2016年1月钟山县一次罕见冬季冰雹天气分析

吴悦，李骄杨，李忠党

（1.钟山县气象局，广西钟山　542699；2.贺州市气象局，广西贺州　542899）

2016年1月钟山县一次罕见冬季冰雹天气分析

吴悦1，李骄杨2，李忠党1

（1.钟山县气象局，广西钟山542699；2.贺州市气象局，广西贺州542899）

利用常规地面、高空观测资料和梧州S波段新一代天气雷达探测产品资料，从环流形势、影响系统、触发机制及物理量条件对钟山县一次冬季冰雹天气进行分析，结果表明：此次过程在极强厄尔尼诺背景下发生，2016年1月钟山县东北季风偏弱，能量条件好，中层有干空气侵入，低层为暖湿不稳定大气层结，前倾槽和地面冷空气的配合触发不稳定能量释放，从而产生罕见冬季冰雹天气。

冰雹；冬季；前倾槽；上干下湿；厄尔尼诺

钟山县位于广西东北部，属亚热带季风气候区，每年12月-2月为冬季，受东北季风控制，对流性天气少［1］。受2014年9月开始的超强厄尔尼诺事件影响，大气环流异常，2015年至2016年钟山县东北季风偏弱，2016年1月5日，该县多个乡镇出现了罕见的冬季冰雹天气过程。统计分析1956年至2015年气象资料，发现，钟山县冰雹天气主要出现在3-5月（占全年总日数的90%以上［1］），此次1月降雹为当地有气象记录以来第二次冬季降雹过程（第一次为1981年2月13日）。此前，黄远盼等［2］对桂东北冰雹天气进行了研究，认为春季贺州市冰雹天气出现前，∂θse/∂z以及K指数、Si指数、对流有效位能（CAPE）会有明显的变化，可以作为冰雹天气预报的参考；许新田（2012），王崇洲（1992）等一些学者对冬季强对流天气也做了广泛研究［3-17］，但钟山县冬季冰雹天气研究尚属空白。为提高异常气候背景下钟山县冰雹天气预报技术，本文对2016年1月5日冰雹天气过程进行分析，探究其形成机理，总结经验技术，为此类冰雹预报提供参考依据。

1　过程概况

通过向乡镇气象信息员及居民搜集信息，此次降雹过程大致出现在1月5日18时到20时，降雹范围在钟山县的花山、红花、清塘、同古、凤翔、石龙、回龙等乡镇，降雹时间大多为几分钟，冰雹直径估测在5-20mm，同时还伴有雷电、大风及短历时强降水，过程最大风速为14.2m.s-1、最大小时雨强为25.2mm/h。虽然过程波及乡镇较广，但降雹时间短、结束快，故灾情不明显。

2　环流形势分析

2016年1月5日钟山县冰雹天气过程发生前期，500hPa低纬地区南支槽活跃，高原多波动快速东传，槽前西南气流强盛，东北季风势力偏弱，长江以南地区为暖湿气团控制。亚洲中高纬地区“两槽一脊”形势逐渐建立。副热带高压较常年同期偏强，呈带状分布于西北太平洋、中国南海至印度洋一带，稳定少变。1月5日20时，500hPa588位势什米线位于20°N附近，位置偏北。南支槽与高原槽合并，加深东移，带动冷空气南下；槽线呈南北向，位于桂中，钟山处在槽前，正涡度平流有利于上升运动的发展。

分析对流层中低层可以发现，1月5日20时，700hPa冷舌伸至桂东北，切变线位于桂西，呈南北向，落后于500hPa槽线，为前倾槽形势，有利于触发强对流。西南低空急流控制华南大部地区，急流轴线位于南海沿岸，强度比08时有所加强，中心风速＞20m.s-1，有利水汽输送。钟山位于低空急流轴左侧，有利于辐合上升运动。20时850hPa切变线南压至桂北，呈东北西南走向，两侧风场呈明显气旋性弯曲，850hPa温度槽清晰，并且与500hPa温差达到25℃以上，钟山处在切变线、温度槽附近。

从地面形势分析可见，过程前期，暖低压稳定控制华南地区，无明显冷空气活动，钟山气温偏高，1月2日-5日连续四天日最高气温在20℃以上，且无降水，积聚大量不稳定能量。1月3日14时，中心位于云贵交界的西南暖低压明显加强，中心气压值为1015hPa，向江南地区延伸出东北西南向低压倒槽；贝湖西侧的冷高压同时加强，分裂出冷空气沿东路入侵我国，4日05时冷锋到达华北，西南暖低压逐渐开始减弱。随后冷空气快速南下，5日20时，冷锋到达桂北，触发系统性上升运动，不稳定能量释放。

图1　1月5日20时钟山探空图

3　t_logp图分析

用1月5日20时钟山站气温（14℃）和露点温度（13℃）订正梧州站探空资料，分析订正后探空图（图1），CAPE值为694J.kg-1，较08时有显著增加，达到1月份对流天气发生发展的必备能量条件，同时具备适宜的对流抑制能量CIN，有利于激发强对流。K指数=39℃，SI=-3℃，表征20时钟山上空大气层结处于极度不稳定状态。抬升凝结高度（LCL）为941hPa、自由对流高度（CCL）为896hPa，都比较低，有利于对流云的生成和发展。

图2　2016年1月5日19时0分FY2G卫星图像

分析温度层结曲线可以看出温度随高度迅速递减，大的垂直温度递减率有利于冰雹发生发展。同时，0℃层＜600hPa，-20℃层高度＜400hPa，均为有利冬季降雹，使冰雹以固体形式降落至地面以及大冰雹的形成。分析露点层结曲线，可以看到700hPa以下露点层结曲线和温度层结曲线平行，且温度露点差＜2℃，湿层厚度为3km左右，低层已具备良好的水汽条件。700hPa以上露点温度迅速减小，温度露点差迅速增大，与温度层结曲线形成“喇叭口状”，表明中层有明显干空气侵入，这种“上干下湿”的形势使气层不稳定度增加，非常有利于冰雹天气的发生。

对风速风向进行分析可见，风速从近地面到高空有明显增大的趋势，925hPa以下风速为2m.s-1，700hPa为西南风，风速12m.s-1，达到低空急流标准，500hPa以上风速均＞20m.s-1。上下层垂直风速切变大，促进倾斜对流产生，为冰雹提供上升动力条件，有利于大冰雹形成。

4　卫星、雷达产品分析

4.1卫星图像分析

5日19时桂东至广东沿海一带位于高空槽前（图2），分析红外云图可见发现，斜压叶状云带位置偏东，广西上空仅有一个中尺度块状对流云团，位于钟山上空，其余大部为无云或低云，能量高度集中在这块云团中。该对流云团云顶亮温较低，结构密实，沿槽前西南气流向偏东方向移动，其上风一侧边界较光滑整齐，下风方向边界模糊。19时水汽图像反映该对流云团中上层上升运动显著。20时，该云团主体移出钟山境内，随后逐渐解体，结构松散，云顶亮温升高。

图3　梧州雷达反射率因子（单位：dBz）2016年1月5日19时22分1.5°仰角（a）；2.4°仰角（b）；2016年1月5日19时27分2.4°仰角（c）；2016年1月5日19时33分2.4°仰角（d）

4.2多普勒雷达回波分析

4.2.1反射率因子（R）

1月5日钟山冰雹天气过程是由多单体风暴形成的强对流天气。分析梧州雷达反射率因子产品，1月5日17时06分1.5°、3.4°仰角可见在平乐县中部，距离雷达130km处有对流回波A形成，并迅速加强，17时23分在1.5°仰角上其中心强度达55dBz，该单体轮廓分明，结构密实，反射率因子梯度大，随后以“平流+传播”的形式向偏东方向移动。17时45分其右后部新生单体B，组成雷暴群向钟山县移动。18时19分雷暴群前沿进入钟山县，19时22分强回波中心位于钟山县西南部，回波质心高，反射率因子最大值在60dBz以上，出现在1.5°仰角（图3a）及2.4°仰角（图3b），且回波中心具有由低仰角到高仰角倾斜的结构，上部呈现宽大而伸展的云砧，有利于斜生气流的维持并产生大冰雹。此时雷暴单体处在最旺盛阶段，降雹开始，并持续向东移动。19时27分（图3c）-19时33分（图3d），雷暴云团可见一个清晰的后部入流槽口结构，经过的地区同时伴有大风天气。20时29分强回波移出钟山。

4.2.2平均径向速度（V）

1月5日19时27分在0.5°仰角径向速度图上（图4e），最大流入区和最大出流区沿雷达径向对称，出现正负速度对，具有气旋性辐合的特点，底层存在强烈上升运动。1.5°及以上仰角可见明显“逆风区”（图4f），其强度在-5m.s-1至-10m.s-1左右，逆风区范围由低到高递减。同时，在1.5°及2.4°仰角均可见最大正速度＞27m.s-1，并且出现速度模糊。20时29分逆风区减弱，随后逐渐消失。

图4　梧州雷达2016年1月5日19时27分径向速度图0　.5°仰角（e）；1.5°仰角（f）；19时38分垂直液态水含量图（g）；19时38分回波顶高（h）

4.2.3垂直液态水含量（VIL）及回波顶（ET）

分析19时38分垂直液态水含量（VIL）图像（图4g），雷暴云团中心数值由前一体扫的30dBz跃升至60dBz，反映云体内的冰雹迅速碰并增长。垂直液态水含量大值区的范围也加大，覆盖清塘、同古等几个乡镇，与冰雹落点对应。随后的几个体扫中VIL有所减弱，至20时01分，再次跃升至40dBz，持续两个体扫，之后再次减弱并移出钟山县。回波顶（ET）产品表征风暴强弱，同时标志上升运动的强弱，强回波进入钟山之后回波顶高维持在9km以上，有两次跃升至12km，分别是19时38分（图4h）和20时07分，与垂直液态水含量大值出现的时间和地点均吻合，回波顶高中心与降雹地点对应。在冬季出现VIL达到60kg.m-2及ET=12km非常罕见，是造成此次降雹的一个重要因素。

图5　1月2日08时至6日08时钟山比湿时间剖面图

图6　1月4日08时至6日08时钟山水汽通量散度时间剖面图

5　物理量分析

5.1水汽条件

过程前期，钟山位于湿区，且近地面层经历了一个增湿的过程，水汽条件良好。（图5）5日08时925hPa比湿为10g.kg-1，850hPa比湿也大于8g·kg-1，700hPa湿度为5g·kg-1，20时700hPa及以上比湿迅速降至0g·kg-1，上干下湿明显，极易触发强对流。从相对湿度场分析，700hPa以下，钟山均处在RH＞80%的湿区内。分析水汽通量散度的辐合情况（图6），5日08时开始水汽通量散度出现负的最大值，20时700hPa以下水汽辐合上升明显，为强对流提供了有利条件。

5.2动力条件

图7为5日20时（120°E，28.9°N-107.5°E， 22.1°N）两点，东北-西南向，经过钟山（111°E，24°N）的P坐标垂直速度剖面图。图中长方形为钟山主要降雹区。由图可见，冰雹天气发生时，钟山上空上升运动显著。最大上升速度区为钟山东北方向，负速度最大值出现在400hPa，中心数值达到-40×10-3hPa.s-1，与雷暴云团移动方向一致，正速度区在钟山西南向，这种正负速度的配置构成的次级环流，有利于强天气的发生和维持。

作钟山站涡度时间剖面图（图8），过程前期，钟山站上空低层和高层均为负涡度，4日08时，由高层开始逐渐转为正涡度，且数值不断加大，5日08时钟山上空整层均为正涡度。19时-20时500hPa附近出现正涡度极大值82×10-4s-1，气旋性辐合上升明显，对应了降雹的时间段。随后由低层开始转为负涡度，并逐渐伸展至中高层，强对流天气结束。

图7　1月5日20时垂直速度空间剖面图

图8　1月3日08时至6日08时钟山涡度时间剖面图

6　小结

（1）受2014年9月开始的超强厄尔尼诺事件影响，副热带高压异常偏北、偏强，2015年至2016年钟山县东北季风偏弱，1月5日中高层前倾槽配合地面弱冷空气触发强对流，产生了罕见的冬季冰雹天气。

（2）过程前期冷空气势力较弱，西南暖低压发展强盛，钟山连续四天日最高气温大于20℃，这种情况在该地历史同期较为少见，不稳定能量的大量积聚为冬季强对流提供了必须的能量条件。

（3）与钟山县最近的梧州、桂林高空站，直线距离均＞100km，为了反映钟山上空的大气状况，采取用钟山站温度及露点温度订正临近高空站探空资料的方法，可以有效显示强对流发生前钟山县上空大气状态，在一定程度上弥补了资料上的不足，尤其对灾害性天气的分析和预报起到了良好效果，有利于预警提前发布，减轻灾害损失。

（4）雷达资料在此次强对流天气预报中发挥了重要作用。雷暴云团进入钟山县前密切关注其发展演变，发现反射率因子最大值超过60dBz、平均径向速度图上出现的清晰的正负速度对，并出现冬季冰雹天气有较强指示意义的指标：VIL达到60kg·m-2和ET=12km，立即判定将有冰雹天气发生，及时发布冰雹预警，最大程度减小灾害性天气造成的损失，得到良好的服务效果。

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Analysis of a rare hail weather in January 2016 of Zhongshan County

Wu Yue，Li Jiao-yang，Li Zhong-dang
（1.Zhongshan County Meteorological Service，Zhongshan Guangxi 542699；2.Hezhou Municipal Meteorological Service，Hezhou Guangxi 542899）

Based on the conventional ground data，high altitude observation data and a new generation of weather radar products of Wuzhou s-band，a hail weather in winter occurred in Zhongshan was analyzed from the circulation situation，influence system，triggering mechanism and physical conditions.The results show that:this process was led under the background of strong El Nino.weak northeast monsoon，good energy condition，middle-level dry air intrusion，low-level warm wet unstable atmospheric stratification and the coordination of forward-tilting trough and ground cold air triggered instability energy releasing and resulted in this rare hail weather in winter.

hail；winter；forward-tilting trough；upper wet and lower dry；El Nino

P458.1+21.2

A

1673-8411（2016）02-0042-05

2015-12-18

吴悦（1986-），广西贵港人，助理工程师，主要从事县级综合气象业务工作。