2018年9月21日本溪地區(qū)一次冰雹天氣特征分析

秦瑜 高艷波 魏海寧 崔耀鵬 王煥毅

摘要 利用本溪市高空、地面等常規(guī)氣象觀測(cè)資料對(duì)2018年9月21日發(fā)生在本溪市高新區(qū)的冰雹天氣過(guò)程的氣象要素變化特征進(jìn)行分析，結(jié)合物理量場(chǎng)、加密自動(dòng)站等資料對(duì)冰雹形成機(jī)理進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明，高空冷渦系統(tǒng)，地面冷鋒過(guò)境，以及高空槽前傾和從高空到地面深厚的垂直系統(tǒng)的配置是造成本溪高新區(qū)此次冰雹天氣發(fā)生的有利條件。冰雹發(fā)生前本溪北部對(duì)流有效位能積聚超過(guò)800 J/kg;0℃層高度在上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，利于過(guò)冷水滴的形成;相對(duì)濕度的空間分布上滿足上干下濕的配置，利于對(duì)流的發(fā)生;明顯的垂直風(fēng)切變也促進(jìn)了強(qiáng)對(duì)流的暴發(fā)。

關(guān)鍵詞 冰雹;潛勢(shì)分析;對(duì)流有效位能

中圖分類(lèi)號(hào)：P426.64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2019）05-065-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.026

Analysis on Hail Weather Characteristics in Benxi Area on September 21，2018

QIN Yu??et al（Benxi Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

Abstract Based on the conventional meteorological observation data such as high altitude and ground in Benxi City，the variation characteristics of meteorological elements during the hail weather process in the high-tech zone of Benxi City on September 21，2018 were analyzed，and the hail formation mechanism was diagnosed and analyzed with the data of physical quantity field and encryption automatic station. The results showed that the collocation of the high-altitude cold eddy system，the transit of the ground cold front，the forward inclination of the high-altitude trough and the vertical system from the high altitude to the deep ground were the favorable conditions for the occurrence of the hail weather in Benxi High-tech Zone. Convective available potential energy accumulation exceeded 800 J/kg before the hail occurred. The height of 0℃ layer was in the ascending motion zone，which was beneficial to the formation of supercooled water droplets.

Key words???Hail;Potential analysis;Convective available potential energy

冰雹是由強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災(zāi)害，其空間尺度小，發(fā)生時(shí)間短，發(fā)展迅猛，致災(zāi)性強(qiáng)，并經(jīng)常伴隨著雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、雷電、龍卷等災(zāi)害性天氣。我國(guó)冰雹天氣頻發(fā)，尤其是北方的山地和丘陵地區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)、交通、通訊、電力、建筑以及人民生命財(cái)產(chǎn)造成影響。對(duì)冰雹預(yù)報(bào)的研究主要有潛勢(shì)預(yù)報(bào)和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)。近年來(lái)，許多學(xué)者和氣象業(yè)務(wù)人員針對(duì)遼寧地區(qū)的冰雹預(yù)報(bào)開(kāi)展研究[1-2]。王憲彬等對(duì)影響阜新地區(qū)的冰雹天氣形勢(shì)進(jìn)行分型，并選取5個(gè)物理量因子對(duì)每一種天氣型建立了夏季冰雹短期潛勢(shì)和短時(shí)預(yù)報(bào)模型[3]。孟鵬等在對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)的冰雹天氣進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)東北冷渦是冰雹天氣的主要影響系統(tǒng)，500 hPa干侵入對(duì)冰雹發(fā)生具有指示意義[4]。因?yàn)楸⑻鞖膺^(guò)程發(fā)展迅猛，在各類(lèi)天氣現(xiàn)象中屬于比較難預(yù)報(bào)的一種，所以加深對(duì)冰雹個(gè)例的研究對(duì)提高冰雹天氣預(yù)報(bào)技術(shù)具有重要意義。

1 資料與方法

本溪高新區(qū)2018年9月21日午后發(fā)生冰雹天氣，此次強(qiáng)對(duì)流天氣還伴有短時(shí)強(qiáng)降水和雷電大風(fēng)，小時(shí)最大雨強(qiáng)達(dá)到31.6 mm。

利用數(shù)值產(chǎn)品、高空?qǐng)D、地面圖、物理量場(chǎng)進(jìn)行天氣尺度分析和物理量場(chǎng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 天氣尺度系統(tǒng)分析

2.1.1 高空形勢(shì) 從500 hPa形勢(shì)場(chǎng)可以看出本溪地區(qū)此次強(qiáng)對(duì)流天氣是受冷渦系統(tǒng)影響。9月20日20：00冷渦中心位于我國(guó)境外蒙古國(guó)，此時(shí)本溪處于冷渦前部，高壓脊后部，500 hPa高空上本溪受偏西氣流控制（圖1a）。到了21日08：00冷渦中心向東移動(dòng)進(jìn)入我國(guó)境內(nèi)，位于內(nèi)蒙東北部，本溪市處于冷渦東南象限，500 hPa高空上已經(jīng)轉(zhuǎn)為西南氣流控制（圖1b）。21日20：00冷渦繼續(xù)東移，本溪市依然處于冷渦東南象限，但500 hPa高度上風(fēng)速開(kāi)始減弱（圖1c）。

同時(shí)分析850 hPa的環(huán)流形勢(shì)，可以看到850 hPa上從20日20：00到21日20：00始終有閉合中心與500 hPa上的冷渦對(duì)應(yīng)著（圖2）。

從21日08：00 500 hPa溫度場(chǎng)可以看到有一個(gè)冷中心位于內(nèi)蒙東北部（圖3虛線），恰與冷渦中心位置一致，且溫度槽領(lǐng)先于高空槽為前傾槽，利于對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。850 hPa溫度場(chǎng)上本溪市受暖脊影響。

2.1.2 地面形勢(shì) 在地面圖上可以看到有明顯的低壓中心配合著冷鋒。9月21日08：00低壓中心位于內(nèi)蒙東北部，冷鋒位于華北地區(qū)，距離本溪市較遠(yuǎn)（圖4a）。到21日14：00低壓中心向東小幅移動(dòng)，冷鋒已甩到遼西，本溪市位于冷鋒前，此時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣已經(jīng)開(kāi)始（圖4b）。21日20：00冷鋒過(guò)境但本溪市降水已經(jīng)結(jié)束（圖4c）。造成此次鋒前降水的原因是高地空配置呈深厚的垂直結(jié)構(gòu)，鋒前有降水云系，高空槽和冷鋒過(guò)境后云層變薄，天氣轉(zhuǎn)好。

2.2 物理量分析

2.2.1 對(duì)流有效位能（CAPE） 21日11：00 CAPE大值區(qū)位于沈陽(yáng)-遼陽(yáng)-營(yíng)口一帶，中心強(qiáng)度大于900 J/kg，本溪市CAPE值在100～200 J/kg（圖5a）。到14：00遼寧省CAPE值均迅速增加，大值區(qū)仍位于沈陽(yáng)-遼陽(yáng)-營(yíng)口一帶，但中心強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到2 000 J/kg，本溪市CAPE大值區(qū)集中在北部也就是高新區(qū)所在地，CAPE值大于800 J/kg，最大區(qū)域大于1 000 J/kg（圖5b）。至17：00冰雹天氣已經(jīng)結(jié)束，不穩(wěn)定能量被激發(fā)釋放，CAPE值快速下降（圖5c）。

2.2.2 垂直速度和0℃層高度 從本溪附近格點(diǎn)123°E、41°N垂直速度的時(shí)間空間剖面圖來(lái)看，21日14：00前本溪上空700 hPa以下高度以上升運(yùn)動(dòng)為主（圖6），上升運(yùn)動(dòng)可將地面水汽帶入高空。同時(shí)分析了21日11：00—17：00高新區(qū)的0℃層高度，發(fā)現(xiàn)此時(shí)段內(nèi)0℃層高度在2 400～2 800 m（圖7），均在700 hPa高度以下，說(shuō)明高空中有形成過(guò)冷水滴的條件，利于形成冰雹。

2.2.3 相對(duì)濕度 從本溪附近格點(diǎn)123°E、41°N相對(duì)濕度的時(shí)間和空間剖面圖（圖6）來(lái)看，21日08：00—14：00從地面到850 hPa高度的相對(duì)濕度越來(lái)越好，14：00相對(duì)濕度達(dá)到80%～90%。850 hPa到700 hPa高度上相對(duì)濕度開(kāi)始減小，700 hPa附近相對(duì)濕度在50%左右，這種配置表明中高層存在干空氣平流，低層存在濕空氣平流，造成不穩(wěn)定層結(jié)，導(dǎo)致冰雹天氣的發(fā)生。

2.2.4 垂直風(fēng)切變 通過(guò)對(duì)14：00沿41°N的風(fēng)場(chǎng)垂直剖面圖（圖8）的分析，可發(fā)現(xiàn)119°E附近有鋒面系統(tǒng)，其東西兩側(cè)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)和西風(fēng)。本溪上空高層風(fēng)速達(dá)40 m/s，地面風(fēng)速6 m/s，高地空風(fēng)速差超過(guò)20 m/s，表明本溪午后上空有明顯的垂直風(fēng)切變[5]，較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變引起高低層能量的交換，促進(jìn)強(qiáng)對(duì)流暴發(fā)。

3 結(jié)論

高空冷渦系統(tǒng)，地面冷鋒過(guò)境，以及高空槽前傾和從高空到地面深厚的垂直系統(tǒng)的配置是造成本溪高新區(qū)此次冰雹天氣發(fā)生的有利條件。

冰雹發(fā)生前本溪北部CAPE積聚超過(guò)800 J/kg，冰雹發(fā)生后CPAE值下降，并且0℃層高度在上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，利于過(guò)冷水滴的形成。相對(duì)濕度的空間分布上滿足上干下濕的配置，利于對(duì)流的發(fā)生。明顯的垂直風(fēng)切變也促進(jìn)了強(qiáng)對(duì)流的暴發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳傳雷，吳曉峰，孫曉巍，等.遼寧省強(qiáng)對(duì)流天氣的氣候特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，26（3）：27-33.

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[3] 王憲彬，張丹梅，辛艷輝，等.阜新地區(qū)冰雹短期潛勢(shì)和短時(shí)預(yù)報(bào)方法研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（1）：106-113.

[4] 孟鵬. 沈陽(yáng)市冰雹天氣氣候特征及潛勢(shì)預(yù)報(bào)方法研究[C]//中國(guó)氣象學(xué)會(huì).第33屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)S1災(zāi)害天氣監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)報(bào).中國(guó)氣象學(xué)會(huì)：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2016.

[5] 唐帥，孔令軍，孟振雄，等.葫蘆島一次冰雹天氣形成機(jī)制分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（14）：247.

責(zé)任編輯：鄭丹丹

作者簡(jiǎn)介???秦瑜（1988-），女，遼寧丹東人，工程師，碩士，從事天氣預(yù)報(bào)工作。

收稿日期???2019-07-05