2021年黄石一次混合强对流天气过程分析

潘梦莹，刘熠炎，卫文芳

黄石市气象局，湖北黄石 435000

强对流天气是指伴随雷暴现象的对流性大风（≥17.2 m/s）、冰雹、短时强降水等剧烈天气，其强度大、生命史短、有突发性、春夏季频发。混合对流是指冰雹大风伴随短时强降水的对流过程，这类强对流天气的预报预警十分具有挑战性。近年来，相关人员大量研究了关于强对流天气预报预警方法技术，并取得较多成果[1-7]。目前，强对流天气的对比分析大多数为同一类型，而针对混合强对流天气的对比研究较少。此外，强对流天气具有一定的地域性，环境参数阈值差异较大。本研究针对黄石2021年多次混合对流天气的环境条件、雷达特征等开展对比研究，总结各类强对流天气预警预报思路，为黄石强对流天气监测预报预警提供参考。

1 天气实况及灾情

2021年5月10日08:00—11日08:00黄石市普降中到大雨，局部暴雨，并伴有短时强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气，降雨量9.3~97.7 mm，有32站超过50 mm。其中，黄石64.8 mm、大冶31.6 mm、阳新53.3 mm；最大降雨量达到97.7 mm，出现在湖北师范大学。最大瞬时风速27.2 m/s（10级），出现在大冶的东风农场。此次过程范围广、移速快、分布不均、强度大、天气现象复杂。

截至2021年5月11日16:00灾情情况。（1）下陆区：直接经济损失约31万元。朗天药业车间遭受狂风冰雹灾害，导致滴丸车间建筑楼顶棚彩瓦受损面积200余m2；新街办大塘社区栅栏倒塌，两棵树木被吹倒。（2）西塞山区：黄思湾街道11棵树木被吹倒，直接经济损失约0.5万元。（3）开发区 ·铁山区：太子镇龙庄村17个蔬菜大棚被吹倒，受灾面积约9.07 hm2，直接经济损失25.5万元左右。（4）黄石港区：受灾居民121户，转移安置群众41户，一般损坏房屋71户，严重损坏房屋17户；农作物受灾11户，5.46 hm2（均为季节性蔬菜）；树木倒损58棵；围墙倒塌120余m；建筑工地挡板倒塌22处；电力受损约500 m（电线杆倒塌）；天津路老实验高中路段护栏倒塌。（5）大冶：受灾6人，一般损坏农房1户3间，直接经济损失2万元。

2 环流形势分析

2021年5月10日20:00黄 石 市 处于500 hPa高原低涡前部、高空槽前，同时存在一个高压坝，对低涡低槽系统移动起到阻挡作用，使系统在该市上空稳定维持（图1a）。10日08:00中低层切变线位于湖北的西北侧，然后东移南压。20:00黄石市位于中低层切变线东南侧、925 hPa切变线上和西南急流的前端，700 hPa上急流速度达到20 m/s（图1b）；850 hPa上急流速度12 m/s，使水汽不断向该市输送（图1c）。在850 hPa上黄石市处在风速辐合，有利于上升运动的发生。在地面图上，黄石市处于暖低压前侧，有利于能量的聚集，触发对流天气（图1d）。

图1 2021年5月10日20:00 黄石市500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）、地面天气图（d）

3 环境场分析

3.1 水汽条件

充足的水汽条件是形成强对流天气的重要条件之一。从5月10日的风场来看，中低层的西南急流，有利于水汽不断向黄石市输送，该市处于水汽通量散度负值区；从温度露点差来看，黄石市位于湿舌内，温度露点差≤2℃，水汽处于饱和状态；从探空图上看，湿层深厚，LCL低，有较强的降水效率。

3.2 不稳定能量

850 hPa与500 hPa的温度差便是大气的稳定度，正值越大表示大气越不稳定。5月10日08:00 850 hPa与500 hPa温 度 差 为27℃，20:00 850 hPa与500 hPa温度差达到26℃。对流有效位能CAPE是环境空气有效正浮力对单位质量上升气块做功导致的气块垂直运动动能的总量，是反映热力不稳定能量的最佳参量。10日08:00探空图经过订正后，CAPE值达到2 598.6 J/kg，20:00 CAPE值下降至400 J/kg左右。

3.3 抬升触发

黄石市位于500 hPa槽前正涡度平流，产生高空辐散；且在中低层切变线附近，风向、风速存在辐合。低层辐合，高层辐散，有利于上升运动。较强的上升运动可以触发不稳定能量的释放，为此次强对流天气提供了有利的动力条件。

4 探空分析

从探空图上看，10日08:00温湿廓线呈向上喇叭口和倒“V”形，中层干，有利于对流大风的形成（图2）。08:00 CAPE值经订正后为2 598.6 J/kg，且850 hPa与500 hPa温度差达27℃，不稳定能量有利于强对流天气的发生。另外，0℃和-20℃高度分别为4.5和7.5 km，合适的高度对产生冰雹有利。10日20:00温湿廓线呈狭长形，湿层深厚，抬升凝结高度低，降水效率较高，有利于强降水的产生；0~3 km垂直风切变为16.9 m/s，0~6 km垂直风切变为19.5 m/s，K指数为41.2，不稳定能量较好。

图2 2021年5月10日08:00和20:00武汉探空图

5 卫星云图分析

从10日10:00~11日06:00红外云图上看，对流云团沿着切变线方向附近生成，在东移过程中不断激发新的对流，从而造成黄石市的强对流天气（图3）。10日10:00对流云团在湖北中南部，之后逐渐东移，14:00对流云团移至黄石市上空，该市出现大风，14:30左右出现局地冰雹天气，16:00黄石市有短时强降水，20:00后对流云团移出黄石市。11日00:00新的对流云团生成，01:00逐渐东移至黄石市，该市出现降水天气，06:00对流云团移出黄石市，降水结束。

图3 2021年5月10日黄石市10:00~11日06:00红外云图

6 雷达特征分析

6.1 反射率因子

从组合反射率因子上看，5月10日14:12回波呈钩状结构，最强反射率因子强度达到69 dBz，回波十分密实（图4a）。从反射率剖面图上看，呈高悬的强回波，超过50 dBz的回波高度伸展10 km以上，存在弱回波区和回波悬垂，这些回波特征是出现冰雹的典型特征（图4b）。

图4 2021年5月10日14:12组合反射率（a）和反射率剖面（b）

6.2 基本速度

10日14:12黄石市上空速度图上有中气旋（图5）。从不同仰角的上看，6.0°仰角可见风暴顶辐散；4.3°仰角从雷达至黄石市径向速度方向上，黄石市的右上方速度朝向武汉雷达，左下方远离雷达，形成一个中气旋；0.5°仰角上咸宁出现速度模糊，最大速度达到27 m/s。15:24黄石市上空0.5°仰角上出现低层辐合，呈弓形，弓形回波有利于大风的产生。同时低层辐合，高层辐散，产生强烈的上升运动。

图5 2021年5月10日14:12 6.0°、4.3°、0.5°仰角和15:24仰角基本速度图

6.3 垂直积分液态水含量和回波顶高

垂直积分液态水含量VIL跃增至65 kg/m2（图6a），对应回波顶高为16 km（图6b），强风暴高度高。VIL密度超过4 g/m3，产生大冰雹概率大。

图6 2021年5月10日14:12垂直积分液态水含量（a）和回波顶高图（b）

7 结束语

综合分析2021年5月10日黄石地区出现的强对流天气过程，得出以下主要结论：

（1）此次强对流天气过程的气候特点是范围广、移速快、分布不均、强度大、天气现象复杂。

（2）此次强对流天气过程的环流背景：高层低涡低槽东移和高压坝阻挡，中低层切变线由西北向东南影响黄石市，西南急流旺盛，地面暖低压有利于能量的聚集。

（3）此次强对流天气过程的成因：充足的水汽、强烈的上升运动及不稳定能量，有利于强对流天气的发生。

（4）温湿廓线呈向上喇叭口和倒“V”形，中层干，有利于对流大风的形成，较大的CAPE值，0℃和-20℃合适的高度有利于冰雹大风的产生。狭长形的温湿廓线、湿层深厚、暖云厚、LCL低有利于短时强降水发生。

（5）反射率因子具有高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂，是冰雹的典型回波特征；同时速度图上低层辐合，高层辐散，产生强烈的上升运动；垂直积分液态水含量高也是冰雹判定的指标之一。