2014年5月21日沈阳一次冰雹天气过程分析

蒋超 曹世腾 杨磊

摘 要：2014年5月21日17时沈阳市遭遇一次冰雹雷雨天气过程，持续时间长达30min，冰雹的直径达12mm，此次冰雹天气过程在历史上比较罕见，造成了全城数以千计的车辆受损。该文选取MICAPS常规资料、雷达PUP径向速度图和SWAN拼图产品进行了分析。结论如下：（1）从环流背景上看，500hPa的高空槽导致大气层结不稳定，850hPa的切变线提供了抬升触发条件，上干冷下湿暖的大气结构提供了热力不稳定条件和水汽条件，同时0度层位势高度、0～6km垂直风切变和对流有效位能条件都非常可观，总体看本次天气过程沈阳地区的环境场非常有利于冰雹天气的产生。（2）此次冰雹天气中有一定可预报性：首先对流单体的移动路线有可预报性，该对流单体的移动方向单一，传播方向也比较单一，无后向传播或旁伴传播等特征；其次回波在靠近沈阳市区的时候发展过于强盛，加之下游地区的环境场有利于对流继续发展，这些条件有利于冰雹预警的判断。（3）此次冰雹天气中也存在一定不可预报性：首先冰雹天气是个小尺度天气系统造成的天气现象，从大环流背景无法准确在短期时效内给出冰雹的落区，必须运用雷达资料来对预报进行实时订正；雷达回波的强弱显示着对流单体的演变过程，若出现2个体扫以上强回波转弱的过程势必会影响预报员对于天气形势的判断，降低预警的时效性；同时考虑到个别雷达性能问题，需要在日常工作中积累经验，做到可以对雷达产品进行订正使用。

关键词：冰雹；雷达；短临预警；沈阳地区

中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）10-0124-05

强对流天气是影响我国最严重的灾害性天气之一，具有空间尺度小、生命史短、突发性强、破坏力大等特点。龙卷风是强对流中致灾性最强的天气现象之一，影响范围虽小，但破坏力极大，因龙卷风导致的人员伤亡、建筑物毁损等生命财产损失近年来呈现越发严重态势。2014年5月21日17时沈阳市遭遇了一次冰雹雷雨天气过程，持续时间长达30min，冰雹的直径达12mm。此次冰雹天气过程在历史上比较罕见，造成了全城数以千计的车辆受损。

1 资料与方法

分析2014年5月21日的冰雹个例，选取辽宁省高空观测资料、国家常规站资料、区域自动站资料，并使用SWAN对雷达回波的形状、垂直結构、回波顶高等特征进行分析，找出区域性降水中的短时暴雨和局地性短时暴雨发生时雷达特征的差异，并判断提前预警的方法。

2 环流形势及物理量场分析

2.1 高空形势 从当日08时500hPa高空图来看，中高纬度环流从贝湖至日本海呈两脊一槽型，槽线位于黑龙江地区至日本海一线，2个高压脊分别位于内蒙古东四盟地区和日本海东北部地区。从20日08时至21日08时，贝湖至内蒙东四盟地区的脊线和日本海地区的脊线发展比较明显，其中西支脊线东移相对较快，而东支脊线位置相对稳定，在21日08时发展最为强盛，形成了1个高压坝阻挡了槽线的东移，同时西支脊线不断引导冷空气随着西北气流倒灌至东北地区东部，导致沈阳地区的大气层结强烈不稳定（图1）。

从21日08时700hPa和850hPa的形式来看，切变线的位置位于吉林与黑龙江交界处，为此次冰雹天气提供了一定抬升触发条件。同时在850hPa从渤海湾至吉林地区有1个明显的温度脊，同时对应500hPa的干冷空气入侵，为此次天气过程提供了非常好的热力不稳定条件（图2）。

2.2 地面形势 21日08时沈阳地区受黑龙江地区的低压系统影响，同时在满洲里地区存在1个冷高压，辽宁省南部则有1个热高压的存在。在11时西北部的冷高压向东南方向发展，同时系统呈减弱的趋势。14时开始3个系统逐渐开始在辽宁省东北部地区交汇，低压系统提供了抬升触发条件，南部的高压形成的偏南风带来了低层的暖湿气流，北部的冷高压带来了强盛的冷空气，在14—17时这个时间段3个系统相互的作用最为强烈，17时开始辽宁省北部逐渐受冷空气控制，此次天气过程趋于结束（图3）。

2.3 物理量场形势 从21日08时的探空图来看，沈阳站的低层水汽比较不错，从600hPa开始逐渐转为干区控制，上层干冷下层湿暖的配置比较明显，K指数为23℃，0～6km垂直风切变条件达到了20m/s，0度层位势高度在2776.9m处，这些条件都非常有利于沈阳地区冰雹天气的产生，但是08时沈阳上空的对流有效位能为零，在利用14时的地面填图资料进行订正之后，发现沈阳地区上空还是存在非常可观的对流有效位能，且集中在0～30℃的层结中（图5）。

从沈阳站500hPa、850hPa逐时次变化情况来看（表1），20日20时至21日20时沈阳站500hPa持续受冷空气控制，至22日08时冷空气减退，20日08时至21日08时沈阳站850hPa可以看到1个明显的升温过程，20日08时和20时T850～500分别为24℃和26℃，而到了21时08时则增长到了31℃，可以看出该时刻大气层结热力不稳定已经非常明显。

从环流形势和物理量场来看，500hPa的高空槽导致大气层结不稳定，850hPa的切变线提供了抬升触发条件，上干冷下湿暖的大气结构提供了热力不稳定条件和水汽条件，同时0度层位势高度、0～6km垂直风切变和对流有效位能条件都非常可观，总体看本次天气过程沈阳地区的环境场非常有利于冰雹天气的产生。

3 短临时效冰雹可预报性分析

13：30—14：00，昌图、康平、法库由时间先后分别生成5个对流单体，单体逐渐发展向东南方向移动，这个时刻对应着地面低压和冷高压交汇的时刻，回波自东向西分别生成，这5块对流单体呈线性分布，从风场上来看在辽宁省北部省境线上存在风场的辐合，这条辐合线是这5个对流单体的触发机制（图5）。

可以从雷达回波剖面上看到在回波前侧有非常强的入流，说明在单体前侧的暖空气已经接触到冷空气的前锋，冷暖空气的交汇非常剧烈，有利于对流单体的发展（图7）。

此时对流单体已到达沈阳市区北部，这块回波在16：00有减弱迹象，但在雷达径向速度图中沈阳北部的輻合仍然明显，此时可以考虑发布沈阳市区的雷电预警，而应对于法库地区发布冰雹预警（图8）

随着对流单体逐渐向市中心移动，对流单体中心的回波强度有所增加，同时在雷达西偏南方向出现气旋型辐合，位置对应为沈阳市区。此时可以看出沈阳市中心的温度要明显高于周边地区，有些地区甚至达到了30℃，这个时间段对应下班高峰期，正是城市热量对外释放最为集中的时刻，对于对流单体的发展有一定作用（图9）。

16：30—17：00，沈阳地区垂直积分液态水含量对应也有一个爆发式增长，说明对流单体中的过冷水含量有着显著提升（图10），而回波顶高一直维持在10km以上（图11），这些是冰雹天气发生的明显征兆，对应这个时刻应该及时发布沈阳市区的冰雹预警。

从对流单体生成到发展，再到最后在沈阳降雹这个过程共经过3h，而回波进入沈阳市区到降雹这个过程经历了1h，而在沈阳市区整个降雹过程持续了将近30min，降雹时间和范围实属罕见。

4 小结与讨论

（1）从环流背景上看，500hPa的高空槽导致大气层结不稳定，850hPa的切变线提供了抬升触发条件，上干冷下湿暖的大气结构提供了热力不稳定条件和水汽条件，同时0度层位势高度、0～6km垂直风切变和对流有效位能条件都非常可观，总体看本次天气过程沈阳地区的环境场非常有利于冰雹天气的产生。

（2）此次冰雹天气中有一定可预报性：首先对流单体的移动路线有可预报性，该对流单体的移动方向单一，传播方向也比较单一，无后向传播或旁伴传播等特征；其次回波在靠近沈阳市区的时候发展过于强盛，加之下游地区的环境场有利于对流继续发展，这些条件有利于冰雹预警的判断。

（3）此次天气中也存在一定不可预报性：首先冰雹天气是个小尺度天气系统造成的天气现象，从大环流背景无法准确在短期时效内给出冰雹的落区，必须运用雷达资料来对预报进行实时订正；雷达回波的强弱显示着对流单体的演变过程，若出现2个体扫以上强回波转弱的过程势必会影响预报员对于天气形势的判断，降低预警的时效性；同时考虑到个别雷达性能问题，需在日常工作中积累经验，做到可以对雷达产品进行订正使用。

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（责编：张宏民）