中等强度垂直风切变下大冰雹天气浅析

贾晓霞 徐卫丽

摘要  利用常规高空、地面观测资料，地面自动站逐3 h资料和太原站多普勒雷达产品，对2017年8月11日发生在山西省南部的强对流冰雹过程进行了分析。

关键词 CAPE值;SI指数;垂直风切变;冰雹

中图分类号：P458.1+21.2 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）06-061-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.028

Analysis of Heavy Hail Weather under Moderate Intensity Vertical Wind Shear

JIA Xiao-xia  et al（Shuozhou Meteorological Bureau， Shuozhou， Shanxi 036002）

Abstract The strong convective  hail weather process in southern Shanxi Province on August 11， 2017 were analyzed by using conventional high altitude and ground observation data， 3 hour data of automatic ground station and doppler radar products of Taiyuan station.

Key words   CAPE value; SI index; Vertical wind shear; Hail

2017年8月11日受高空冷渦影响，山西省阳泉市的全区，大同、忻州、太原、晋中、吕梁、临汾、运城、长治市的局部共24个县（市）出现降水，省中南部以对流天气为主，39个县（市）出现雷暴，5站7～9级大风，两站冰雹，包括区域站在内小时雨强≥20 mm的有22站。阳泉市区15：57出现直径40 mm大冰雹，16：02瞬时风速达到24.0 m/s，16：00—17：00小时雨量22.1 mm;平定县16：00出现直径16 mm冰雹。文中利用常规高空、地面观测资料，地面自动站逐3 h资料和多普勒雷达产品，对2017年8月11日发生在山西省阳泉市的一次强对流冰雹天气进行诊断分析，旨在探讨该次强对流天气形成的物理机制，以及对其进行预报的可能性。

1 大尺度环流背景和潜势分析

1.1  环流背景分析

2017年8月上旬末高空环流由径向转纬向，11日08：00，500 hPa 高空等高面上中高纬地区环流三槽两脊，巴尔喀什湖到里海间高空槽，高压脊分别位于贝加尔湖西侧和山东到东北西部，蒙古冷涡位于蒙古国东南部中心位置东经110°E附近，且冷涡有-12℃冷中心与之配合。山西位于冷涡底部，冷平流沿槽底向东南渗透。地面分析可知，11日08：00影响山西的地面系统为一倒槽，倒槽中心伸出的冷锋位于河套以北，冷锋两侧水平露点梯度较大，锋面移动缓慢，山西位于锋前暖区，此时，太行山东部河北地区已经出现闭合环流，至20：00地面冷锋略东移，12 h移速约1～2个经距。8月11日山西中南部的雷暴和强对流天气就发生在蒙古冷涡分裂东南移动的冷空气和地面冷锋共同影响的大环流背景下。

1.2 中尺度环境场分析（潜势分析）

降水天气过程都产生在大的系统背景下， 但天气尺度的系统作用是使大气稳定度降低，强对流天气多由中尺度系统的上升运动触发。

1.2.1  中尺度环境场分析   图1可以看出，8月11日08：00，700 hPa等高面上河套地区有冷切变线（位置与500 hpa蒙古冷涡中分裂的短波槽位置接近），山西位于切变前;850 hPa从山西西北部延伸至甘肃东部有冷变线，山西受切变线前的西南暖湿气流影响，此时水汽通道已经建立，虽然未达低空急流标准，但是通道的建立为强对流区提供了源源不断的水汽;200 hPa等高面上一支西风急流横贯山西，山西地区处于急流出口区的左侧，即强辐散区。

1.2.2 不稳定层结判断  通过08：00高空资料分析，CAPE>1 000 J/kg 的区域涵盖山西东部到河北省以即河南山东的大部分地区，SI<0的区域包含在CAPE>1 000 J/kg 区域内，两者叠加不稳定区落区在忻州、晋中东部和阳泉全境;850 hpa温度场上，山西东南部穿过河北中部到达京津地区有一暖脊使该区域白天增温，蒙古冷涡分裂的冷空气东南移动到暖区时上下温差增大，山西省境内阳泉市即周边地区大气不稳定度增强。

1.2.3 水汽条件分析  11日08：00山西上空500、700 hPa均为干区，850 hpa太原站T-Td=9℃，水汽条件一般，但水汽通道已经建立，切变线前西南风将南海暖湿气流源源不断地输送到山西中东部，水汽层结上干下湿符合强对流天气发生的条件。

1.3 探空分析

较大的CAPE值、较强的垂直风切变、0℃高度适宜，容易产生大冰雹。

分析距离阳泉市最近的太原探空图（图2），11日08：00，0℃层在4.7 km，-20℃层在7.5 km，这种高度适于冰雹生长;对流有效位能1 318 J/kg，大的对流有效位能可转换为气块作垂直运动的动能，从而促进对流系统发展;850～700 hPa之间有暖平流，500 hPa以上有冷平流，边界层有逆温，利于水汽能量聚集;0～6 km垂直风切变6 m/s较弱，14：00（订正后）增强到中等强度，有利于普通单体风暴发展成组织性较强的多单体风暴或超级单体。

2  多普勒雷达资料分析

太原站多普勒雷达资料显示，11日15：32，2.4°仰角的反射率因子图阳泉市上空出现大于55 dbz的回波，沿雷达径向强回波后出现“V”型缺口，这是C波段雷达预报冰雹的重要指标。15：52速度图上0.5°仰角强回波区出现气旋性辐合，15：57气旋性辐合更明显，出现正负速度对，速度进一步增大，但未达到中气旋标准，同时次1.5°仰角回波强度达到最大65 dbz，VIL达55 kg/m3，回波顶高11 km，各种指标表明此时对流发展旺盛阶段，地面也出现了大冰雹。

3 小结

（1）大尺度的有利环流形势是产生强对流的先决条件，中尺度不稳定层结潜势分析有助于判断对流天气发生的落区;低层暖脊增温和东移的高空槽带来的冷平流使对流潜势区大气不稳定性增强。

（2）大的对流有效位能CAPE值和SI指数重叠区对判断强对流发生落区有指示意义。探空资料分析0℃和-20℃层高度，适宜冰雹产生;产生大冰雹需要较强的垂直风切变，对这一要素要做动态判断，2017年8月11日阳泉市大冰雹就是08：00 0～6 km为弱垂直风切变，午后高空风加强，垂直风切变由弱变强的例子。

（3）雷达回波反射率因子图上“V”型缺口是冰雹的回波特征，15：52累计液态水含量出现最大值也与大冰雹对应，阳泉市16：00—17：00出现了22.1 mm的短时强降水，如果只判断有冰雹，强降水天气可能会漏报，这有待于进一步探讨研究。

参考文献

[1] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.

[2] 俞小鼎.天气雷达业务应用论文集[M].北京：气象出版社，2008.