2018年3月4日阳新县冰雹大风灾害天气分析

刘熠炎 童红梅 卫文芳 柯凡

摘 要 利用常规气象资料、卫星雷达、区域自动站、EC_thin等资料，对2018年3月4日下午发生在阳新县的一次强冰雹大风天气形势背景、环境场条件、雷达回波特征等进行了详细分析。结果表明：1）本次冰雹大风天气是在南支槽前西南急流影响下，地面冷空气南下入侵暖低压槽而产生的。2）中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结，低层暖平流、中高层冷平流的温度平流配置、中低空急流以及地面暖低压辐合系统的配置为冰雹大风天气的产生提供了有利热力动力条件。3）较高CAPE值、良好的低层水汽条件、强垂直风切变、适当的0 ℃与-20 ℃层高度有利于强冰雹天气的发生。4）高SWEAT指数、60 dBZ以上强回波、55 dBZ强回波达8～9 km高度、VIL值≥50 kg·m-2以及高值迅速下降、HI指数及高POSH在强冰雹预警服务中有指示作用。

关键词 冰雹;环境场;中尺度分析;雷达回波

中图分类号：P458.12 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.058

冰雹是重要灾害性天气之一，具有影响范围小、发展迅速、持续时间短等特点，常伴随雷暴大风、短时强降水等局地灾害性天气，造成较严重灾情损失。近年来，许多气象工作者[1-7]对冰雹天气的形成和发展机制进行了许多研究，俞小鼎[1-2]指出有利于强冰雹发生的3个关键条件为较高的对流有效位能、强的垂直风切变和合适的零度层高度。辛秋玲等[3]分析西宁市冰雹天气发现冰雹是由冷暖空气交汇导致层结不稳定形成的对流天气。张腾飞等[5]认为高层辐散和低层辐合流场配置形成的大气强烈不稳定，具有较强的垂直风切变和大气抽吸作用。研究表明：强不稳定层结、强垂直风切变、高低空急流和温度差动平流等对强对流天气产生起重要作用。

黄石市地处鄂东南，每年春夏季节时有短时强降水、雷暴大风及冰雹灾情天气发生，但是冰雹天气发生的相对较少，但危害却较重，分析黄石市发生的冰雹天气对于短临预警具有现实意义。基于此，通过对2018年3月4日下午发生在阳新县的冰雹大风天气过程进行分析，为今后此类强对流天气预报提供可参考依据。

1 实况及灾情

2018年3月4日15：30—17：00，阳新县兴国镇、城东新区部分村组降冰雹，最大冰雹直径达3～4 cm，同时伴有短时强降水，部分乡镇极大风速达8～9级，其中网湖极大风速为22.3 m·s-1，木港极大风速为21.5 m·s-1，军垦极大风速为19.3 m·s-1，造成部分农作物和房屋受灾。

据民政部门初步统计，此次风雹灾害全县3 676人受灾，转移20人，兴国镇宝塔村湖蒿种植基地受风雹灾害影响，受灾316 hm2，绝收96 hm2，损坏房屋28间、14户，直接经济损失879万元。

2 环境场条件

2.1 环流形势分析

3月4日，阳新县强对流冰雹大风过程是受南支槽东移、地面北方冷空气入侵，冷锋入暖槽的影响下产生的。在500 hPa图上，4日8：00阳新县处于高空南支槽前西南急流轴上（34 m·s-1）;700 hPa图上，四川东部有西南涡，切变线位于鄂西北，鄂东南处于强盛西南气流中（16～18 m·s-1）;850 hPa上切变线位于江汉平原至恩施一带，阳新县处于20 m·s-1西南急流轴上、急流核正前方，有一定的风速辐合。4日20：00南支槽东移，中低层切变线南压，850 hPa切变线压至鄂东南南部，925 hPa南压至江西北部，强对流天气已移出至江西中北部。

地面图上，2018年3月4日8：00—11：00鄂东南处于暖低压中，其北侧有冷空气南下，14：00—17：00冷空气南下，暖低压南落，随着冷锋南袭入暖槽区，激发强对流天气，导致阳新出现冰雹大风、并伴有短时强降水天气。17：00以后随冷空气进一步南下，鄂东南为偏北风控制，强对流天气结束，降水减弱。

2.2 热力条件分析

从2018年3月4日8：00阳新县上空各层θSe分布来看，1 000 hPa为340 K高值中心，往上逐渐减小，至500 hPa降为319 k相对低值区，属于对流不稳定区域。另从EC-thin预报14：00假相當位温（500 hPa与850 hPa的差值）来看，鄂东南处于-10K的负高值区，有利产生强对流天气。

2.3 动力条件分析

从3月4日8：00EC_thin预报的6h时效散度场来看，鄂东南南部500 hPa以下为明显辐合区，500 hPa以上为一致辐散区，有利于产生强烈的上升运动，产生强风暴天气。

3 降冰雹的物理条件诊断分析

3.1 水汽条件

由3月4日8：00 EC_thin数值产品预报逐3 h的水汽通量散度场可见，850 hPa层上，4日11：00，阳新县处于值为-200×10-6～-170×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1明显增强的水汽辐合区，14：00阳新县处于-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽辐合中心，17：00时，-200×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽辐合中心东移南压。14：00，500 hPa层上阳新地区为16×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1水汽辐散区，700 hPa层为-100×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1的辐合中心。925 hPa层上，水汽动态变化更明显，在强对流发生前的11：00为辐散，14：00开始出现明显水汽辐合。14：00阳新县上空大气可降水量PW为51～57 kg·m-2。中低层强的水汽辐合，高层水汽辐散，形成明显的抽吸作用，有利于形成强烈的上升运动，产生强对流天气;大气可降水量充沛、水汽条件好，有利短时强降水强风暴天气的产生。

3.2 稳定度指标和强对流指数

K指数是考虑了气层水汽条件的一种不稳定指数，它考虑了中低层的水汽条件，是分析暴雨、强对流的一种较好的热力稳定度指数。分析EC_thin预报K指数表明，8：00阳新地区为31～32 ℃，11：00大于39℃，14：00为36～40 ℃。阳新处于K指数高值区，有利于强对流天气产生。

上下层温度差大，有利于强对流风暴产生。8：00阳新县上空T500-T850=-29 ℃，14：00为-29～-27 ℃，垂直温差大，有利于形成强风暴天气。

强对流天气威胁指数（SWEAT指数）主要用于监测强烈的对流性天气，SWEAT的值越大，发生龙卷和强雷暴的可能性越大。据EC_thin物理量预报产品分析，8：00阳新地区SWEAT指数为320～350，11：00为360以上，14：00为300～330，17：00降为280附近，高值区位于鄂东南，且随着时间向南压。阳新处于SWEAT值大于300的高值区，容易发生强雷暴天气。

对流有效位能是研判强对流天气的重要指标，分析3月4日8：00武汉探空资料可见，采用午后地面温度升到29 ℃的拖动订正，得到订正的CAPE值约为1 000 J·kg-1;同时，次安庆站探空资料拖动订正的CAPE=1 050 J·kg-1。由风矢图可见，低层（近地面至700 hPa）风随高度顺转有暖平流，700～250 hPa风随高度逆转有冷平流;700 hPa以下空气湿度大，接近饱和，700 hPa以上空气湿度小，温度和露点温度廓线呈喇叭形状，呈现出上干冷、下暖湿的不稳定层结，且低层暖平流、中高层冷平流，加强了不稳定层结，有利强对流风暴的产生，喇叭形状温湿廓线有利于形成雷暴大风天气。

3.3 0 ℃层和-20 ℃层高度

冰雹的发生需要合适的0 ℃层和-20 ℃层高度，因为0 ℃层和-20 ℃层之间主要由过冷水滴、雪花及冰晶组成，这个区域是冰雹生长的“雹源区”。利用武汉站的探空资料，分析表明，ZH=3 880 m，-20H=6 762 m。0 ℃层、-20 ℃层高度合适，有利于大冰雹的形成。由探空图可见，8：00近地面有一逆温层，有利于低层能量的积累，午后阳新地面温度升到29 ℃，冲破逆温层，有利于产生强天气。

4日8：00的EC_thin数值产品预报0 ℃层可见，阳新上空0 ℃高度由4.0 km降至3.7 km，-20 ℃层高度由7.1～7.2 km下降为7.0 km（8：00—14：00），阳新县上空“冰雹源区”高度合适，适宜形成大冰雹。

3.4 垂直风切变分析

4日8：00探空资料分析表明，武汉站0～6 km风速差为27 m·s-1，垂直风切变大;0～3 km风速差值为18 m·s-1;安庆站0～6 km风速差33 m·s-1，0～3 km风速差值为16 m·s-1。阳新县位于两站之间，与两站临近，可见阳新上空存在强的垂直风切变，有利于形成强对流风暴。

4 中尺度分析

从3月4日8：00高低空形势场及要素配置来看，阳新县处于槽前西南急流轴上，且位于低层急流核前方，有风速辐合，受到急流核脉动的影响。925 hPa层上鄂东南为露点温度Td大于15 ℃的高值区，水汽条件好;850 hPa层上鄂东南为露点温度Td大于13 ℃的高值区，水汽条件好;700 hPa层上阳新处于湿度锋区附近干区一侧，武汉以西及以北T-Td≤2 ℃，鄂东南部T-Td>4 ℃。地面场上，鄂东南处于暖低压中，武汉至江汉平原东南部有冷空气入侵、有一条冷锋。从上述分析可见，阳新县处于鄂东南南部，受到西南急流影响，且处于地面暖低压中，低层水汽条件好，增温增湿显著，具备产生强对流天气的不稳定层结条件;午后阳新地面气温升高明显，在北边冷空气入侵下，温度梯度加大，阳新中部一线（东西向）形成一条弱的地面中尺度辐带，在此中尺度辐带上及其南侧产生了冰雹大风以及短时强降水等强对流天气。

5 卫星云图和雷达回波分析

5.1 卫星云图分析

分析FY2E红外云图可见，3月4日上午鄂东南晴到少云，12：00以后，在高空槽前西南气流引导下，来自贵州南部的絮状云团移至湖北南部，鄂东南上空云系增多，絮状云团在向东北方移动中，对流发展，14：30云团中出现了强度明显增强的对流云块，15：30云团北部的对流云团发展加强影响鄂东北，南部的强对流云影响鄂东南。16：30强对流云团已经移动至湖北东部边界一带，鄂东南上空为层状云。

5.2 雷达回波分析

5.2.1 反射率因子分析

分析組合反射率CR雷达回波可见，3月4日13：00—14：00，岳阳、临湘、通城、洪湖、咸宁有絮状回波生成，在高空西南气流引导下，向东北方向移动，絮状回波逐渐形成一条断续的圆弧回波。14：00—14：30，在该圆弧回波的南边，崇阳-通山生成一条线状对流回波，其东端有强度达60 dBZ强风暴单体形成，14：33该强风暴单体东移至阳新西部。14：33—15：04，该强风暴单体发展，强回波面积扩大，影响王英、三溪等乡镇;15：04—15：23，该强风暴回波南北向拉长为一段线状回波，为断续大圆弧回波带中最强的一段，阳新军垦农场15：20出现19.3 m·s-1（8级大风）;15：23—15：35，强回波带东移中减弱消散，在其东侧对流单体迅速发展加强，形成强度达60 dBZ以上强风暴，15：41以后强度减弱并向东移动，阳新城关一带出现最大直径4 cm的冰雹;16：00强风暴减弱并移出阳新，其南边生成对流回波与从江西北部北抬至阳新南部的对流回波合并，16：00—16：30阳新南部的强回波导致木港、网湖出现短时强降水及雷暴大风。16：30强回波东移出境，阳新上空转为层状回波并迅速减弱消散。

从不同仰角回波来看，强风暴单体强回波中心具有随高度向东倾斜的特征，强回波伸展高度高，14：45时强度强达到60 dBZ，且50 dBZ强回波达到8.3 km以上，超过-20 ℃的高度。15：23时线状对流与其前方的对流单体合并，对流单体明显发展加强;从不同仰角强中心位置对比来看，呈现随高度向东倾斜结构。55 dBZ的强回波达到了9.4 km以上;15：35强风暴对流单体明显发展加强，不同仰角强中心位置呈现随高度向东倾斜结构，55 dBZ的强回波达到了9.7 km以上。回波强度强，强回波伸展高度高，有利于产生大冰雹。

5.2.2 强风暴单体追踪及VIL分析

分析雷达STI产品可见，14：30—15：30影响王英、三溪、荆头山主要是强风暴单体P6，15：26—16：00影响阳新城关、网湖一带主要是强风暴单体W7。由强风暴随时间演变可见，P6强风暴东移中形成线状对流回波、其强回波高度由15：10的5 km迅速降为15：16的1.6 km时，阳新军垦15：20出现19.3 m·s-1（8级）局地雷暴大风，并伴有局地强降水;W7强风暴单体迅猛发展，强回波核心高度在15：35迅速从5.6 km降为1.8 km时附近，阳新城关出现冰雹，网湖15：41分出现19.4 m·s-1（8级）大风。强风暴反射率因子极大值DBZM与高度HGT见表1、表2。

垂直累积液态水VIL表示将反射率因子数据转换成等价的液态水值。从表3可见，VIL值15：10有快速降低，随后军垦出现8级以上大风;此后VIL值15：41由高值快速降低，网湖出现了8级大风。15：23—15：35的VIL值达到50～55 kg·m-2，持续了13 min，时间相对较长，可以判别为带有大冰雹的风暴。

5.2.3 回波顶高分析ET及冰雹指数HI

从回波顶高来看，14：39—15：23时ET值基本位置在11 km，15：29时升高为12～13 km，15：35时ET值达到极值14 km，15：41时及以后又降为11 km，可见强风暴的高度高，尤其是城关出现明显降冰雹时回波顶高度达到极值，表明上升运动强烈，伸展高度极高。

从冰雹指数来看，15：23—15：35时，产品给出冰雹尺寸为10～12 cm，强天气概率为34%～40%，明显高于其他时段，出现大冰雹的概率为POSH=100%。这对于大冰雹短临预警及服务具有意义。

6 结论

1）2018年3月4日下午，阳新县冰雹大风、短时强降水等局地强对流灾害天气是在南支槽前强劲的西南急流影响下，地面冷空气南下入侵暖低压槽而产生的。

2）在地面暖低压、中低层强盛西南气流配置下，阳新上空大气处于强的对流不稳定中，500 hPa层以下明显辐合、500 hPa以上明显辐散，热力、动力条件有利产生强对流天气。

3）阳新县处于强烈的水汽辐合中心、水汽条件良好，CAPE值约为1 000 J·kg-1，0 ℃层与-20 ℃层高度为4 km、7 km有利冰雹的产生，上干冷下暖湿的层结和喇叭状温湿度廓线有利大风天气形成，0～6 km强烈垂直风切变、上下层温差大等有利有组织的强风暴产生。SWEAT指数在300以上，表明阳新縣适宜强雷暴天气的发生。

4）中分析表明，冷空气南下的过程中，14：00—15：00阳新县中部有一条东西向地面中尺度辐合线，该辐合线北侧温度20～25 ℃、南侧温度28～30 ℃温度对比显著，冰雹大风及短时强降水天气发生在辐合线上及其南侧暖区中。

5）雷达回波分析表明，此次阳新冰雹大风灾害天气是两个强风暴单体所致，导致城关出现冰雹是W7强风暴。风暴强度达到60 dBZ以上，50～55 dBZ强回波超过-20 ℃层，强回波中心随高度向东倾斜，具备产生冰雹的强风暴单体特征。

6）VIL值达到50～55 kg·m-2、冰雹指数HI较高、降大冰雹POSH=100%、VIL值迅速降低、强反射率因子核心高度迅速下降等这些指标在大冰雹（直径大于2 cm）及雷暴大风的预警中有现实指示价值。

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（责任编辑：赵中正）