綏化市一次冷渦背景下的強對流天氣成因分析

李 瑩，買永瑞，孫 亮，班秋艷1

1.綏化市氣象局，黑龍江綏化 152000；2.海南藏族自治州氣象局，青海共和 813000

東北冷渦能夠為中尺度對流系統的發展提供有利的天氣背景和物理條件[1]。而強對流天氣是我國東北地區夏季常發生的災害性天氣之一，由于具有尺度小、突發性強等特點，一直是預報的難點。孫力等[2]對東北冷渦的時空分布特征進行研究發現，強對流天氣常常在冷渦的背景下發生，冷渦的形成、發展、維持和消亡期均可能伴隨強對流天氣；蔡雪薇等[3]對冷渦背景下不同類型強對流天氣的成因進行對比發現，分散性多單體風暴在冷渦中心外圍西南象限的溫濕梯度區生成，可以引發強對流天氣。

綏化市位于黑龍江省中南部，地處松嫩平原呼蘭河流域，處于大興安嶺背風坡與小興安嶺迎風坡構成的喇叭口地形[4]。境內地勢東北高、西南低，由低山丘陵、高平原向河谷平原傾斜，呈現“二山一水七分田”的地貌類型，以平原為主。

綏化市氣候溫熱濕潤，降雨集中在夏季，雨熱同期。受地形和氣候的影響，綏化市夏季極易出現強對流天氣，伴隨出現雷暴、強降雨、大風冰雹等，對交通出行、農業生產等造成十分不利的影響。由于冷渦后部強對流的預報容易被忽視，從中尺度和雷達回波特征入手，分析綏化市一次冷渦背景下強對流天氣的形成原因。

1 天氣實況

2020年6月28日13:00～20:00，綏化市出現大范圍雷暴天氣，共有3個站雨量超50 mm，最大小時雨強出現在望奎縣靈山站，達60.6 mm/h；午后至傍晚有多個鄉鎮出現風雹天氣，極大風速達到8級以上共53個站，10級以上共6個站，其中，北林區雙河站出現35.5 m/s(12級)的雷暴大風，慶安縣出現直徑15 mm的冰雹。此次強對流天氣對綏化地區造成了嚴重的傷害。根據災情統計：慶安有部分鄉鎮遭受洪澇災害，合計受災面積：6 615 hm2，受災戶數4 743戶，受災人口13 672人，造成直接經濟損失3 544.76萬元；北林區有11個鄉鎮遭受冰雹災害，總受災面積683 hm2，直接經濟損失4 128.6萬元。

2 天氣形勢背景

2020年6月28日08:00中高緯500 hPa高度場(圖1a)呈“兩槽一脊”形，有2個冷渦中心分別位于鄂霍次克海和日本海，影響此次強對流的主要系統是位于日本海的冷渦。綏化地區位于冷渦后部和高壓脊前部，500 hPa綏化地區主要受偏北的干冷氣流控制，在黑龍江北部有閉合的弱低壓，并有明顯的風切變，850 hPa(圖1b)有明顯的偏東氣流帶來充足的暖濕空氣，與偏西氣流在綏化北部形成風切變。冷暖空氣在此處交匯是引起此次綏化地區強對流天氣的主要系統。

3 中尺度分析

3.1 水汽條件

充足的水汽是發生強降雨的必要條件，2020年6月28日08:00綏化地區低層濕度較大，850 hPa比濕為8 g/kg左右，綏化地區處在濕區，由于綏化處在冷渦后部，低層的偏東氣流加強了水汽輸送，綏化北部地面溫度露點差小于4 ℃，在低層濕的環境場中，對流系統觸發產生強降水。由于500 hPa上有偏北的干冷氣流補充，相對濕度小于50%，高低空形成上干下濕的結構，有利于大風冰雹天氣的產生。

3.2 不穩定條件

K指數是研究強對流天氣的熱力指標[5]。通常強對流發生區上空都會存在著不穩定能量區，K值的大小可作為判斷是否會出現雷雨活動的預報因子，其中，K值在20以下時，無雷雨天氣，K值在20～25之間，常出現孤立的雷雨天氣，當K值處于25～30會出現零星的雷雨天氣，若是K值在30～35之間，發生分散性雷雨的概率較大，K值達到35以上，會發生成片的雷雨。由于綏化沒有探空站，因此，利用2020年6月28日14:00綏化市地面溫度和露點溫度訂正齊齊哈爾20:00的探空圖(圖2)，可以看到，600 hPa以上溫度與露點明顯分離，即“喇叭口”特征，并且有明顯的垂直風切變，這是典型的地面大風特征。高層有干冷空氣補充，形成上下溫度和濕度的梯度區，對流有效位能為2 091.6 J/kg，K指數為31 ℃，沙氏指數為1.32，說明大氣處于不穩定狀態，有利于出現強對流天氣。0 ℃層的高度為3.5 km左右，相對較低且對流較強，有利于冰雹的發生。

圖2 2020年6月28日20:00齊齊哈爾探空圖

3.3 抬升條件

由于綏化位于冷渦后部，低層偏東氣流加強，與西北氣流在綏化地區北部形成切變線，14:00的地面圖(圖3)上，綏化中部有明顯的輻合線，呈西北—東南走向，形成溫度和濕度的梯度區，造成輻合抬升，觸發強對流天氣。地面輻合線沿著等露點線分布，并在濕舌前端形成對流系統和冷池，強烈的抬升運動是暴雨發生的動力原因之一，易出現風雹天氣。

圖3 2020年6月28日08:00中分析和14:00地面輻合線

4 雷達回波特征分析

從綏化市新一代天氣雷達反射率因子圖上可以清晰地看到，對流單體在綏化西北部觸發，并逐漸發展東移，形成西北—東南走向的線狀系統。此時，強回波帶和地面輻合線位置基本一致，綏化市北部降水強度增強。15:08綏化市雷達0.5°仰角基本反射率(圖4a)強回波中心超過65 dBz，并有明顯的“V”形缺口，在出現冰雹的區域附近有明顯的負徑向速度(圖4c)，垂直液態水含量(圖4e)最大值達到58 kg/m2。在風雹出現的地區，沿雷達徑向方向對基本反射率(圖4b)和徑向速度(圖4d)作剖面顯示，回波頂高達15 km，有高懸的強回波中心，徑向速度垂直方向上出流與入流的垂直分量形成垂直環流，有利于產生冰雹[6]。徑向速度有明顯的中層徑向輻合，并且在回波主體前能看到陣風鋒，是大風的典型特征，對應實況出現在北林區的降水和風雹天氣。

圖4 2020年6月28日15:08綏化雷達0.5°仰角基本反射率(a)、沿雷達徑向方向的基本反射率垂直剖面(b)、0.5°仰角徑向速度(c)、沿雷達徑向方向的徑向速度垂直剖面(d)、垂直液態水含量(e)

5 結論與討論

2020年6月28日13:00～20:00綏 化市出現大范圍的雷暴大風冰雹短時強降雨天氣，此次冷渦背景下的強對流天氣具有強度大、范圍廣、災害性強的特點，根據上述分析得出以下結論：

(1)綏化地區處在冷渦后部和高壓脊前部，500 hPa受偏北的干冷氣流控制，850 hPa有偏東氣流帶來充足的暖濕空氣，綏化北部有風切變，冷暖空氣在此處交匯，是引起這次綏化地區強對流天氣的主要系統。

(2)水汽條件分析：綏化地區低層濕度較大，偏東氣流加強了水汽輸送，500 hPa上有偏北的干冷氣流補充，濕度較小，高低空形成上干下濕的結構，有利于風雹天氣產生。

(3)不穩定條件分析：探空圖上有明顯的“喇叭口”，并且有明顯的垂直風切變，具有典型的地面大風結構，對流有效位能為2 091.6 J/kg，K指數為31 ℃，沙氏指數為1.32，說明大氣處于不穩定狀態，0 ℃層的高度相對較低且對流較強，有利于冰雹的發生。

(4)抬升條件分析：地面輻合線造成輻合抬升，觸發強對流天氣，濕舌前端形成對流系統和冷池，易出現風雹天氣。

(5)發生對流天氣地區基本反射率強度較強，并有“V”形缺口，表明降水可能有冰雹的產生，垂直液態水含量大值區對應風雹出現的地區；反射率和徑向速度剖面圖上，回波頂高度較高，并有高懸的強回波中心，是冰雹的特征；徑向速度有明顯的中層徑向輻合，并且有陣風鋒，是大風的典型特征。