秦巴山区一次致灾冰雹过程分析

孟明霞 瑚娟 程运旺

摘要 利用常规资料、多普勒雷达及自动站等资料，对秦巴山区一次致灾冰雹过程综合分析。结果表明，此次强对流天气是在高空前倾槽东移过程中产生的，中低层切变线为对流的发生提供了动力条件，地面辐合线是此次强冰雹天气的触发机制;适宜的0℃和-20℃层高度、地面暖低压和特殊的“喇叭口”地形等有利于强冰雹天气的发生;冰雹发生在低空急流左前方、高空急流出口区的左侧和地面辐合线附近。较强不稳定层结和垂直风切变是导致对流快速发展并维持的原因之一;多普勒雷达反射率因子图上对流单体中心强度大于68 dBZ且维持5个体扫，有超级单体生成;反射率因子剖面图上有有界弱回波、回波悬垂等出现;速度图上具有低层辐合和中气旋等特征;在反射率因子和速度图上均可看到三体散射;VIL跃增和骤降的时间与冰雹发生的时间相对应。

关键词 超级单体;地面辐合线;三体散射;中气旋

商洛地处秦巴山区，地形错综复杂，冰雹天气频繁出现，对当地的烤烟、设施农业等经济作物影响极大，雹灾造成的损失也很惨重。近年来，新一代天气雷达成为研究强冰雹天气的主要工具之一，弥补了常规气象观测资料的一些局限性[1]。由于直接造成强对流天气的中小尺度系统发生突然、发展迅速，致使强对流天气预报预警难度较大。因此，结合新一代天气雷达产品的应用，加强对强对流天气中小尺度的分析，可为今后中小尺度灾害性天气的预报、预警提供参考。

1天气实况和灾情

2018年5月15日13：00—18：00，地处秦巴山区的商洛市商州区、丹凤、商南等县部分乡镇先后出现了冰雹、雷雨大风和强降水天气，商南县试马镇14：15出现冰雹、短时强降水，最大冰雹直径15 mm;商南县城关镇14：42出现了持续十多分钟的冰雹，最大直径55 mm。5月出现如此强烈的冰雹天气实属罕见。此次冰雹过程强度大，持续时间长，影响范围广，受雹云反复发展、空域限制及防御盲区等因素影响，受灾最严重的商南县因灾造成的直接经济损失达到960万元。

2环境条件分析

5月15日08：00高空综合分析图（图1）上，200 hPa施恩到南阳有一风速≥42 m/s的西南风急流，商洛位于高空急流出口区的左侧;700 hPa达县到安康为≥12 m/s西南风，商洛位于低空急流的左前方，高空辐散、低层辐合的有利形势，有利于上升气流和对流云的维持和加强。850、700 hPa的槽线落后于500 hPa，表明此槽线为前倾槽，有利于激发强对流天气;500 hPa陕西中部有一冷涡，中心强度达-9℃，陕西中南部24 h降温超过3℃，冷平流明显。850 hPa河套受暖脊控制，温度可达20℃以上。700和850 hPaT-Td≤5℃为湿区，500 hPa T-Td≥15℃为干区，且T850-500≥27℃，有强的位势不稳定。综上所述，在商洛上空形成了上干冷下暖湿的强不稳定层结结构，为此次过程提供了对流不稳定条件。500、700和850 hPa 3层低涡切变线位置错位叠加，为此次强天气提供了强烈的动力抬升条件和维持作用。

5月15日14：00地面图上，蒙古到河套为强大暖低压，商洛处于暖低压前部。分析商南地面三线图发现，13、14、15日连续3 d最高气温都在30℃以上，地面增温明显，温度露点差呈缓慢降低趋势，高温高湿的不稳定能量不断累积，有利于强对流天气发生。14：00地面加密观测图（图2a）上，在对流初生区有风场的辐合线，强对流云团的位置与地面辐合线位置基本一致。商南县地势西北高、东南低，呈掌状扇形向东南方倾斜的“喇叭口”地形，也有利于对流强度的增加（图2b）。

3探空分析

此次冰雹过程以商洛东南部商南县最为严重，采用距商南60 km的卢氏站来预估大气状态。卢氏站（图3）K=41，Si=-5.31，符合商洛强对流的指标。CAPE=476.9 J/kg，CAPE形态呈瘦长型，属典型区域性强对流天气;0～6 km垂直风切变18 m/s，属中等偏强型;研究表明，最有利于降雹的0和-20℃层高度为3.0～4.5 km和5.0～9.0 km。卢氏站0和-20℃层高度分别为4.3～7.5 km。而且卢氏站08：00低层存在逆温且湿度较大，有利于产生降雹。随着地面太阳短波辐射增温和暖低压南压，用14：00商南站的温度和露点订正后，CAPE值迅速增大到2 977 J/kg，产生冰雹的动力抬升条件明显增强。对比泾河站探空，K=32，Si=-0.74，CAPE=64.5 J/kg，0～6 km垂直风切变8 m/s，可见，东南部对流强度更大。进一步对比两站风向，泾河站几乎整层风向随高度顺转，为暖平流特征;卢氏站地面至500 hPa以下风向随高度顺转，存在暖平流，400～500 hPa风向随高度逆转，存在冷平流，形成“上冷下暖”的不稳定层结结构，有利于强冰雹出现在东南部。

4雷达资料特征

雷达资料可以清楚显示中小尺度系统的演变情况。通过分析商洛多普勒雷达资料发现，此次降雹过程主要是超级单体分裂以及重组加强产生的降雹，多个单体不断地相互作用导致强回波持续时间较长。该文仅针对产生大冰雹的对流风暴进行分析。

4.1反射率因子和径向速度特征

对流风暴14：30—15：15发展最为旺盛，从1.5°仰角的反射率因子图（图4）可以看出，14：29在试马附近存在中心强度达68 dBZ的强回波，在强回波西南部有入流缺口，东北部有弱旁瓣回波，回波顶高达12.5 km;速度图上可以看到明显的速度辐合和旋转特征;剖面图上≥50 dBZ的强回波中心向上伸展到11 km以上，远远超过-20℃层高度（7.5 km），大大增加了降大冰雹的概率。在剖面图上由于强烈的入流上升气流，中高层呈现回波悬垂和旁瓣回波，并且有有界弱回波区形成，回波顶位于反射率因子大梯度区之上;强回波沿地面辐合线向东移动加强，14：35入流缺口变得清晰，呈现出钩状回波的形态，表明强的入流气流进入上升气流;强回波钩状回波的存在表明可能有中气旋发生;在速度图上可以看到弱中气旋和明显的速度辐合。剖面图上≥65 dBZ强回波范围增大，中心下降到3 km以下，悬垂墙向前倾斜，此时冰雹正在下降的过程中;14：41强回波在东移过程中进一步加强，反射率因子图上入流缺口和钩状回波更加明显;速度图上中气旋发展到最强时刻，中气旋的出现表明该对流风暴发展成一个较强超级单体强雹暴;从基本速度剖面图（图5）可以看到在0～3 km和3～12 km处均存在径向辐合区，而且可以明显看到2个正负速度中心对，此时旋转速度最大;在10 km以上存在明显的风暴顶辐散，预示着风暴发展;剖面图上≥65 dBZ强回波中心继续下降接近地面，在高悬的强回波条件下，中气旋的出现增加了产生强冰雹的概率。14：42开始商南县城出现直径达55 mm的大冰雹。14：46钩状回波逐渐松散，剖面图上≥65 dBZ强回波中心范围明显减弱，高度降低，这与地面已开始降雹实况相符。因商南县距离雷达较远（94 km），且商南西高东低，受高山阻擋，所以剖面图上看不到回波接地。

4.2三体散射特征

三体散射是大冰雹存在的充分条件。报有大冰雹将降落到下游地区，提前量在20 min以上。对流风暴14：18初次出现不明显的三体散射现象，14：24—14：58，在反射率和速度图（图5）上都可见明显三体散射回波，14：58后由于风暴顶发展较高，云顶在对流层顶向下风方向平铺，回波面积变大，三体散射回波减弱。研究表明三体散射长钉越长，冰雹尺寸越大，降大雹可能性越大。此次大冰雹过程三体散射长钉超过20 km，最大冰雹直径达55 mm。三体散射首次出现后24 min内有大冰雹降落，表明S波段雷达三体散射的出现和长度可以作为大冰雹预报的依据。

4.3垂直累积液态含水量

研究表明，垂直累积液态含水量（VIL）在降雹前有明显“跃增”，这种“跃增”促进了冰雹的快速形成，配合地面出现降雹;突然增大的VIL值可能与冰雹有关。从垂直累积液态含水量分布图（图6）可见，出现冰雹前，VIL值有2次明显的跃增。13：38风暴发展初期VIL仅为2 kg/m2，此时风暴高度不到3 km，经过5个体扫VIL值迅速增至56 kg/m2，风暴顶高度迅速向上伸展至9 km。经过1个体扫VIL值又增至70 kg/m2，反映了云体内冰雹粒子在生長区正迅速碰并长大。此后VIL值缓慢增长，维持在70～80 kg/m2，风暴发展高度达到10～12 km，雹云发展非常旺盛，降雹前约15 min，商南地区VIL值1个体扫内跃增量达20 kg/m2，这为冰雹的预警提供了有价值的信息。

5结论

（1）此次强对流天气是在高空前倾槽东移过程中产生的，中低层切变线为对流的发生提供了动力条件，地面辐合线是此次强冰雹天气的触发机制;适宜的0℃和-20℃层高度、地面暖低压和特殊的“喇叭口”地形等有利于强冰雹天气的发生;冰雹发生在低空急流左前方、高空急流出口区的左侧和地面辐合线附近。

（2）较强不稳定层结和垂直风切变是导致对流快速发展并维持的原因之一。

（3）多普勒雷达反射率因子图上对流单体中心强度大于68 dBZ且维持5个体扫，有超级单体生成;反射率因子剖面图上有有界弱回波、回波悬垂等出现;速度图上具有低层辐合和中气旋等特征;在反射率因子和速度图上均可看到三体散射;VIL跃增和骤降的时间与冰雹发生的时间相对应。

参考文献

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责任编辑：郑丹丹