2017年7月14日鄂東局地風雹過程成因分析

童紅梅，趙 熙，衛(wèi)文芳，劉 怡

(1.湖北省黃石市氣象局，湖北黃石 435002；2.民航山東空管分局氣象臺，山東濟南 430074；3.四川省崇州市氣象局，四川崇州 611230)

湖北是強對流天氣多發(fā)區(qū)，而鄂東地區(qū)更是強對流天氣的多發(fā)區(qū)。鄂東地區(qū)位于幕阜山和大別山之間，受其特殊的地形影響，夏季強對流天氣多發(fā)，常受雷雨、大風、冰雹等強對流天氣的影響。許多學者對雹暴、下?lián)舯┝?、颮線等災害性天氣進行了深入研究，并取得了一定的成果[1-3]。侯淑梅等[4]普查了2005—2012年濟南多普勒天氣雷達資料，挑取了61個后向發(fā)展雷暴個例，分析了后向發(fā)展雷暴的氣候特征和雷達回波特征；俞小鼎等[5]分析指出對于一個β中尺度對流系統(tǒng)，其雷達回波的移動向量是平流和傳播的合成。筆者從天氣系統(tǒng)、物理量場、回波特征等方面對2017年7月14日鄂東發(fā)生的一次局地強對流風雹過程進行分析總結(jié)，以期為同類型天氣過程的預報預警提供科學依據(jù)[6-8]。

1 天氣實況

2017年7月14日午后到傍晚鄂東局部出現(xiàn)強對流天氣，浠水、蘄春、羅田、英山、黃石等地出現(xiàn)7～10級陣風，最大風速達28.7 m/s(11級)，出現(xiàn)在羅田跨馬墩(圖1)；局部雨量20.0～50.0 mm(圖2)，最大累積雨量106.7 mm，出現(xiàn)在浠水三角山，最大小時雨強58.8 mm出現(xiàn)在浠水策湖；并伴有雷電和冰雹。其中16：30—19：00，浠水策湖國家濕地公園管理處遭受風雹災害，過程累積雨量 102.8 mm，陣風7～8級，17：53—18：06出現(xiàn)冰雹，冰雹最大直徑2～3 cm，造成3 200人受災，轉(zhuǎn)移安置26人，損壞房屋(基本為樓頂隔熱層或樓梯間屋頂輕微受損)22間，農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、電力設施等均有不同程度的損失，累計經(jīng)濟損失116萬元。

圖1 2017年7月14日14：00—18：00羅田跨馬墩極大風速Fig.1 Great wind speed in Luotian Kuama pier during 14：00-18：00 on July 14，2017

2 天氣系統(tǒng)

7月14日高緯度維持兩槽一脊形勢，中緯度受青藏高壓和太平洋副熱帶高壓共同控制，在這2個高壓之間有切變，副熱帶高壓588 dagpm線13日08：00—14日08：00緩慢東退，14日08：00—15日08：00略北抬，北抬位置穩(wěn)定位于鄂東南地區(qū)(圖3)。

從500 hPa來看，14日08：00(圖4a)，青藏高壓和副熱帶高壓之間切變位于河南至四川一線，湖北省位于槽前西南氣流中，無急流；對應700、850、925 hPa有明顯切變，從山東延伸至四川境內(nèi)，其中850、925 hPa西南急流強盛，位于鄂東地區(qū)，均達18 m/s。到14日20：00(圖4b)，青藏高壓加強，副熱帶高壓西進，導致兩高之間切變變陡，對應700、850、925 hPa有明顯切變，位置從山東向西南伸展至貴州，以暖式切變?yōu)橹?。隨著兩高之間切變收窄，850、925 hPa西南急流明顯減弱，850 hPa減至14 m/s，925 hPa減至12 m/s，但位置穩(wěn)定維持在鄂東地區(qū)。

注：藍色表示累積降雨量< 20 mm；紅色表示累積降雨量≥20 mmNote：Blue indicates cumulative rainfall less than 20 mm；red indicates cumulative rainfall not less than 20 mm圖2 2017年7月14日14：00—23：00黃岡地區(qū)、黃石地區(qū)累積降雨量Fig.2 Cumulative rainfall in Huanggang area and Huangshi area during 14：00-23：00 on July 26，2017

圖3 2017年7月13日08：00—15日08：00 588 dagpm線移動路徑Fig.3 Movement path of 588 dagpm line from July 13 08：00 to July 15 08：00 in 2017

從地面圖(圖5)來看，14日湖北省受低壓暖倒槽控制，午后鄂東地區(qū)升溫快，最高氣溫達36 ℃以上，局部超過39 ℃。

3 物理量場分析

3.1動力條件從環(huán)流形勢分析可知，14日浠水位于副熱帶高壓外圍的西南氣流中，且處于低空急流軸附近，超低空急流強盛。從區(qū)域自動站風場來看，16：30左右隨著浠水境內(nèi)多單體帶狀回波的生成，策湖附近的風力加強至12 m/s，吹一致的東北風；17：55左右策湖東北側(cè)的王烈灣站風向由東北轉(zhuǎn)為西南(圖6)，且風力加強至10 m/s，形成強烈的風向風速輻合，同時附近的區(qū)域自動站也出現(xiàn)明顯的風向風速輻合。倒槽在風場上表現(xiàn)為風向風速輻合，動力輻合抬升是產(chǎn)生后向發(fā)展雷暴的重要因素。

圖4 2017年7月14日08：00(a)和20：00(b)高低空配置Fig.4 High-altitude and low-altitude configuration at 08：00(a)and 20：00 (b)on July 14，2017

圖5 2017年7月14日17：00 地面形勢Fig.5 Ground situation at 17：00 on July 14，2017

3.2水汽條件14日14：00鄂東地區(qū)850 hPa比濕達14 g/kg以上，受濕舌控制；露點溫度在16 ℃以上，大氣可降水量達70.0 mm以上。說明低層水汽充沛，且存在水汽的輻合區(qū)，持續(xù)到20：00以后，有利于短時強降水的發(fā)生，也是后向發(fā)展雷暴產(chǎn)生的機制。

3.3不穩(wěn)定條件14日鄂東北地區(qū)CAPE值在1 400 J/kg以上，K指數(shù)在37 ℃以上。從垂直運動來看，鄂東地區(qū)500 hPa為輻散下沉氣流，500 hPa以下為輻合上升運動區(qū)，這樣的高層輻散低層輻合配置有利于對流發(fā)展。從探空圖(圖7)來看，14日08：00武漢站CAPE值為1 533 J/kg，K指數(shù)為37 ℃，說明鄂東地區(qū)上空存在可觀的不穩(wěn)定能量。同時，可看到600 hPa以下有干層入侵，有利于雷暴大風的形成。

圖6 2017年7月14日17：55浠水區(qū)域站風場Fig.6 Wind field of Xishui regional station at 17：55 on July 14，2017

圖7 2017年7月14日08：00 武漢站探空圖Fig.7 Sounding map in Wuhan station at 08：00 on July 14，2017

4 回波特征

14日14：00鄂東北回波開始發(fā)展，一直到16：00表現(xiàn)出明顯的后向傳播，回波向東北方向移動，但新生的回波逐漸向西南方向擴展。15：00—16：00在浠水北部和羅田出現(xiàn)19.7 m/s以上大風，從浠水北部的雷達剖面來看，15：18強回波中心在6 km，至15：24強回波中心已下降至4 km，因此浠水北部大風則對應明顯的強回波中心迅速下降(圖8)；從反射率因子分析(圖9)，15：40羅田境內(nèi)的強回波出現(xiàn)斷裂，羅田大風與后側(cè)入流急流、回波斷裂帶有關。

浠水南部形成的回波在14日16：30左右發(fā)展成東北—西南向多單體帶狀回波。17：14開始浠水中東部回波開始表現(xiàn)出弓形回波(圖10a)，發(fā)展至17：58浠水南部回波顯著加強，表現(xiàn)出明顯的弓形回波特征(圖10b)，弓形回波加強對應17：50黃石江北農(nóng)場出現(xiàn)26.6 m/s大風。從17：58反射率因子圖還可以清晰地看到回波后側(cè)的入流缺口。

分析14日18：00策湖超級單體風暴的雷達剖面圖(圖11)可知，位于策湖附近的風暴單體在18：00回波發(fā)展高度達14 km，最強反射率因子達60 dBz，50 dBz以上強回波擴展至12 km，而從圖7可知鄂東地區(qū)-20 ℃層高度為8.5 km，強回波伸展高度已遠遠超過-20 ℃層高度，出現(xiàn)冰雹的可能性很高。且風暴單體隨低空西南氣流而向東北方向傾斜，并在強回波中心下方出現(xiàn)弱回波區(qū)，說明單體發(fā)展至成熟階段，產(chǎn)生下沉氣流，地面觀測到冰雹。17：00左右大冶東部生成的對流單體有明顯的徑向速度輻合，隨著多個單體風暴的發(fā)展加強，到17：58策湖附近徑向輻合加強(圖12)，強回波區(qū)出現(xiàn)深厚的中層輻合，弓形回波突起的區(qū)域速度圖上表現(xiàn)為輻散流場，說明有下?lián)舯┝?。同時垂直液態(tài)含水量VIL最大達50 kg/m2，這些都是出現(xiàn)雷暴大風和強冰雹的指標。

圖9 2017年7月14日15：40反射率因子Fig.9 Reflectance factor at 15：40 on July 14，2017

5 預報思路

綜上所述，此次浠水風雹天氣是在副高外圍高溫高濕的不穩(wěn)定環(huán)境下，低層水汽輻合、干層侵入和地面輻合共同觸發(fā)生成多單體對流風暴，對流風暴的雷達回波表現(xiàn)出明顯的后向傳播特征。此次過程的預報思路如下。

圖10 2017年7月14日17：14(a)和17：58(b)反射率因子Fig.10 Reflectivity factor at 17：14(a)and 17：58(b)on July 14，2017

圖11 2017年7月14日18：00策湖附近超級風暴單體剖面Fig.11 Super storm single profile near Cehu at 18：00 on July 14，2017

圖12 2017年7月14日17：58徑向速度Fig.12 Radial velocity at 17：58 on July 14，2017

5.112h潛勢預報據(jù)最新預報資料分析，14日仍受青藏高壓和副熱帶高壓之間切變影響，湖北省位于槽前西南氣流控制，午后隨著兩高之間切變收窄，鄂東地區(qū)低空急流加強，處于急流軸附近(圖13)；地面圖上，湖北省受低壓暖倒槽控制，地面輻合易觸發(fā)強對流。綜合考慮，鄂東地區(qū)14日白天有強對流天氣。

結(jié)合鄂東地區(qū)午后CAPE值增加至2 000 J/kg，且據(jù)溫度預報，午后鄂東地區(qū)最高氣溫達35 ℃以上，局部超過37 ℃，不穩(wěn)定能量充沛；同時鄂東地區(qū)濕度較高，可降水量較大，午后Td達16 ℃以上，局地超過18 ℃，比濕達13 k/kg，鄂東北超過15 k/kg，強對流天氣類型以雷暴和短時強降水為主。

特別注意，鄂東地區(qū)14日17：00預報水汽輻合明顯發(fā)展加強，從08：00探空看又有干層入侵，考慮出現(xiàn)雷暴大風和冰雹的可能性較大。

5.26h臨近預報14日13：30左右在浠水南部生成一個對流單體，向東北方向移去，隨著回波的移動發(fā)展，14：30左右出現(xiàn)降水，且10 min雨量達到6.6 mm，15：00左右羅田南部出現(xiàn)16 m/s的大風，且后向傳播造成15：03在浠水南部已經(jīng)開始形成回波(圖14)。根據(jù)14日白天鄂東地區(qū)有利的對流條件，以及雷達回波表現(xiàn)出的明顯后向傳播特征，結(jié)合14日17：00預報水汽輻合加強等特征，預計未來6 h黃石、浠水、羅田、英山、蘄春會受影響，有短時強降水和雷暴大風。因15：00 45 dBz以上強回波已發(fā)展至10 km，且在不斷發(fā)展加強，考慮伴有冰雹。

6 結(jié)論

從天氣系統(tǒng)、物理量場、回波特征等方面對2017年7月14日鄂東發(fā)生的一次局地強對流風雹過程進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此次強對流天氣是在副高外圍高溫高濕的不穩(wěn)定環(huán)境下，低層水汽輻合、干層侵入和地面輻合共同觸發(fā)生成多單體對流風暴，對流風暴的雷達回波表現(xiàn)出明顯的后向傳播特征。從預報角度來看，根據(jù)EC等數(shù)值預報產(chǎn)品分析14日白天潛勢條件較好，尤其在17：00，預報場在鄂東地區(qū)報出一個明顯的水汽輻合區(qū)，具備了觸發(fā)強對流的條件。從臨近預報預警分析來看，在14日15：00左右，實況已出現(xiàn)降水和16 m/s的大風，且雷達回波表現(xiàn)出后向傳播的特征，具備發(fā)布預警的條件。鑒于此次對流過程強度較強、損失較大，分析其形成原因，希望對此類天氣過程預報預警有所幫助。

圖13 2017年7月14日NECP預報場分析Fig.13 NECP forecast field analysis on July 14，2017

圖14 2017年7月14日15：03組合反射率因子Fig.14 Combined reflectance factor at 15：03 on July 14，2017

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