2015年闽北一次春季冰雹天气分析

孙麒龙 张丽凡

摘要 利用自动站实时观测数据、常规天气资料、多普勒天气雷达等资料，对闽北一次春季冰雹天气过程进行分析。常规天气资料分析表明，低层西南急流控制下，低空强烈的减压、增温、增湿有利于热力和动力不稳定能量的积聚，加上低层辐合高层辐散，使上升运动增强和维持，从而导致不稳定能量的释放和冰雹等强对流天气的产生;多普勒雷达资料分析表明，此次天气过程为中气旋降雹过程，其组合反射率因子图像上强回波中心的最大值可达65 dBz以上，垂直积分液态含水量（VIL）图像上，降雹前降雹强单体对应的VIL都出现了明显的“跃增”现象，利用多普勒雷达资料可以提高对冰雹等强对流天气的识别能力。

关键词 西南急流;冰雹;中气旋;VIL

中图分类号：P458.1+21.2 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）02-037-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.015

Analysis on a Spring Hail Weather of North Fujian in 2015

SUN Qi-long  et al（Jianou Meteorological Bureau of Fujian Province，Jianou，Fujian  353100）

Abstract In this article，with the automatic station real time observation data，the conventional weather data，doppler weather radar data，a spring hail weather process in North Fujian were analyzed. Conventional weather data analysis showed that the low-level southwest jet control，low intense relief，warming，humidifying was good for heat and power in the accumulation of unstable energy，and low-level convergence of high-level divergence，make the upward movement to enhance and maintain，which lead to the release of unstable energy and the hail and strong convective weather; Doppler radar data analysis showed that the weather process for the cyclone hail process，the combination of maximum reflectivity image in the center of the strong echo could reach more than 65 dBZ，vertical integration of liquid water content （VIL） image，strong before hail reduction monomer corresponding showed obvious VIL "jumped" phenomenon，some identification index using Doppler radar data can improve the recognition of the hail and strong convective weather ability.

Key words   Southwest jet;Hail;Mesocyclone;VIL

南平市地處闽北，多为山区，地形复杂，是冰雹等中小尺度灾害性天气多发地区，全年都可能出现冰雹，3—4月份最多，尤其3月下旬至4月中旬更加频繁。冰雹是一种局地性很强的灾害，严重威胁着南平市经济作物尤其是烤烟生产。目前天气雷达是冰雹等中小尺度灾害性天气最主要的探测手段，近年来随着我国新一代多普勒天气雷达的建设和产品开发应用，在冰雹等强对流天气监测方面取得了长足进步。研究表明，垂直积分液态水含量（VIL）、回波顶高度（ET）和组合反射率以因子（CR）等物理量产品对冰雹等强对流天气具有较好的指示作用。

2015年4月4日午后到傍晚，南平市中北部的光泽县、浦城县、松溪县出现了冰雹天气，其中浦城测站16：44观测到冰雹，雹径4～5 mm，部分地区还伴有8级以上的短时大风，局部出现了短时强降水，极大风速最大值出现在浦城县水北街镇，达20.2 m/s。4月4日恰逢清明假期的第1天，午后的冰雹天气给市民出行造成了极大不便。该文利用常规和非常规资料对该次冰雹天气过程的特征和成因进行分析，以期对闽北春季冰雹天气的预警预报工作提供参考。

1 大尺度环流背景分析

从天气形势场上看，2015年4月4日08：00，500 hPa中高纬地区为两槽一脊型，脊位于我国东北地区，两槽分别位于贝加尔湖和鄂霍次克海附近;中低纬的副热带高压维持在台湾岛以东的太平洋洋面上，副热带高压南侧还有热带气旋活动。500 hPa上影响福建的主要天气系统为中纬度西风槽;850 hPa上切变位于长江流域，福建主要受切边南侧西南急流控制;地面位于低压倒槽南侧，地面气流辐合。由此推测，该天气过程受中高纬槽脊和低纬热带系统的影响较小，闽北从高层到低层一致受西南气流影响，以至午后热力对流发展旺盛，从而产生了雷雨大风和冰雹等强对流天气。

2 中尺度对流条件分析

2.1 稳定度分析

K指数和SI指数反映了大气的层结稳定情况，是判断对流性天气稳定度的重要指标[1]。K指数虽然是一个经验指标，但其是一个能同时反映干空气稳定度、湿度状况的综合指标。SI指数也是判断对流性天气稳定度的一种重要指标。经验表明，当K>30℃，SI<0℃时产生对流性天气的可能性非常大。对流有效位能CAPE表示的是环境大气所内含的不稳定能量情况，CAPE越大，表明不稳定能量越多。

分析4月4日08：00邵武探空站资料可知，K指数为33，SI指数为-2.37，CAPE值为68.1，虽然不稳定能量相对较小，但是K指数和SI指数高，具备一定的不稳定条件，只要有触发机制，很容易触发对流，当日发生强对流天气的可能性很大。另外，从风向上看，当日08：00

700 hPa以下风随高度顺转，说明低层有暖平流影响，有利于强对流天气的发生发展。并且低层925～1 000 hPa之间有逆温层存在，阻碍热量和水汽的垂直交换，使得低层变得更暖更湿，高层相对变得更冷更干，因此不稳定能量就大量积累起来。一旦冲击力破坏了逆温，往往就发生严重的对流性天气。从实况可知，4月4日14：00邵武的气温达到了34.3℃，利用14：00的地面图资料重新构建新的探空图，可得K=36.1℃，SI=-3.6℃，CAPE=2 160 J/Kg，这种条件下冰雹等强对流天气发生的概率非常大。

2.2 水汽条件分析

水汽的垂直分布影响到层结稳定度;底层湿空气的存在是雷暴产生的有利条件;水平湿度的不连续线，如干线，有利于雷暴的发展[2]。

北方冰雹过程一般不伴随低空偏南风急流，常出现干雹，降水量少，與北方冰雹过程相比，南方冰雹产生的低空流场中常含有低空西南急流。福建83%的冰雹过程伴有低空西南风急流，并以急流适中（急流轴线交于115°E，24～27°E之间）为最多，占67.9%[3]。

福建地处我国东南部沿海，3—6月为其强对流天气易发时段，低空西南急流可将南海的水汽输送到福建，这为闽北强对流发展提供了充足的水汽。从4日08：00 850 hPa上水汽通量场来看（图1a），水汽通量高值区在华南，呈舌状分布，高能舌经广西、广东北部、江西南部伸到福建北部，水汽通量大值中心在福建上游的两广境内，中心值达18～27 g/（s·cm·hPa），邵武站为22.17 g/（ s·cm·hPa）。闽北850 hPa水汽通量值≥20 g/（ s·cm·hPa），且上游有水汽输送最大值中心，在西南急流的作用下，有充足的水汽向降雹区输送。从4日08：00 850 hPa上假相当位温（θse）场来看（图1b），θse高值区也位于华南，呈舌状分布，高能舌从广西、广东两省大部伸展到福建北部，高能中心在广西，邵武站θse达到339 K。强对流天气一般出现在对应高能、高湿区域，即在θse高能舌轴北侧，强θse锋区的南缘以及水汽的大值区。冰雹过程发生前，闽北正好位于能量高值中心、水汽高值中心。另外，最大水汽通量输送在850 hPa，随着高度上升，水汽通量值明显减小，表明低层大气水汽远大于高层大气，即为上干下湿的层结，只要有外力触发，容易形成大气的强烈对流，从而产生短时强降水、雷雨大风或冰雹等强对流天气。

3 抬升触发条件分析

强烈的上升运动是形成强对流天气的重要条件之一。4月4日08：00散度场上，闽北上空500 hPa以上的散度为正值，而700、850 hPa的散度为负值，表明高层辐散、低层辐合，这种配置有利于加强空气的抽吸运动，即有利于上升运动的加强。4日08：00 925 hPa江西赣县站与建瓯市邵武站存在风速辐合（赣县10 m/s，邵武6 m/s），有利于低层水汽的辐合和上升运动的加强，形成周边中尺度上升气流区，从而引起灾害性天气。另外，从探空图上看，低层风速小，高层风速大，说明整层存在垂直风切变，配合强的上升运动、低层风速辐合等作用，容易导致午后强对流天气的发生。

4 雷达资料分析

从2015年4月4日当天午后开始的雷达回波组合反射率的演变可以看到，影响南平市中北部的强回波的来源有2类：一类是自西向东由江西省中东部进入南平市的强回波，在图2a中表现为圆圈X处的回波，具体表现为：4日14：49左右开始有中心最大强度>65 dBz的强回波块体从江西资溪进入南平市光泽县境内，并且之后还不断有零散的块状强回波单体沿西偏南路径从江西进入南平市西北部的光泽县和武夷山;另一类强回波的来源则是在南平市境内局地慢慢生成并发展起来的，在图2a中表现为圆圈Y处和圆圈Z处的回波，具体表现为：14：43和15：07分别在南平市西北部邵武境内的南北2个不同地区开始有块状回波单体生成，北侧的回波单体经建阳北部、武夷山、浦城移出南平市，回波单体在向东移动的过程中逐渐加强发展，到浦城境内回波中心最大强度超过65 dBz（图2a中Y处），南侧的回波单体经建阳、浦城南部、松溪北部移出南平市，回波单体在向东移动的过程中逐渐加强发展，在浦城和松溪境内回波中心最大强度都超过65 dBz（图2a中Z处）。至17：12强回波单体基本都移出南平市，只剩下局地还有一些弱降水回波，整个强对流天气过程基本趋于结束，此过程中南平市光泽县、浦城县、松溪县出现了冰雹天气。

该文选取了4月4日16：44天气雷达的物理量产品（图2）来重点分析这一过程。从该时刻的雷达组合反射率（图2a）可以看到造成3个县市冰雹天气的强回波单体分布，X处造成光泽县降雹，Y处造成浦城县降雹，Z处造成松溪县降雹。从该时刻的回波顶高度（图2b）可以看到，X、Y和Z 3处回波单体的回波顶高（ET）都大于10 km，表明3处的回波单体发展都比较旺盛。

从径向速度 （图2c）看，X、Y和Z处都为中气旋，从中尺度气旋（M60）雷达产品上也可以确认上面3处位置出现中气旋。

从垂直积分液态水含量（图2d）看，该时刻X处的VIL最大值为38 kg·m-2，Y处的VIL最大值为38 kg·m-2，Z处的VIL最大值为53 kg·m-2;而上一时次（6 min前）X处的VIL最大值为23 kg·m-2，Y处的VIL最大值为18 kg·m-2，Z处VIL最大值为28 kg·m-2。前后2个时刻，X、Y和Z处VIL最大值分别增加了15、20、15 kg·m-2。由此可见强单体过境时，X、Y和Z处对应的VIL最大值都出现了明显的“跃增”现象。

5 结语

（1）该次冰雹产生的原因是低层西南急流控制下，低空强烈的减压、增温、增湿有利于热力和动力不稳定能量的积聚，加上低层辐合高层辐散，使上升运动增强和维持，从而导致不稳定能量的释放和冰雹等强对流天气的产生。

（2）从常规资料分析可知，当天的天气形势具备了对流天气发生的条件，低层西南急流控制下的高能高湿提供了很好的不稳定能量条件，各项对流指数条件也都较好，当存在一定触发机制时，便有利于强对流天气的发生。

（3）多普勒雷达资料分析表明，此次天气过程组合反射率图中，强回波单体的中心最大值都大于65 dBz;径向速度图像上有中气旋存在;回波顶高度图上对流发展旺盛，18.3 dBz的回波伸展到了对流层顶的高度;从垂直积分液态水含量图上可看到，强单体过境时，对应的VIL都出现了明显的“跃增”现象。因此，利用多普勒雷达资料可以提高对冰雹等强对流天气的识别能力。

参考文献

[1] 张杰.中小尺度气象学[M].北京：气象出版社，2006.

[2] 尹恒，李易，徐远波，等.湖北一次大范围雷雨大风天气成因分析[A].中国气象学会.强化科技基础 推进气象现代化—第29届中国气象学会年会[C].沈阳：中国气象学会，2012：1024-1035.

[3] 林新彬，刘爱鸣，刘鸣，等.福建省天气预报技术手册[M].北京：气象出版社，2013.

责任编辑：李杨