2013．3．23百色市致災(zāi)冰雹天氣過程成因分析＊

楊思施，黃開剛，劉國忠

（1．百色市氣象局，廣西 百色 533000；2．廣西氣象臺，廣西 南寧 530022）

引言

強(qiáng)對流是廣西百色市春季最主要的災(zāi)害性天氣，主要以冰雹、雷雨大風(fēng)和短歷時強(qiáng)降水為主，往往會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，尤其是冰雹、雷雨大風(fēng)因具有持續(xù)時間短、強(qiáng)度強(qiáng)、破壞力大的特點，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財產(chǎn)造成的危害較大。目前已有氣象工作者從氣候統(tǒng)計［1－2］、物理機(jī)制［3－4］、中小尺度系統(tǒng)特征等［5－7］方面對廣西境內(nèi)冰雹天氣進(jìn)行了一些研究，但上述研究對象主要為桂東和桂中的冰雹，而對于桂西冰雹的分析研究較少。2013年百色市冰雹天氣明顯偏多，具有出現(xiàn)時間早、發(fā)生頻次多、影響范圍廣等特點，全市先后出現(xiàn)了11次較大范圍的冰雹、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣過程，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2．88億元。多普勒天氣雷達(dá)探測資料不但時間連續(xù)性很強(qiáng)，并且提供了強(qiáng)度、高度、以及風(fēng)場等信息，使詳盡分析和準(zhǔn)確預(yù)報冰雹等強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展和演變的過程成為可能，是監(jiān)測、 預(yù)報強(qiáng)對流天氣的有力工具［8］。華南地區(qū)已有不少氣象工作者充分利用雷達(dá)資料深入分析了對強(qiáng)對流天氣個例［9－14］，有效地揭示了當(dāng)?shù)貜?qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。因此，應(yīng)用新一代多普勒雷達(dá)資料做好冰雹、雷雨大風(fēng)的監(jiān)測預(yù)警以及人工消雹增雨作業(yè)是百色市防災(zāi)減災(zāi)工作的的重點。本文從影響系統(tǒng)配置、環(huán)境條件、可預(yù)警性等方面對2013年3月23日百色市致災(zāi)冰雹天氣過程的特征和成因進(jìn)行分析，旨在為冰雹、大風(fēng)預(yù)報預(yù)警工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 冰雹天氣過程概況

2013年3月23日14－21時百色市田林縣、右江區(qū)、田陽縣、田東縣、平果縣的部分地區(qū)先后出現(xiàn)雷暴、冰雹、雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。其中，田林縣定安鎮(zhèn)、高龍鄉(xiāng)、田東縣那龍水庫、平果縣海城鄉(xiāng)以及舊城鎮(zhèn)等地最大冰雹直徑30mm，百色城區(qū)最大冰雹直徑達(dá)40mm，右江區(qū)汪甸鄉(xiāng)、四塘鎮(zhèn)和田陽那坡鎮(zhèn)最 大 瞬時 風(fēng)速 分別達(dá) 23．8m／s、23．9 和 23．2m／s（風(fēng)力9級）。此次強(qiáng)對流天氣過程導(dǎo)致39人受傷，造成經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1．1億元。

2 主要影響系統(tǒng)配置

3月23日08時，500hPa歐亞大陸中高緯地區(qū)呈兩槽一脊型，巴爾喀什湖附近以及貝加爾湖以東地區(qū)分別為低槽區(qū)。中低緯地區(qū)南支槽發(fā)展旺盛，在東移的過程中與青藏高原東部的短波槽合并加深，振幅達(dá)10個緯距以上，槽線呈東北－西南向貫穿重慶－貴州－云南等地區(qū)。副熱帶高壓西伸至110°E附近，脊線位于15°N附近，廣西上空受南支槽前和副熱帶高壓西北側(cè)西南氣流控制。850hPa切變線從貴州北部南移至黔桂交界。廣西西部850hPa和500hPa溫差達(dá)26℃以上，上冷下暖，溫度直減率很大。同時，850hPa濕舌從廣西南部延伸至湖南、江西一帶，而廣西全境處于500hPa溫度露點差大于20℃干區(qū)中，上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)明顯（圖1）。此外，分析百色市上空各層風(fēng)發(fā)現(xiàn)，從低層到高層均為偏西南氣流，高低空急流近乎相交，風(fēng)速隨高度明顯增加，500hPa 和 925hPa 風(fēng)速差達(dá) 19m·s－1以上，風(fēng)垂直切變強(qiáng)，有利深厚強(qiáng)對流的發(fā)展。

注：紫色箭頭為200hPa大于等于40m·s－1急流軸；褐色實線為500hPa低槽；淺藍(lán)色三角線為500hPa溫度槽；橙色虛線為500hPa溫度露點差大于等于20℃區(qū)域；紅色箭頭為850hPa急流；紅色雙實線為850hPa切變線；紅色長虛線為850hPa與500hPa溫差大于等于26℃區(qū)域；紅色圓點線為850hPa溫度脊；綠色虛線為850hPa溫度露點差小于等于3℃區(qū)域；帶深藍(lán)色三角實線為地面冷鋒；淺褐色陰影為冰雹（大風(fēng)）區(qū)域

圖1 2013年3月23日08時主要影響系統(tǒng)配置中分析

邊界層輻合線是風(fēng)暴發(fā)生、發(fā)展臨近預(yù)報的關(guān)鍵，它包括冷鋒、露點鋒、海陸風(fēng)輻合帶、雷暴的出流邊界和熱力不均勻引起的輻合帶［15］。強(qiáng)對流發(fā)生前一天，即22日廣西西部受西南暖地壓控制，右江河谷最高氣溫達(dá)到34℃。23日08時地面冷鋒移到黔桂交界，桂西處于向西開口的地面倒槽之中，14時百色站氣溫仍達(dá)到31℃，對該區(qū)域大氣不穩(wěn)定能量積累有重要作用。從區(qū)域自動氣象站風(fēng)場可以看出，13時在百色西北部開始產(chǎn)生一條地面輻合線 （圖2），并不斷往東南方向移動；其中16－17時地面輻合線明顯加強(qiáng)，呈現(xiàn)“八”字形分布，18時開始減弱，19時移出百色境內(nèi)?？梢?，地面輻合線的產(chǎn)生、加強(qiáng)和維持，為強(qiáng)對流的觸發(fā)、發(fā)展和持續(xù)提供了重要的邊界層條件。

3 冰雹發(fā)生的環(huán)境條件分析

冰雹的產(chǎn)生主要受到4個環(huán)境參量影響：對流有效位能（CAPE）、垂直風(fēng)切變、0℃和－20℃層高度、水汽條件。

3．1 對流有效位能

強(qiáng)對流天氣的發(fā)生離不開深厚對流的發(fā)展，位勢和層結(jié)不穩(wěn)定是強(qiáng)對流活動最重要的基本條件，而對流能量的大小又決定了對流發(fā)展的程度［16］。根據(jù)23日08時百色（59211）探空資料（圖3a），對流溫度（Tg）為 36．1℃，對流有效位能 CAPE 為 454．2J·kg－1。用午后14時百色地面溫度 （31℃）和露點溫度（18℃）訂正后 CAPE 變?yōu)?1840J·kg－1（圖 3b），說明午后百色已經(jīng)具備較高的對流不穩(wěn)定條件。20時降雹過后百色上空的CAPE仍達(dá)1302 J·kg－1，也進(jìn)一步印證了午后對流有效位能是明顯增加的。因此，對地面起始?xì)鈮K的溫度和露點進(jìn)行訂正后得到的對流有效位能在對流潛勢預(yù)報中具有較高的參考價值。

3．2 垂直風(fēng)切變

圖3 3月23日08時（a）百色T－lnp圖和14時經(jīng)訂正后的T－lnp圖（b）

風(fēng)的垂直切變影響著對流云的發(fā)展、移動和分裂等過程，強(qiáng)的風(fēng)垂直切變有助于普通風(fēng)暴組織成持續(xù)性的強(qiáng)風(fēng)暴，是維持和增強(qiáng)對流風(fēng)暴的因子［7］。強(qiáng)的垂直風(fēng)切變風(fēng)場對超級單體的產(chǎn)生至關(guān)重要［17］。有研究表明［18］，比較強(qiáng)烈的冰雹云多出現(xiàn)在中等到強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)切變條件下，垂直風(fēng)矢量差在20～30 m·s－1。 23 日 08 時，百色地面風(fēng)速為 1 m·s－1、風(fēng)向為360°，500hPa 風(fēng)速為 21 m·s－1，風(fēng)向為 245°，經(jīng)計算得到百色 0～6km 垂直風(fēng)矢量差為 21．3 m·s－1， 屬于強(qiáng)垂直風(fēng)切變。當(dāng)日08時百色探空資料顯示，從地面到高空的風(fēng)向、風(fēng)速變化上看，百色邊界層到850hPa風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)顯著，有利于氣旋式右移超級單體風(fēng)暴的產(chǎn)生［4］，風(fēng)速由 1 m·s－1增大至 8m·s－1，700～250hPa 風(fēng)向變化雖小，但風(fēng)速由 14 m·s－1增加到 52 m·s－1，風(fēng)速切變明顯。

從百色多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線（VWP）產(chǎn)品反演出的風(fēng)場（圖略）上看，強(qiáng)對流風(fēng)暴影響前，1．2千米以下風(fēng)速較小，約為 6 m·s－1，但在 6．1 千米高空風(fēng)速最大達(dá)到了30 m·s－1，進(jìn)一步印證了強(qiáng)垂直風(fēng)切變線的存在。 16 時 33 分， 在 2．4－2．7 千米高空出現(xiàn)“ND”，表明中層有干冷空氣入侵，并通過動量下傳至邊界層［19］，300 米上空出現(xiàn) 18 m·s－1西北大風(fēng)，對應(yīng)地面上百色境內(nèi)出現(xiàn)了7－9級雷雨大風(fēng)和最大直徑達(dá)40mm的冰雹。

3．3 0℃和－20℃層高度

根據(jù)觀測與分析，最有利于降雹的0℃層海拔高度大約在 3～4．5km（700～600 hPa），－20℃層高度約在 5～9km（500～400hPa）。23日 08時百色的 0℃層海拔高度為4376．5m，位于622hPa，－20℃層海拔高度為7022m，位于426．7hPa?？梢?，這兩層高度都滿足了降雹的條件。

3．4 水汽條件

雹暴內(nèi)部含有大量水分，要求低層有足夠水汽供應(yīng)，常形成于低層有濕舌或強(qiáng)水汽輻合的地區(qū)［20］。23日08時水汽通量中心位于廣西東部為16g·hPa－1·cm－1·s－1，桂西為 6～10 g·hPa－1·cm－1·s－1；水汽通量散度輻合中心位于云南東北部－16×10－7g·hPa－1·cm－2·s－1，廣西大部為水汽輻散；23 日 20 時水汽通量散度輻合中心移到貴州西南部，桂西轉(zhuǎn)為水汽輻合區(qū)域，最大水汽通量散度為－8 g·hPa－1·cm－2·s－1。 從各層比濕場上看（圖略），23日08－20時，桂西850h以下的比濕均在10g·kg－1以上，表明該區(qū)域內(nèi)對流層低層大氣的水汽含量較為豐富，為強(qiáng)對流的發(fā)生提供了充足的水汽來源。

3．5 冰雹天氣的可預(yù)警性分析

從 23 日 13：38－15：31 風(fēng)暴屬性演變（圖略）可以看出，13：38強(qiáng)回波高度為8km，垂直液態(tài)水含量為43kg·m－2，反射率因子為58dBZ，隨之時間的增加，強(qiáng)回波高度都在9km以上，這個高度已經(jīng)超過了－20℃等溫線所在的高度；并且在風(fēng)暴單體成熟前1～2個體掃內(nèi)垂直液態(tài)水含量出現(xiàn)大幅度躍升，例如14：09垂直液態(tài)水含量迅速增大至 65kg·m－2以上，相應(yīng)的最大反射率因子也增加到65dBZ以上，表明風(fēng)暴已發(fā)展到成熟階段，云體內(nèi)部的水形態(tài)也隨之從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變［21］。而風(fēng)暴在開始衰弱的2個體掃內(nèi)，垂直液態(tài)水含量出現(xiàn)大幅度下降，云體內(nèi)部的水形態(tài)則有固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變。因此，可以根據(jù)風(fēng)暴屬性的變化趨勢來推測風(fēng)暴未來一段時間內(nèi)的強(qiáng)度變化，從而為冰雹、大風(fēng)的短時臨近預(yù)報預(yù)警提供參考依據(jù)。百色出現(xiàn)大冰雹的主要指標(biāo)是65dBZ以上強(qiáng)回波擴(kuò)展到－20℃等溫線以上，VIL在 60kg·m－2以上。

4 結(jié)論

本文利用常規(guī)氣象資料、多普勒雷達(dá)資料和自動氣象站資料，從影響系統(tǒng)配置、環(huán)境條件、可預(yù)警性等方面對2013年3月23日百色市致災(zāi)冰雹天氣過程的特征和成因進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

（1）3月23日南支槽加深東移、850hPa切變線南壓以及近乎相交的高低空急流配置是強(qiáng)對流發(fā)生的有利天氣背景，地面輻合線為強(qiáng)對流的觸發(fā)、發(fā)展和持續(xù)提供了重要的邊界層條件。

（2）地面增溫、較高的對流有效位能、強(qiáng)的垂直風(fēng)切變、合適的0℃和－20℃層高度以及較好的水汽條件為強(qiáng)對流風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展提供了良好的環(huán)境潛勢條件。

（3）持續(xù)偏高的反射率因子和垂直積分液態(tài)水含量為冰雹、大風(fēng)預(yù)警的發(fā)布提供了有效依據(jù)。

（4）百色出現(xiàn)大冰雹的主要指標(biāo)是65dBZ以上強(qiáng)回波擴(kuò)展到－20℃等溫線以上，VIL 在 60kg·m－2以上。

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