2020年6月下旬河北地区一次强对流天气过程成因分析

郭子晗 张铄 张成影

摘要 利用常规气象探测资料、欧洲中心ERA5再分析资料、多普勒雷达资料和微波辐射计资料，对2020年6月25日出现在河北地区的强对流天气过程进行分析。结果表明：（1）河北地区这次强对流天气属于西北气流型冰雹，高低空急流和地面冷锋的共同作用为冰雹天气的出现提供了动力和热力条件；（2）在冰雹天气出现的过程中，6.0°仰角反射率因子图中存在三体散射和旁瓣回波，大冰雹特征极为明显；（3）2 km高度以下的整层大气相对湿度大值区较为集中，而2 km高度以上的相对湿度数值偏小，整层大气以上干下湿的结构为主，这种不稳定层结的分布形势为对流风暴的发展加强提供了有利条件。

关键词 强对流天气；环流形势；层结条件；超级单体

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-03

强对流天气是雷暴群、飑线等中小尺度天气系统的产物，是在有利的大尺度环流背景下产生的，主要特点是变化快、尺度小、突发性强、发展剧烈，往往带来灾害性的大风和局地暴雨天气，是气象预报的难题[1]。

由于强对流天气伴随着雷暴、暴雨、冰雹、下击暴流、龙卷等灾害性天气，极易引发气象和次生灾害，严重威胁人们的生命财产安全[2-4]。因此，越来越多的学者加大了对强对流天气成因、形成机理、影响结果等方面的研究力度，并得出了很多有意义的结论[5-6]。

河北省强对流天气主要集中在春末和夏季，因地形条件复杂多样，兼具平原、盆地、丘陵、山地和高原不同地貌类型，使得强对流天气频繁出现。因此，以常规气象探测资料和再分析资料为基础，结合多普勒雷达资料和微波辐射计资料，分析2020年6月25日出现在河北地区的强对流天气过程，深入了解该类型强对流天气形成的原因和触发机制，以期为日后河北地区同类型强对流天气临近预报提供参考。

1 天气实况

2020年6月25日河北省出现强对流天气，当天08：00～17：00，张家口、承德、唐山、秦皇岛、保定中北部出现降水，降水区平均降水量5.2 mm。张家口南部、承德、唐山南部、保定北部有35个站点降水量超过25 mm，其中，滦南、丰宁有3个站点降水量超过50 mm（暴雨），滦南南堡镇最大为64.7 mm。河北省北部的沧州肃宁、献县、泊头、东光、保定的望都、蠡县等部分地区均出现冰雹，沧州肃宁冰雹尺寸最大，直径达3.5 cm，个头如鸡蛋大小。当地农作物均遭受了不同程度的损害。

2 环流形势

在500 hPa高度处，2020年6月下旬初，亚洲中高纬度地区呈现出“两槽一脊”的环流形势，有一高空冷涡出现在巴尔喀什湖北部地区，高空冷涡分裂后不断向东部地区转移。随着时间的推移，至23日08：00，高空冷涡移动至贝加尔湖以南，高空槽前部存在西南气流，并对河北大部分地区产生影响。在高空冷涡继续向东转移的过程中，高空槽不断从河北上空滑过；25日20：00（图1），高空冷涡向东移动时到达110°E东部，同时出现在蒙古国与内蒙古的交界地带，槽后的西北气流开始对河北地区上空产生影响，且风速增大现象明显，此时的最大风速高达22 m/s。

在700 hPa高度处，由于冷涡配合良好，河北上空以西北气流为主；850 hPa低层处，在内蒙古中部地区有一低涡存在，同时还有一切变线不断朝河套地区延伸，以东北至西南走向为主，河北上空表现为偏南气流。结合地面图，有一高压出现在贝加尔湖西南侧，有一低压则位于内蒙古中部地区；从低压中心有一冷锋不断朝着甘肃地区延伸，此时河北省位于锋前的低压区。

3 层结条件

通过对2020年6月25日08：00出现在河北地区的强对流天气进行中尺度分析发现，此次天气过程是河北省冰雹天气中极为常见的西北气流型。在200 hPa高度处，有一高空急流存在，且河北地区在该急流的左侧位置处；在500 hPa处，河北东部存在高空槽，且槽后有西北急流，最大风速达到22 m/s，西北急流几乎控制河北省大部分地区；在850 hPa低空处，内蒙古中部到河套一带存在切变线，系统的前倾结构极为明显。在地面图中，内蒙古中部到甘肃一带有一冷锋，前锋位置处则分布在河北地区。

在500 hPa处，河北东部有温度槽存在；700 hPa处，河北西部地区则出现露点锋。由此不难看出，槽后的西北风急流不断携带干冷空气向南方地区转移，并对河北地区产生影响。在850 hPa处有一暖脊，925 hPa超低空处存在湿舌，说明暖湿气流对整个河北地区的低层产生影响，进而形成了上层干冷、下层暖湿的不稳定层结。根据以上信息，说明在25日08：00，河北地区的环境条件已经适宜强对流天气的出现。

垂直风切变是雷暴的主要增强机制，大冰雹天气出现的过程中往往会有较大的垂直风切变出现。结合欧洲中心ERA5再分析资料可以获取河北中部地区0～3 km垂直风切变的变化趋势。25日14：00，保定上空0～3 km高度处的垂直风切变在2.5～3.0 m/（s·km）之间，而在西部山区则分布有0～3 km高度处的垂直风切变大值区，该区域也是主要的对流区，只是强度偏小，而垂直风切变的小值主要分布在太行山东麓平原区（图2a）。因系统强度不断增加，随着时间的推移，至当天18：00，0～3 km高度处的垂直风切变达到4.5 m/（s·km），而保定西北到东南一带则是大值区分布区域。由于强垂直风切变的这种分布形势，使得对流风暴发展加强的趋势继續维持，为雷暴发展成超级单体提供了有利条件，促进了大冰雹天气的出现（图2b）。

4 超级单体特征

在河北地区强冰雹天气出现的过程中，结合石家庄新乐雷达资料，发现多个仰角产品均出现了较为明显的特征。结合反射率因子，14：24有对流回波在保定西北部生成，且强度高达

69.5 dBz。在对流单体A的作用下，14：28涞源出现冰雹天气。由于系统不断向东转移，对流单体A和对流单体B的强度不断加大，再加上对流单体A的作用，引发了15：55易县冰雹天气的出现。随着时间的推移，对流单体A下山且强度继续加大，尤其是17：18新乐雷达1.5°仰角反射率因子最大回波强度高达

75.5 dBz，且风暴前侧存在“V”形状的缺口。与此同时，在6.0°仰角反射率因子图上存在三体散射和旁瓣回波，对应的大冰雹特征极为明显，说明此时的风暴单体A已经发展成为超级单体。

结合径向速度图，从17：00连续5个体扫过程中均出现了速度对，说明生成有中气旋；至17：30，结合4.3°径向速度图，有负速度中心出现在黑色方框的区域内，且最大负速度高达-10 m/s，正速度则出现在圆形区域内，同时有速度模糊与之伴随，此时最大正速度高达35 m/s，而旋转速度也达到了22.5 m/s，同雷达中心之间相距80 km左右，该速度与强中气旋标准相符，说明对流单体A发展成为强降雹超级单体，对冰雹强对流天气的出现较为有利。在超级单体的作用下，满城、清苑区等地相继出现特大冰雹天气，对当地农业生产的危害极大；17：42，结合雷达0.5°仰角反射率因子图，有阵风锋出现在椭圆区域内，且沿着超级单体不断朝着右前侧转移，与风暴之间的距离较近。由此说明该阵风锋对风暴母体的正反馈作用明显，也是造成降雹超级单体维持较长时间的主要原因。除此之外，受到阵风锋的影响，清苑等地出现了大风天气。

5 微波辐射计资料分析

结合清苑观测站微波辐射计的数据信息，地面气压从17：30开始上升，从开始的995.0 hPa上升至999.1 hPa，上升幅度达到了4.1 hPa。随着时间的推移，至18：00清苑观测站微波辐射计的地面气压下降，此时的气压数值为997.5 hPa，下降幅度为1.6 hPa；17：30地面温度大幅度下降，从开始的28 ℃下降至20 ℃，下降幅度为8 ℃，同一时刻的地面湿度随之增大。

数据信息说明17：30～18：00，清苑地区有强对流风暴出现；通过对路径液态水含量数值的分析发现，液态水含量在17：30出现骤增，且增加幅度相对较大，说明对流风暴出现时伴随着大冰雹天气。通过对微波辐射计观测到的大气状态进行分析，17：30整层温度下降幅度较大，说明清苑观测站受到了对流风暴的影响，当地开始出现冰雹天气。在17：00以前，2 km高度以下的整层大气相对湿度大值区较为集中，而2 km高度以上的相对湿度数值偏小，整层大气以上干下湿的结构为主，这种不稳定层结的分布形势为对流风暴的发展加强提供了有利条件。

在冰雹天气尚未出现之前，在17：20左右，低层处的相对湿度数值快速增大，尤其是0.5～2.5 km高度处的大气湿度几乎接近饱和。此时高空处的冷空气开始入侵，4.5 km高度以上的相对湿度值快速减小；17：30冰雹天气出现后，边界层大气呈现上层湿、中间干、下层湿的特征，尤其是2.0～2.5 km高度处的干层极为明显，说明此时的干冷空气不断向下层入侵。在冰雹天气出现的过程中，1.5 km高度以下水汽密度在10 g/m3以上，尤其是近地面层的水汽密度超过了16 g/m3且该数值一直持续至冰雹天气结束。在冰雹天气结束后，1.5 km高度以上的水汽密度小幅度增加，而0.5～1.5 km高度以下的水汽密度数值下降明显，说明影响河北省部分地区的降雹天气趋于结束。

6 结论

（1）河北地区此次强对流天气属于西北气流型冰雹，高低空急流和地面冷锋的共同作用为冰雹天气的出现提供了动力和热力条件；850 hPa处有一暖脊，925 hPa超低空处存在湿舌，说明暖湿气流对整个河北地区的低层产生影响，进而形成了上层干冷、下层暖湿的不稳定层结，有利于大冰雹天气的出现。

（2）在冰雹天气出现的过程中，6.0°仰角反射率因子图中存在三体散射和旁瓣回波，大冰雹特征极为明显；在超级单体的作用下，使得满城、清苑县等地相继出现特大冰雹天气，对当地农业生产的危害极大；阵风锋对风暴母体的正反馈作用明显，也是造成降雹超级单体维持较长时间的主要原因。

（3）2 km高度以下的整层大气相对湿度大值区较为集中，而2 km高度以上的相对湿度数值偏小，整层大气以上干下湿的结构为主，这种不稳定层结的分布形势为对流风暴的发展加强提供了有利条件。

参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].第三版.北京：气象出版社， 1992.

[2] 郑永光，朱文剑，姚聃，等.风速等级标准与2016年6月23日阜宁龙卷强度估计[J].气象，2016，42（11）：1289-1303.

[3] 楊军，张磊，李宝东，等.太行山东麓一次强对流降雹过程中的地形强迫[J].大气科学学报，2017，40（2）：253-262.

[4] 曾勇，杨莲梅.南疆西部一次暴雨强对流过程的中尺度特征分析[J].干旱气象，2017，35（3）：475-484.

[5] 林琴，俞旭枫，施金海，等.“7.26”德清冰雹大风强对流天气过程分析[J].科技通报，2021，37（4）：10-14，22.

[6] 潘梦莹，刘熠炎，卫文芳.2021年黄石一次混合强对流天气过程分析[J].农业灾害研究，2022，12（11）：27-29.

Analysis of the Causes of A Severe Convective Weather Process in Hebei Province in Late June 2020

Guo Zi-han et al（Tangshan Meteorological Bureau， Tangshan， Hebei 063000）

Abstract The process of severe convective weather over Hebei on June 25， 2020 was analyzed by using conventional meteorological observation data， ERA5 reanalysis data， Doppler radar data and microwave radiometer data. The results showed that： （1） the strong convective weather in Hebei area belongs to the northwest airflow type hail， and the combination of high and low air jet and surface cold front provides the dynamic and thermal conditions for the occurrence of the hail weather; （2） In the process of hail weather， there were three-body scattering and sidelobe echo in the reflectance factor map of 6.0° elevation Angle， and the characteristics of large hail were very obvious; （3） The large relative humidity values of the whole layer of the atmosphere below 2 km were concentrated， while the relative humidity values above

2 km were small， and the structure of the whole layer of the atmosphere was mainly dry and wet. This unstable stratification distribution situation provided favorable conditions for the development and strengthening of convective storms

Key words Severe convection weather; Circulation situation; Stratification condition; Supercell