天津市一次冰雹過程的中尺度特征及成因分析

賈 丹，張春同

(天津市寧河區(qū)氣象局 天津301500)

0 引 言

冰雹是由強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)引發(fā)的劇烈天氣現(xiàn)象[1]，具有局地性、突發(fā)性和陣性特點(diǎn)，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟(jì)、人民財(cái)產(chǎn)等造成巨大損失。在實(shí)際工作中，分析冰雹產(chǎn)生的天氣背景和中尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)冰雹的預(yù)報(bào)和臨近預(yù)警有重要意義。學(xué)者們對(duì)冰雹天氣的天氣系統(tǒng)、中尺度特征、多普勒雷達(dá)特征多有研究[2-7]，但是冰雹過程局地性特征明顯，天氣尺度和中尺度特征也有地域性區(qū)別。迄今為止，尚未見有對(duì)寧河地區(qū)冰雹過程的研究報(bào)道。因此對(duì)寧河地區(qū)冰雹過程的個(gè)例進(jìn)行天氣尺度和中尺度特征分析十分必要。

本文利用自動(dòng)站資料、雷達(dá)資料及 FNL再分析資料，對(duì)2016年6月10日傍晚發(fā)生在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次冰雹過程的天氣尺度及中尺度對(duì)流特征和形成原因進(jìn)行分析和研究，有助于了解寧河地區(qū)冰雹過程的發(fā)生機(jī)制，為冰雹天氣過程的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 天氣實(shí)況和環(huán)流背景

2016年6月10日晚18時(shí)，潘莊鎮(zhèn)西北部突遇15,min的冰雹襲擊，致使大龍灣村、大賈村、齊心村等 11村受災(zāi)。冰雹最大有核桃大小(見圖 1)。此次冰雹造成受災(zāi)面積達(dá)到 2,623.2,hm2，造成經(jīng)濟(jì)損失1,500多萬元。

圖1 2016年6月10日天津市寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)冰雹實(shí)況Fig.1 Hail in Panzhuang Town，Ninghe District，Tianjin on June 10，2016

2016年6月10日12時(shí)，潘莊鎮(zhèn)溫度為31,℃，風(fēng)向西南風(fēng)，風(fēng)力不大，有利于升溫，午后全區(qū)溫度繼續(xù)升高。14時(shí)潘莊鎮(zhèn)溫度為 33.7,℃，高于周邊區(qū)域站溫度，到16時(shí)溫度一直維持在33,℃以上。18時(shí)受強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)影響，溫度迅速下降至 23.7,℃，風(fēng)向轉(zhuǎn)為北風(fēng)，風(fēng)力略有增大。18時(shí)之后，潘莊鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹天氣，19時(shí)降水量為 17.2,mm，風(fēng)向轉(zhuǎn)為東南風(fēng)。從17時(shí)地面圖上可以看出，在河北中南部到天津北部存在明顯的西北風(fēng)和西南風(fēng)的切變線。14∶00 500,hPa高空?qǐng)D上，中高緯度地區(qū)環(huán)流徑向型明顯。從貝加爾湖以東至黑龍江省為高空冷渦控制，冷渦中心位于內(nèi)蒙古中東部到黑龍江省西北部地區(qū)，冷渦中心范圍較大，內(nèi)蒙古一帶存在橫槽，溫度冷槽落后冷渦，冷中心低值為-22,℃。700,hPa風(fēng)場在內(nèi)蒙古東部地區(qū)也存在氣旋，且位置比 500,hPa冷渦中心更偏南一些，冷渦底部出現(xiàn)西北風(fēng)和西南風(fēng)的冷式切變，冷空氣向東南移動(dòng)；200,hPa高空?qǐng)D上，河北東北部到黑龍江南部東北西南方向上存在風(fēng)速大于 30,m/s的急流，天津處于急流的入口區(qū)，有利于高空輻散，對(duì)應(yīng)河北東北部存在上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)，最大值為-0.2,Pa/s。由于溫度槽落后高度槽，此系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，存在前傾結(jié)構(gòu)，有利于高空干冷空氣疊加在低層暖濕空氣上，形成不穩(wěn)定層結(jié)，是對(duì)高空急流有利的輻散條件，為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供有利的環(huán)流條件。

2 中尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

天津塘沽站雷達(dá)2016年6月10日反射率因子顯示(圖 2)，午后開始北京一帶有零散對(duì)流單體生成，并向東南方向移動(dòng)發(fā)展加強(qiáng)，14∶42開始影響寶坻地區(qū)，中心強(qiáng)度在 55,dBz以上，18∶06進(jìn)入寧河區(qū)西部，反射率因子強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)到65,dBz，18∶12繼續(xù)東南移動(dòng)，中心強(qiáng)度略有下降，但反射率因子 60,dBz以上范圍有所擴(kuò)大，最終造成了潘莊鎮(zhèn)地區(qū)的冰雹天氣。

圖2 2016年6月10日18∶12天津塘沽多普勒天氣雷達(dá)反射率因子及基本徑向速度圖Fig.2 The reflectivity factor of Doppler weather radar in Tanggu，Tianjin at 18∶12 on June 10，2016 and basic radial velocities

在對(duì)流單體成熟階段(18：12)圖 2(a)～(e)，0.5,°、1.5,°、2.4,°、3.4,°、6.0,°仰角的反射率圖中，最大回波強(qiáng)度均在 60,dBZ 以上。1.5,°、2.4,°、3.4,°仰角的反射率圖中，最強(qiáng)反射率達(dá) 65,dBZ以上。圖 2(a)黑色箭頭指示方向有 V型缺口。從0.5～3.4,°仰角雷達(dá)產(chǎn)品可以看出，強(qiáng)回波中心隨高度增高不斷向南偏移，存在很明顯的回波懸垂結(jié)構(gòu)。圖2(f)為2.4,°仰角的基本徑向速度圖，從中可看出，在寧河西北部邊界有一條東北—西南向的遠(yuǎn)負(fù)近正的風(fēng)速輻合線，在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)存在正負(fù)速度中心，正負(fù)速度最大差值達(dá)37,m/s，存在中氣旋，表明對(duì)流單體已發(fā)展成超級(jí)單體風(fēng)暴。

3 冰雹過程物理量分析

3.1 不穩(wěn)定層結(jié)條件

利用6月10日14時(shí)北京探空資料，通過潘莊鎮(zhèn)溫度修訂，得到當(dāng)日潘莊鎮(zhèn)流有效位能(CAPE)為3,623.5,J/kg，對(duì)流抑制有效位能(CIN)為 0,J/kg，而在8∶00 CAPE 值為 348.7,J/kg，CIN 值為 285.9,J/kg，說明冰雹發(fā)生前CAPE值有一個(gè)明顯增大，CIN值減小的過程。傍晚強(qiáng)對(duì)流天氣能量得到釋放，大氣恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)流過程結(jié)束。

3.2 水汽條件

沿39,°N做相對(duì)濕度的垂直剖面圖可知，在潘莊鎮(zhèn)(117,°E)850,hPa以下濕度較差，在 50%,以下，850～750,hPa濕度條件較好；在 50%～70%,，750,hPa以上濕度隨高度的增加急劇減小，在 650～550,hPa濕度最小，為 20%,以下。這說明空氣中低層存在濕舌，而中高層則是受干冷空氣控制，上干下濕的配置條件對(duì)建立不穩(wěn)定層結(jié)有重要作用。進(jìn)一步說明冰雹天氣只需要一定的水汽條件即可，而中高層的干冷空氣可能比濕舌的作用更為重要。

3.3 風(fēng)的垂直切變

采用 FNl 1,°×1,°再分析資料的 u、v風(fēng)場資料，分析 850～1,000,hPa和 500～850,hPa的風(fēng)切變，可以看出，在低層，天津東部到唐山沿岸存在分切變大值區(qū)，中心大值區(qū)風(fēng)切變?yōu)?4,m/s。

4 結(jié) 論

本文綜合利用自動(dòng)站資料、雷達(dá)資料及 FNL在分析資料，對(duì)2016年6月10日發(fā)生在寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次冰雹天氣進(jìn)行了天氣環(huán)流和中尺度結(jié)構(gòu)分析與診斷，得到如下主要結(jié)論：

①此次嚴(yán)重冰雹過程，在東北冷渦背景下，前傾結(jié)構(gòu)使得渦后干冷空氣疊加在低層暖濕空氣之上產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)；處于高空急流的入口區(qū)，高空有好的輻散條件。

②對(duì)流系統(tǒng)是由西北移入，在發(fā)展成熟階段，該超級(jí)單體呈現(xiàn)V型缺口、低層弱回波區(qū)和懸垂結(jié)構(gòu)，中心反射率因子達(dá) 65,dBz以上；在低層存在風(fēng)向輻合線、一定強(qiáng)度中氣旋。

③在冰雹發(fā)生前，對(duì)流有效位能明顯增大，對(duì)流抑制能力減小，層結(jié)不穩(wěn)定性增加。850,hPa和地面風(fēng)速存在明顯風(fēng)切變，風(fēng)速差值為 14,m/s，為降雹過程提供了有利的動(dòng)力作用。

④本次冰雹過程中，中低層有濕舌，中高層有明顯的干區(qū)配合，說明中高層的干冷空氣在此次過程中有重要作用。

本文分析揭示了2016年寧河區(qū)潘莊鎮(zhèn)的一次嚴(yán)重冰雹過程的天氣形勢(shì)、中尺度特征和形成的原因。但是此次過程中風(fēng)切變與海陸分布的關(guān)系及超級(jí)單體的物理機(jī)制仍不明確，今后將進(jìn)一步深入分析并用模式驗(yàn)證?！?/p>

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