天津市一次冰雹过程的中尺度特征及成因分析

贾 丹，张春同

(天津市宁河区气象局 天津301500)

0 引 言

冰雹是由强对流系统引发的剧烈天气现象[1]，具有局地性、突发性和阵性特点，常常给农业生产、国民经济、人民财产等造成巨大损失。在实际工作中，分析冰雹产生的天气背景和中尺度系统结构对冰雹的预报和临近预警有重要意义。学者们对冰雹天气的天气系统、中尺度特征、多普勒雷达特征多有研究[2-7]，但是冰雹过程局地性特征明显，天气尺度和中尺度特征也有地域性区别。迄今为止，尚未见有对宁河地区冰雹过程的研究报道。因此对宁河地区冰雹过程的个例进行天气尺度和中尺度特征分析十分必要。

本文利用自动站资料、雷达资料及 FNL再分析资料，对2016年6月10日傍晚发生在宁河区潘庄镇的一次冰雹过程的天气尺度及中尺度对流特征和形成原因进行分析和研究，有助于了解宁河地区冰雹过程的发生机制，为冰雹天气过程的预报预警提供参考依据。

1 天气实况和环流背景

2016年6月10日晚18时，潘庄镇西北部突遇15,min的冰雹袭击，致使大龙湾村、大贾村、齐心村等 11村受灾。冰雹最大有核桃大小(见图 1)。此次冰雹造成受灾面积达到 2,623.2,hm2，造成经济损失1,500多万元。

图1 2016年6月10日天津市宁河区潘庄镇冰雹实况Fig.1 Hail in Panzhuang Town，Ninghe District，Tianjin on June 10，2016

2016年6月10日12时，潘庄镇温度为31,℃，风向西南风，风力不大，有利于升温，午后全区温度继续升高。14时潘庄镇温度为 33.7,℃，高于周边区域站温度，到16时温度一直维持在33,℃以上。18时受强对流系统影响，温度迅速下降至 23.7,℃，风向转为北风，风力略有增大。18时之后，潘庄镇出现冰雹天气，19时降水量为 17.2,mm，风向转为东南风。从17时地面图上可以看出，在河北中南部到天津北部存在明显的西北风和西南风的切变线。14∶00 500,hPa高空图上，中高纬度地区环流径向型明显。从贝加尔湖以东至黑龙江省为高空冷涡控制，冷涡中心位于内蒙古中东部到黑龙江省西北部地区，冷涡中心范围较大，内蒙古一带存在横槽，温度冷槽落后冷涡，冷中心低值为-22,℃。700,hPa风场在内蒙古东部地区也存在气旋，且位置比 500,hPa冷涡中心更偏南一些，冷涡底部出现西北风和西南风的冷式切变，冷空气向东南移动；200,hPa高空图上，河北东北部到黑龙江南部东北西南方向上存在风速大于 30,m/s的急流，天津处于急流的入口区，有利于高空辐散，对应河北东北部存在上升运动大值区，最大值为-0.2,Pa/s。由于温度槽落后高度槽，此系统进一步发展，存在前倾结构，有利于高空干冷空气叠加在低层暖湿空气上，形成不稳定层结，是对高空急流有利的辐散条件，为强对流天气的发生提供有利的环流条件。

2 中尺度系统结构特征

天津塘沽站雷达2016年6月10日反射率因子显示(图 2)，午后开始北京一带有零散对流单体生成，并向东南方向移动发展加强，14∶42开始影响宝坻地区，中心强度在 55,dBz以上，18∶06进入宁河区西部，反射率因子强度明显加强，中心强度达到65,dBz，18∶12继续东南移动，中心强度略有下降，但反射率因子 60,dBz以上范围有所扩大，最终造成了潘庄镇地区的冰雹天气。

图2 2016年6月10日18∶12天津塘沽多普勒天气雷达反射率因子及基本径向速度图Fig.2 The reflectivity factor of Doppler weather radar in Tanggu，Tianjin at 18∶12 on June 10，2016 and basic radial velocities

在对流单体成熟阶段(18：12)图 2(a)～(e)，0.5,°、1.5,°、2.4,°、3.4,°、6.0,°仰角的反射率图中，最大回波强度均在 60,dBZ 以上。1.5,°、2.4,°、3.4,°仰角的反射率图中，最强反射率达 65,dBZ以上。图 2(a)黑色箭头指示方向有 V型缺口。从0.5～3.4,°仰角雷达产品可以看出，强回波中心随高度增高不断向南偏移，存在很明显的回波悬垂结构。图2(f)为2.4,°仰角的基本径向速度图，从中可看出，在宁河西北部边界有一条东北—西南向的远负近正的风速辐合线，在宁河区潘庄镇存在正负速度中心，正负速度最大差值达37,m/s，存在中气旋，表明对流单体已发展成超级单体风暴。

3 冰雹过程物理量分析

3.1 不稳定层结条件

利用6月10日14时北京探空资料，通过潘庄镇温度修订，得到当日潘庄镇流有效位能(CAPE)为3,623.5,J/kg，对流抑制有效位能(CIN)为 0,J/kg，而在8∶00 CAPE 值为 348.7,J/kg，CIN 值为 285.9,J/kg，说明冰雹发生前CAPE值有一个明显增大，CIN值减小的过程。傍晚强对流天气能量得到释放，大气恢复稳定状态，对流过程结束。

3.2 水汽条件

沿39,°N做相对湿度的垂直剖面图可知，在潘庄镇(117,°E)850,hPa以下湿度较差，在 50%,以下，850～750,hPa湿度条件较好；在 50%～70%,，750,hPa以上湿度随高度的增加急剧减小，在 650～550,hPa湿度最小，为 20%,以下。这说明空气中低层存在湿舌，而中高层则是受干冷空气控制，上干下湿的配置条件对建立不稳定层结有重要作用。进一步说明冰雹天气只需要一定的水汽条件即可，而中高层的干冷空气可能比湿舌的作用更为重要。

3.3 风的垂直切变

采用 FNl 1,°×1,°再分析资料的 u、v风场资料，分析 850～1,000,hPa和 500～850,hPa的风切变，可以看出，在低层，天津东部到唐山沿岸存在分切变大值区，中心大值区风切变为14,m/s。

4 结 论

本文综合利用自动站资料、雷达资料及 FNL在分析资料，对2016年6月10日发生在宁河区潘庄镇的一次冰雹天气进行了天气环流和中尺度结构分析与诊断，得到如下主要结论：

①此次严重冰雹过程，在东北冷涡背景下，前倾结构使得涡后干冷空气叠加在低层暖湿空气之上产生不稳定层结；处于高空急流的入口区，高空有好的辐散条件。

②对流系统是由西北移入，在发展成熟阶段，该超级单体呈现V型缺口、低层弱回波区和悬垂结构，中心反射率因子达 65,dBz以上；在低层存在风向辐合线、一定强度中气旋。

③在冰雹发生前，对流有效位能明显增大，对流抑制能力减小，层结不稳定性增加。850,hPa和地面风速存在明显风切变，风速差值为 14,m/s，为降雹过程提供了有利的动力作用。

④本次冰雹过程中，中低层有湿舌，中高层有明显的干区配合，说明中高层的干冷空气在此次过程中有重要作用。

本文分析揭示了2016年宁河区潘庄镇的一次严重冰雹过程的天气形势、中尺度特征和形成的原因。但是此次过程中风切变与海陆分布的关系及超级单体的物理机制仍不明确，今后将进一步深入分析并用模式验证。■

［1］Changnon S A，Changnon D.Long-term fluctuations in hail incidences in the United States [J].J Climate，2000，13(3)：658-664.

［2］杨晓霞，张爱华，贺业坤.连续冰雹天气的物理量场特征分析[J].气象，2000，26(4)：50-54.

［3］王华，孙继松，李津.2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析[J].气象，2007(2)：49-56.

［4］吴剑坤，俞小鼎.强冰雹天气的多普勒天气雷达探测与预警技术综述[J].干旱气象，2009，27(3)：50-54，197-206.

［5］仇娟娟，何立富.苏沪浙地区短时强降水与冰雹天气分布及物理量特征对比分析[J].气象，2013(5)：577-584.

［6］李德俊，唐仁茂，熊守权，等.强冰雹和短时强降水天气雷达特征及临近预警[J].气象，2011(4)：475-480.

［7］闵晶晶，刘还珠，曹晓钟，等.天津“6.25”大冰雹过程的中尺度特征及成因[J].应用气象学报，2011，22(5)：525-536.