。

圖6 2021年5月10日14:12垂直積分液態水含量（a）和回波頂高圖（b）

7 結束語

綜合分析2021年5月10日黃石地區出現的強對流天氣過程，得出以下主要結論：

（1）此次強對流天氣過程的氣候特點是范圍廣、移速快、分布不均、強度大、天氣現象復雜。

（2）此次強對流天氣過程的環流背景：高層低渦低槽東移和高壓壩阻擋，中低層切變線由西北向東南影響黃石市，西南急流旺盛，地面暖低壓有利于能量的聚集。

（3）此次強對流天氣過程的成因：充足的水汽、強烈的上升運動及不穩定能量，有利于強對流天氣的發生。

（4）溫濕廓線呈向上喇叭口和倒“V”形，中層干，有利于對流大風的形成，較大的CAPE值，0℃和-20℃合適的高度有利于冰雹大風的產生。狹長形的溫濕廓線、濕層深厚、暖云厚、LCL低有利于短時強降水發生。

（5）反射率因子具有高懸的強回波、弱回波區、回波懸垂，是冰雹的典型回波特征；同時速度圖上低層輻合，高層輻散，產生強烈的上升運動；垂直積分液態水含量高也是冰雹判定的指標之一。