陕西北部一次局地雷暴天气中尺度分析

郑小阳，雷崇典，都全胜，徐艳梅

(陕西省延安市气象局，陕西延安 716000)



陕西北部一次局地雷暴天气中尺度分析

郑小阳，雷崇典，都全胜，徐艳梅

(陕西省延安市气象局，陕西延安 716000)

利用常规气象观测资料、多普勒雷达、FY-2D卫星云图，分析了2015年4月20日延安富县出现的一次局地冰雹天气过程。结果表明，综合高空850、700和500 hPa的主要特征，850 hPa自南向北侵入河套的湿舌，配合西侧风切变对应500 hPa干冷空气，这种配合有利于河套上空不稳定层结的建立。而700 hPa西北侧与东侧方向冷空气的不断侵入，有利于河套地区低层暖湿空气的抬升。陕北地区低层的湿区和大气不稳定层结状态的维持，地面低压发展以及辐合线的存在有利于低层暖湿空气的抬升。边界层辐合线、干线等中尺度抬升系统提供了对流风暴发生所需的能量和触发机制，为对流发生的中尺度环境分析提供依据。

富县；冰雹；不稳定；湿舌；风暴

深厚湿对流需要水汽、条件不稳定层结和抬升力3个要素，缺少任何一个，对流就不会发生[1]。雷暴泛指深厚湿对流，常伴有雷雨、大风、冰雹等，可以不伴有雷电活动，属强天气范畴。有关强天气的分析方法和预报思路，许多学者从不同角度进行了有益的探索[2-4]。以“配料法”[5]为思路的雷暴产生环境条件的分析逐渐增多；在业务预报中，虽然“配料法”能够化繁为简，使预报思路的物理概念清晰，但也面临一些具体问题，特别是条件不稳定与位势不稳定的异同与判据。另外，边界辐合线、地形抬升、干线等中尺度系统能迅速显著地改变局地环境，受资料分辨率及数值预报能力限制，这种快速变化的局地环境无法诊断，一些局地强风暴易漏报。强天气预报的好坏取决于在这种预报中的分析水平，正确而细致的中尺度分析是至关重要的。笔者基于MICAPS 3.1平台，分析了2015年4月20日陕北地区一次局地雷暴天气过程，探讨有利的各种天气系统的空间配置关系、要素和参数的中尺度分析技术，找出雷暴发生的天气系统、参数和要素未来的可能变化趋势，为强天气预报提供思路和指导。

1　冰雹天气过程

4月20日13：45～14：24富县北道德乡遭受冰雹袭击，冰雹由北向南蔓延，局地持续超过40 min，冰雹直径达0.8～1.0 cm，北道德乡受灾1 092.6 hm2。受灾最重的雷丰、岳村、纪路、湫塬、高池村受灾面积606.7 hm2，冰雹厚度超过5 cm，现场查看苹果花芽、树叶已基本打落，受损情况较为严重。另外，富城镇侯村、南道德乡南道德村(14：47左右)亦有零星降雹，绿豆大小，持续1～2 min。

2　大气环流背景分析

进入4月中旬，副高逐渐建立，并加强西伸，西脊点到达94°E以西，北界到达20°N，副高阻挡江南、华南的水汽输送，导致长江以北地区的水汽条件较差。南支槽东移与北支槽基本同位相叠加，对应较强的冷空气过程。前期，阻塞高压逐渐消失，中高纬西北气流径向分量减弱，东西大槽强度有所减弱，受其影响，冷空气活动较少。此外，受副高外围暖湿气流与北方干冷空气交汇影响，19～20日造成西北地区东部多风暴天气生成。

4月20日08：00 500 hPa，欧亚大陆大气环流形势为两槽一脊型，青藏高原—巴尔喀什湖为一高脊，两槽分别位于贝加尔湖西部和乌拉尔山西部，中国大陆呈西高东低型，延安上空为一致的西北风。低层850 hPa延安受高脊控制，河套西北部有切变存在。地面图上，20日08：00冷空气主体位于蒙古西部，14：00空气扩散南下，前部已进入河套西部，在延安西部地区有明显切变辐合系统。

2.1高空形势分析

2.1.1850 hPa。20日08：00，延安测站北侧河套中部有一条东东北—西西南走向的切变线，湿舌(比湿≥10 g/kg)沿西南气流伸展至河套区域，延安测站上空存在一个中尺度低的温露差中心(T-Td≤1 ℃)。

2.1.2700 hPa。分析20日08：00风、湿度、降温场可看出，西北方向的急流指向河套，延安上空继续保持中尺度的T-Td≤3 ℃的一个高湿区，河套中部到甘肃南部存在风切变线，其位置较850 hPa切变线的位置在垂直方向上偏西；河套中部有12 h显著的降温中心，说明冷空气已经从西北方向进入河套，河套西侧700 hPa切变线东移与850 hPa切变在垂直方向上重合，有利于上升运动的加强。

2.1.3500 hPa。20日08：00，河套区上空为一致性的偏西风，冷温度槽明显落后与高空槽，河套上空存在较强冷平流，河套东侧是T-Td≤-28 ℃的干区，与12 h最大变高中心为-5 dagpm 的区域相重合，河套西侧是T-Td≤4 ℃的湿区，与24 h最大变温中心-7 ℃的区域相重合，延安测站处于16 ℃

注：棕色双线为850 hPa切变，单线为700 hPa切变。Note：Brown double line is 850 hPa shearing，single line is 700 hPa shearing.图1　2015年4月20日08：00 500 hPa温露差场Fig.1　500 hPa temperature difference field at 08：00 on Apr.20，2015

2.1.4高空综合分析。综合高空850、700和500 hPa的主要特征(图1)，850 hPa自南向北侵入河套的湿舌，配合测站西侧风切变对应500 hPa干冷空气，这种配合有利于河套上空不稳定层结的建立。而700 hPa西北方向冷空气的不断侵入，有利于河套地区低层暖湿空气的抬升。850、700 hPa切变线提供了辐合抬升条件， 有利于对流天气的产生和发展。2.2地面形势分析20日08：00地面倒槽已伸入至河套区，延安测站处于地面高温高湿的暖低压倒槽中，气压值≤1 017 hPa；11：00低压强度较08：00有所加强，降雹区域有风向辐合存在，具有抬升条件，同时延安测站相对湿度>60%，且温度脊位于湿度脊的西部，有利于强对流天气的发生。

如果预报有强对流天气发生的可能，必须密切注意地面要素的变化。如这次过程中，河套上游及偏北地区3 h变压与正常的日变化不同，20日02：00开始出现负的3 h变压，20日14:00负变压加强，河套区南侧有-2 hPa的3 h变压，并持续到17:00。

3　物理量场分析

3.1不稳定条件分析4月20日08：00延安站上空700、850与500 hPa大气温度差分别达17、25 ℃，其以北大部分地区温度差分别大于18、28 ℃。850 hPa在河套上空有一个明显的暖温度脊形成，对应500 hPa有明显的低温槽，中层显著降温。表明陕北地区上空层结有利于对流发生和发展。

图2　2015年4月20日08：00延安站T-logPFig.2　T-logP in Yanan at 08：00，Apr.20 2015

3.2水汽条件分析4月20日08：00，近地面层925 hPa河套区上空处于≥6 g/kg高比湿区域(图3)；在水汽通量散度场上，850 hPa河套地区为正值区，水汽辐合不明显，反映在V分量图上对应1～4 m/s的中心区域；在总温度平流场上，对应一个正温度平流区，有利于后期测站上空增温增湿，850 hPa湿区和湿度脊的上空存在干冷的温度槽，大气层结向有利于不稳定的局势发展。20日08：00假相当位温场显示，低层850 hPa以下暖湿区上空有明显的高能舌侵入河套，延安测站上空850 hPa假相当位温≥330 K，700 hPa西北侧与东侧有干冷空气侵入，500 hPa以上为干冷区，500 hPa假相当位温≤325 K，假相当位温随高度减小，为对流不稳定层结的区域。由此可见，20日08：00陕北地区低层的湿区和大气不稳定层结状态维持，地面低压发展以及辐合线的存在有利于低层暖湿空气的抬升。

注：蓝断线为850 hPa假相当位温；棕色断线为700hPa假相当位温；绿断线为850 hPa水汽通量散度0线。Note：Blue break is 850 hPa equivalent potential temperature; brown break is 700 hPa equivalent potential temperature; green break is 850 hPa water vapor flux divergence 0 line.图3　2015年4月20日08：00 925 hPa比湿场Fig.3　925 hPa specific humidity at 08：00 on Apr.20，2015

3.3稳定度分析4月20日08：00延安市偏北地区是一个K指数≥24 ℃以上的中尺度中心区，延安单站K指数为26 ℃。河套西侧紧邻大面积CAPE≥0的正值区，其>90%的区域CAPE≥500 J/kg，南北走向的零值线西侧CAPE值梯度非常大，东侧沿零值线分布多个小尺度的负值区，延安测站处于CAPE零值线上。延安测站850～500和700～500 hPa的假相当位温差值分别为-6、-2 ℃，处于直减率高值区。表明延安测站上空处于大气条件不稳定状态。4中尺度环境场与触发机制

从20日08：00地面图上可以看出，河套地区处于地面冷高压的前部，延安测站处在地面倒槽内，14：00对应降雹区风向表现出中小尺度的辐合。20日08：00 850 hPa延安西北部上空风场有一条南北向切变线(图4)，对流发生区的南北两侧维持偏南风水汽输送带，对应有一温度露点差<5 ℃南北向的湿舌，延安测站温度露点差为1 ℃。850 hPa(湿舌)的西侧是一条西南—东北走向的干线(或干锋)，有利于雷暴发生区产生垂直环流。上升支在湿空气区，下沉支在干区，这个垂直环流圈的进一步发展反过来又维持了湿舌，是强对流的一种触发机制[6]。

图4　2015年4月20日08：00中尺度分析Fig.4　Mesoscale analysis at 08：00，Apr.20 2015

5　卫星云图

从图5可以看出，在20日12：30西部有云团发展，13：00东移进入富县境内，13：30得到了迅速发展，14：00发展到最强盛，14：30减弱向东移出富县，在大气不稳定前提下，生成的对流单体在进入地面辐合线区域时得到迅速发展。

注：a.12：30; b.13：00; c.13：30; d.14：00。Note：a.12：30; b.13：00; c.13：30; d.14：00.图5　2015年4月20日FY2D红外云图Fig.5　FY2D infrared cloud picture on Apr.20，2015

6　多普勒雷达分析

从多普勒雷达基本反射率因子图可以看出，20日13：25～13：40由普通单体风暴迅速发展成非超级单体强风暴，此时，低层反射率因子等值线在入流的一侧出现很大的梯度，风暴顶位于低层反射率因子在入流一侧的强梯度区之上，中层强回波区下部在入流一侧出现弱回波区。即回波自低往高向低层入流一侧倾斜，呈现出弱回波区和弱回波区之上的回波悬垂结构，造成富县持续40 min的冰雹天气。说明雷达回波的发展是沿着该辐合切变线进行的，无论回波带的生成还是发展均与地形作用和地面风场辐合作用的共同影响分不开[7]。

7　小结

(1)此次过程是在高空东北冷涡的背景下发生的，以冰雹和大风天气为主，过程降水的雨量强度和范围均不大，呈现出干对流特征，这与边界层湿度不大(比湿、露点均比较低)、湿层浅薄有关。大气层结不稳定的建立和维持以高低空温度平流的差动为主，湿度平流的差动不显著。

(2)850 hPa自南向北侵入河套的湿舌；配合测站西侧风切变对应500 hPa干冷空气，这种配合有利于河套上空不稳定层结的建立，而700 hPa西北方向冷空气的不断侵入，有利于河套地区低层暖湿空气的抬升，大气层结将变得非常不稳定，850、700 hPa切变线提供了辐合抬升条件，有利于对流天气的产生和发展。

(3)雷暴的发生常是在水汽和不稳定条件已满足的条件下等待抬升强迫，此条件通常是“扣动扳机”的触发条件，有利的中尺度环境场和边界层辐合线的形成是雷暴产生的触发机制。

[1] 熊秋芬，章丽娜，王秀明.强天气预报员培训手册[M].北京：中国气象局气象干部培训学院，2012：1-3.

[2] 俞小鼎，周小刚，王秀明.雷暴与强对流临近天气预报技术进展[J].气象学报，2012(3)：311-337.

[3] 郑永光，张小玲，周庆亮，等.强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战[J].气象，2010(7)：33-42.

[4] 周后福，邱明燕，张爱民，等.基于稳定度和能量指标作强对流天气的短时预报指标分析[J].高原气象，2006(4)：716-722.

[5] 俞小鼎.基于构成要素预报的方法——配料法[J].气象，2011，37(8)：913-918.

[6] SCHULTZ D M，SCHUMACHER P N，DOSWELL C A Ⅲ.The intricacies of instabilities[J].Mon Wea Rev，2000，128(12)：4143-4148.

[7] 雷崇典，万星，刘俊强，等.延安市冰雹云初始回波识别[J].陕西气象，2010(2)：13-17.

Mesoscale Analysis of a Storm Weather in Northern Shaanxi

ZHENG Xiao-yang, LEI Chong-dian, DU Quan-sheng et al

(Yanan Meteorological Bureau, Yanan, Shaanxi 716000)

Using conventional meteorological observation data, Doppler radar, FY-2D satellite cloud image, a storm weather process appeared in Fu County, Yanan City on Apr. 20, 2015 was analyzed. By considering main characteristics of upper air 850, 700, 500 hPa, 850 hPa cold air intrusion from south to north with west side wind shear and 500 hPa cold air are conducive to the establishment of Hetao instability stratification over the sky. Constant intrusion of cold air from 700 hPa northwest side and east side direction is conducive to the low layer of warm air rising in Hetao Area. Northern Shaanxi area low layer of wet zone and atmospheric instability stratification state maintenance and ground pressure development and convergence line is in favor of the uplift of the low layer warm and humid air. The boundary layer convergence line, trunk line provided the energy and trigger mechanism for the convective storm, also provided the basis for the analysis of mesoscale environment.

Fu County; Hail; Unstability; Wet tongue; Storm

郑小阳(1969- )，男，陕西宜君人，工程师，从事强对流天气研究。

2016-05-31

S 165

A

0517-6611(2016)21-172-03