2018年6月色尼区一次冰雹过程浅析*

2021-05-07边玛罗布次仁旺姆达瓦泽仁扎西罗杰央美

西藏科技 2021年3期

边玛罗布次仁旺姆达瓦泽仁扎西罗杰央美

（1.西藏自治区气象台，西藏拉萨 850000；2.林芝市气象局,西藏林芝 860000；3.那曲市气象台，西藏那曲 852000；4.拉萨市尼木县气象局，西藏拉萨 850000；5.那曲市气象局，西藏那曲 852000）

5～6月为那曲市冬虫夏草采挖时段，也是那曲市雷暴天气高发期，近年来雷暴天气所带来的灾害也越来越频繁，每年都有相当数量的上山采挖虫草牧民被意外雷击死亡，牲畜被雷击死亡的数量也较多，所以对雷暴天气的研究和提前预报预警是气象部门工作重点。秦宏德［3］分析了那曲市强对流天气的大气能量垂直分布指出,青藏高原上强对流天气的出现也需要有潜在不稳定能量，但这种潜在不稳定能量较小，层次较薄，建立和消失都较快。那曲夏季的大气层结存在着受高原上近地面层气温强烈日变化所制约的日变过程。同时很多专家［4-6］通过研究表明，在青藏高原由于存在特别强的近地面湍流加热和地面动量输送，造成大气层结出现不稳定的几率增加，使青藏高原成为北半球同纬度地带强对流天气的多发区和高发区。根据国家气象中心张芳华［7］等研究发现，青藏高原是全国冰雹日数最集中的地方，其中那曲市色尼区（原那曲县）和班戈县是全国所有测站中冰雹日数最多的地区；冰雹虽然是局地性强对流天气，但其破坏性较强，同时相伴雷雨、大风等天气，危害性较大；根据内蒙古气象部门的杨丽桃［8］、韩经纬［9］等专家研究发现，冰雹对牧业生产的主要危害有：1)雹块下降时的机械破坏作用，对牧草的危害是毁灭性的，严重时影响牧草再生;2)破坏牧场设施，危及出牧群众和畜群安全；3)降雹之前常有高温，雹后气温骤降，前后温差较大，使生长中的牧草遭受不同程度的冷害；4）冰雹过后，会使土壤严重板结，造成草原植被损伤，破坏生态平衡，诱发草原病虫害等。由于其出现的时间短、局地性强，发生、发展和中小尺度天气系统以及地形、下垫面状况影响极大，导致预报预警难度大。达瓦泽仁［10］等研究发现，那曲市冰雹天气具有明显的季节特征，大多集中在6～9 月；降雹时间多集中在14～20时，占全天的78%.色尼区冰雹日和雷暴日0 ℃层高度、CAPE 值、垂直风切变化表明，高原地区冰雹日和雷暴日上述三个环境参量值特点是零度层高度低，为1～1.5km，CAPE 值小，大多CAPE 值＜500J/kg，风垂直切变弱，均值约2 m·s-1·km-1。因为那曲市冰雹尺寸小，大部分直径在2mm～5mm 之间，2mm 左右直径占95%以上，超过5mm 的强冰雹天气极少，实际上高原对流包括那曲对流天气风暴结构多为持续时间在1小时以下的一般单体雷暴，极少出现组织性强的风暴，因而高原冰雹与平原地区大冰雹环境差异显著。雹日和一般雷雨天气的差异主要表现在雷雨日低层更为暖湿，雷雨日低层水汽含量略高于雹日，因而其抬升凝结高度相对低，对流有效位能也略大。高原对流天气0℃层高度在1～1.5km，以冷云为主，雹日抬升凝结高度相对高，云中很可能以固态的水凝物粒子为主，而雷雨日由于低层水汽含量相对较多，云底高度相对低，云内液态的水凝物粒子比重更大些，加之云下的融化，因而产生阵雨而非冰雹。由于差异并不显著，样本亦有限，还需要更多的样本更高分辨率的数据进一步分析。所以，对冰雹天气个例进行天气学和雷达资料的分析，将对未来更好的做好此类预报有较大帮助。

1 天气实况

2018 年6 月16 日至17 日（表1），那曲全市大部出现了降水天气，中东部降水量较大，其中安多县、嘉黎县和索县的降水量达到了中雨，色尼区17 日14 时至15时出现冰雹，冰雹直径达10mm。

表1 那曲市2018年6月16日至17日各县日降水量统计表

2 地面分析

以色尼区17日的冰雹天气为例（图1），从11时开始风向从西北风转为偏东风，温度开始上升，气压开始下降，14时冰雹天气发生时，3小时气压下降幅度在11hPa，温度露点差为4℃之间，到17 时降水结束时温度露点差为5.3℃。冰雹天气发生前风速较小，在2～4m/s之间，各县的比湿都大于4.0 g/kg（图2、图3）。各县在17日降水发生前，16日20时至17日08时温度露点差大部都一直≤5℃，为相对湿区，表明水汽特别好，有利于形成降水。17 日14 时地面比湿有明显的上升。在17日各县降水发生前后各要素表现明显，气压下降、温度上升、温度露点差变小、比湿上升、风向转为偏南风。降水发生前地面一直存在风的辐合，表明有水汽通量的辐合。

图1 色尼区2018年6月16日11时至17日20时地面三线图

图2 6月17日11时比湿和风向

图3 6月17日14时比湿和风向

3 高空分析

3.1 500hPa高度场分析

6 月16 日20 时500hPa 环流特征（图4）上分析：西太平洋副热带高压和伊朗高压位置较稳定；乌拉尔山以东的低涡较强，低涡槽尾部向南输送的冷空气较明显，干冷空气从新疆南部输送到高原中部；高原主体受南支槽的影响，槽线位置偏西，孟湾附近的水汽通过偏西南气流输送到高原中部，对形成高原对流性降水非常有利。

图4 2018年6月16日20时500hPa

图5 2018年6月17日08时500hPa

6 月17 日08 时500hPa 环流特征（图5）上分析：西太副高有弱的西进，伊朗高压受北部冷空南下的影响也有西进；乌拉尔山附近的低涡槽有略微的南压；槽尾部的干冷空气一直南下至高原腹地，高原南支槽有明显的加深加强，那曲大部受偏西南气流影响，孟湾上空继续有源源不断水汽输送至高原中部，水汽不断在那曲上空聚集能量。

3.2 卫星图像分析

对2018 年6 月17 日红外云图进行分析（图6、图7）：17 日11 时红外云图上可以看出班戈至安多一带开始形成对流云团；17 日17 时不仅已经形成对流云团，而且已经东移至色尼区偏东部一带，根据红外云图可以看出对流云团发展得比较旺盛；再到17 日23时时色尼区偏东部的对流云团和索县一带的对流云已经消散，那曲市南部嘉黎县一带携带着偏南暖湿气流的云系正向东北部移动。造成此次冰雹过程的强对流云团应该在17 日15 时云图上最明显最旺盛。这种对流云团自西向东移动，移速很快。

图6 6月17日11时红外云图

图7 6月17日17时红外云图

3.3 探空分析

根据17日08时探空图显示（图8、图9），垂直风切变由底层的西南风按顺时针转为高层的西北风，这样的垂直风切变易出现对流性天气。色尼区中低层水汽条件较好，接近于饱和，湿层从近地层一直延伸到300hPa 左右，由于夏季的高原有热源作用，高原上的对流非常旺盛，不稳定能量的储蓄比较充分，此次冰雹过程时间短，主要还是跟不稳定能量储蓄与深厚的湿层有很大关系，在300hPa 有干冷空气的入侵，加速了水汽的凝结碰撞［11］，导致对流性天气的出现。从风矢端图显示，从地面至高空300hPa 风向随高度的变化顺时针旋转，表明地面至300hPa 有暖平流，300hPa 以上风随高度的变化逆时针旋转，300hPa以上有冷平流，这种上干下暖的平流配置很容易发生强对流天气。

图8 6月17日08时那曲站TLogp图

图9 6月17日08时风矢端图

图10 6月17日那曲站层结物理量表图和17日14时36分各仰角的反射率因子图

从（图10）上可以看出，08 时500hPa 高度在5780m 高度，该高度层的温度为-2℃，而0℃层高度在528.7hPa，比500hPa 高度还低一些，这样就可以判断出0℃层高度在地面以上1km 左右，为冰雹发生适宜的高度。LCL（抬升凝结高度）在568hPa，说明云底高度较低。500hPa 到323hPa 的温度露点差都为2℃，表明大气中水汽饱和度较高，水汽含量高，非常有利于午后的对流天气发生。-20℃高度在8.5km，结合降水发生14点36分(图12)，看到最强回波所在的高度为地面以上的4.9km，加上那曲的海拔高度4.5km，可以预测出，最强回波发展的高度在9km 左右，进而判断出60dBZ回波发展的高度在-20℃高度以上，即云顶已经发展到-20℃高度以上，非常有利于冰雹天气的发生。根据达瓦泽仁［10］等研究发现那曲对流天气风暴结构多为持续时间在1 小时以下的一般单体雷暴，从冰雹直径和持续时间也可以确定，此次冰雹天气过程为一般单体雷暴。

4 多普勒天气雷达资料分析

4.1 反射率因子

从6 月17 日14 点19 分（图略）反射率因子图上可以看出色尼区上空为多单体线性风暴结构，西南方24km 处有线性回波正在往测站方向移动，是造成此次冰雹的主要天气，系统中心最大回波为61dBZ，高度为6km。

14 点31 分时（图11）系统移动到测站西南面10.9km 处，中心高度为5.2km，最大回波仍未61dBZ。14 点42 分（图12）线性回波经过测站并往东移动演变成了类似弓形回波，强中心回波为62dBZ，高度在4.7km，说明云底高度非常低，此时测站上空正在发生降水；14 点48 分系统移至测站东北方8.2km 处，高度在5km，中心最强回波仍在60dBZ以上。

图11 6月17日14时31分的（4.3～6.0仰角）反射率因子图

图12 6月17日14时42分的（4.3～6.0仰角）反射率因子图

4.2 径向速度

从14 点31 分（3.4～6.0 仰角）（图13）上可以看出测站上空低层为偏西南风，高层主要盛行偏西南风，测站西北面有明显的气旋性辐合，有利于对流不稳定降水天气的发生，最大入流和出流速度达到27m/s，说明系统移动速度非常快。14 点42 分当系统经过测站上空时（图14），测站上空低层为西南风，高层盛行西风，风随高度顺时针旋转，说明有暖平流，测站西南面和东北面有明显的速度模糊，最大风速达到25m/s。