2020-03-21武寧大冰雹天氣過(guò)程分析

萬(wàn)紅燕，馬中元，陳鮑發(fā)，朱麗霞，王立志

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.武寧縣氣象局，九江 332300；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000；4.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029)

0 引言

武寧位于江西西北部，與湖南交界，當(dāng)江西受外來(lái)颮線系統(tǒng)影響時(shí)，武寧成為第1站，湖南東移的颮線回波系統(tǒng)首先影響武寧和修水。隨著社會(huì)需求和發(fā)展，對(duì)縣站預(yù)警預(yù)報(bào)能力的要求越來(lái)越高，縣境內(nèi)冰雹的監(jiān)測(cè)預(yù)警成為縣級(jí)基層臺(tái)站綜合業(yè)務(wù)中的預(yù)報(bào)難點(diǎn)和重點(diǎn)，有必要提高縣級(jí)臺(tái)站對(duì)冰雹等強(qiáng)天氣的分析判斷能力。

國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者從各個(gè)方面對(duì)冰雹天氣進(jìn)行了研究。陳鮑發(fā)[1]等指出局地冰雹常由超級(jí)單體回波所為，具有典型的超級(jí)單體回波特征。盧秋芳[2]等指出冰雹發(fā)生在颮線回波帶上，回波強(qiáng)度達(dá)到65～70 dBz。劉獻(xiàn)耀[3]等指出冰雹和雷雨大風(fēng)有明顯的月變化，冰雹站次峰值在3—4月，占總數(shù)的79.1%。雷雨大風(fēng)站次有2個(gè)峰值，分別在4—5月和7—8月，占總數(shù)的44.3% 和31.7%。支樹(shù)林[4]等指出正負(fù)閃頻數(shù)比增大時(shí)，相應(yīng)的冰雹直徑也增大，即正閃比例的變化與冰雹成長(zhǎng)過(guò)程有較好的關(guān)聯(lián)；降雹后負(fù)閃頻數(shù)會(huì)減小，而正閃頻數(shù)增大。龍余良[5]等指出冰雹季節(jié)變化呈單峰型，3—5月最容易出現(xiàn)冰雹，4月份最多。郭艷[6]指出利用TBSS預(yù)報(bào)大冰雹的時(shí)間提前量最大達(dá)到77 min，TBSS特征可以作為大冰雹的有效判據(jù)。吳楊[7]等指出“上干下濕”的典型大氣層結(jié)和0 ℃層高度在3.7～4.2 km、-20 ℃層高度在6.8～7.1 km，有利于能量聚集而產(chǎn)生冰雹。林琴[8]等指出典型的“上干下濕”的大氣結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)生降雹。胡勝[9-13]等得出大冰雹風(fēng)暴單體發(fā)展非常旺盛，最大反射率因子超過(guò)65 dBz，其高度達(dá)到5 km以上；0 ℃和-20 ℃層高度上的最大反射率因子均超過(guò)54 dBz。這些研究成果為武寧冰雹天氣[14-16]的監(jiān)測(cè)預(yù)警提供了理論依據(jù)。

文章使用常規(guī)天氣圖、探空資料、衛(wèi)星云圖和江西WebGIS雷達(dá)拼圖等資料，對(duì)2020-03-21武寧大冰雹過(guò)程進(jìn)行分析，試圖總結(jié)出武寧冰雹天氣和雷達(dá)回波特征，為開(kāi)展武寧冰雹監(jiān)測(cè)預(yù)警和短臨預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和天氣實(shí)況

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

天氣圖、探空資料、衛(wèi)星云圖來(lái)源于MICAPS系統(tǒng)平臺(tái)；雷達(dá)拼圖資料來(lái)源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)(http：//10.116.32.81，2012)；地面要素資料來(lái)源于江西省自動(dòng)氣象站要素檢索系統(tǒng)(內(nèi)網(wǎng)信息平臺(tái))。

1.2 冰雹等災(zāi)情實(shí)況

2020-03-21T22：00—2020-03-22T06：00(北京時(shí)，下同)，武寧縣出現(xiàn)1次罕見(jiàn)大冰雹過(guò)程。3月21日，武寧天氣悶熱，溫度異常偏高，夜間至22日06：00武寧出現(xiàn)強(qiáng)雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、8級(jí)以上雷暴大風(fēng)和冰雹等災(zāi)害性天氣，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)局地大冰雹災(zāi)害嚴(yán)重。21日22：30，冰雹直徑大且密度高，武寧縣澧溪、上湯等地出現(xiàn)冰雹，最大直徑在5 cm左右，持續(xù)時(shí)間超過(guò)10 min。

21日20：00至22日08：00，全縣平均降水28.1 mm/12 h，有29個(gè)站點(diǎn)大于50 mm/12 h，以羅坪鎮(zhèn)羅坪村54.9 mm/12 h為最大，武寧縣清江鄉(xiāng)53.9 mm/12 h次之。2個(gè)區(qū)域站降雨量超過(guò)30 mm/h，最大1 h雨量達(dá)35.6 mm；最大3 h雨量達(dá)50.1 mm；最大6 h雨量達(dá) 53.9 mm。

21日大冰雹過(guò)程造成武寧縣石渡鄉(xiāng)、羅坪鎮(zhèn)、清江鄉(xiāng)、楊洲鄉(xiāng)、武寧縣城、甫田鄉(xiāng)、宋溪鎮(zhèn)和源口水庫(kù)8個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)8級(jí)以上雷暴大風(fēng)，其中以武寧縣石渡鄉(xiāng) 26.1 m/s 為最大，達(dá)到 10 級(jí)狂風(fēng)級(jí)別。

武寧縣21日風(fēng)雹災(zāi)害共造成4035人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移安置人口15人，雷暴大風(fēng)造成武寧縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)油菜出現(xiàn)大面積折損倒伏，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)275.9134 hm2(Squarehectometer，1 hm2=10，000 m2，即1公頃)。其中：農(nóng)作物絕收面積2.4067 hm2，倒塌房屋13間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋間數(shù)9間，一般損壞房屋112間，直接經(jīng)濟(jì)損失246.8萬(wàn)元。

2 天氣背景與環(huán)境條件

2.1 天氣系統(tǒng)

2020-03-21T20：00(圖1)，江西贛北出現(xiàn)大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣，其中武寧縣境內(nèi)出現(xiàn)直徑≥5 cm大冰雹。從21日20：00天氣圖中分析得出如下特點(diǎn)：1)地面冷空氣南下，冷鋒已移近贛西北地區(qū)；2)上游湖南大部、湖北東南部中層500 hPa有明顯干區(qū)，隨著冷鋒南下，系統(tǒng)東移，贛北將出現(xiàn)“上干下濕”的垂直濕度梯度；3)高空低槽呈階梯槽結(jié)構(gòu)，北支從東北伸向西南，影響范圍大，槽前為28 m/s以上的強(qiáng)盛西南急流；4)850 hPa與700 hPa西南急流在湘、鄂、贛3省交界匯合，強(qiáng)天氣出現(xiàn)在交匯點(diǎn)以東；5)850 hPa切變線從安徽經(jīng)湖北東南部至湖南北部，與地面冷鋒位置一致，切變線以南低空西南急流，其中南昌西南風(fēng)14 m/s，湖南中東部有18 m/s的西南急流核；切變以北為東北氣流，但風(fēng)速不強(qiáng)，僅有2～4 m/s。

圖1 2020-03-21T20：00天氣圖

20：00后冷鋒南下，強(qiáng)對(duì)流區(qū)逐漸南壓，冷暖氣流在贛北交匯，由于此時(shí)贛北上空環(huán)境條件好，SI指數(shù)達(dá)-4.3 ℃(在-3 ℃以下，易出現(xiàn)極端強(qiáng)對(duì)流天氣)，對(duì)流有效位能(CAPE)達(dá)1，608.8 J/kg，0～5 km風(fēng)垂直切變達(dá)30 m/s或以上，大氣層結(jié)表現(xiàn)極不穩(wěn)定，且不穩(wěn)定能量與風(fēng)垂直切變均達(dá)到強(qiáng)對(duì)流天氣閾值，預(yù)示贛北將出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程。而此時(shí)0 ℃層高度4236 m，-20 ℃層高度7229 m，特征層溫度適宜，對(duì)出現(xiàn)冰雹等極端強(qiáng)對(duì)流天氣十分有利。

2.2 層結(jié)條件

2020-03-21T08：00(圖2a)，南昌探空T-lnP圖顯示層結(jié)比較穩(wěn)定，CAPE為0 J/kg。21日20：00(圖2b)，CAPE為1609 J/kg，表明大氣層結(jié)由穩(wěn)定轉(zhuǎn)換為不穩(wěn)定，為對(duì)流天氣的產(chǎn)生提供了有利的不穩(wěn)定層結(jié)條件。

圖2 2020-03-21T08：00和20：00 T-lnP圖

2.3 FY4A紅外云圖

2020-03-21T18：00，湖南西部有1塊A對(duì)流云系發(fā)展，隨著高空風(fēng)朝東北方向移動(dòng)。19：00，A云系移動(dòng)至湖南北部，范圍擴(kuò)大，有所加強(qiáng)；20：00，A云系不斷延長(zhǎng)，東北段伸展至湖北境內(nèi)，形成長(zhǎng)約800 km的颮線云系，前沿抵達(dá)江西西北邊界；21：00，在颮線云系的中段(武寧西北側(cè))，有1塊對(duì)流云系B發(fā)展旺盛，云頂溫度達(dá)到-70 ℃；22：00，對(duì)流云系B猛烈發(fā)展，范圍擴(kuò)大，云頂溫度達(dá)到-80 ℃左右，從雷達(dá)回波上看，對(duì)流云系B發(fā)展成為強(qiáng)超級(jí)單體回波；22：30，武寧部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)村出現(xiàn)直徑≥5 cm的大冰雹；23：00，對(duì)流云系B橫掃武寧縣全境，造成大范圍冰雹、雷暴大風(fēng)、強(qiáng)雷電和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

由此可見(jiàn)，武寧大冰雹發(fā)生在地面冷空氣南下，中層500 hPa有明顯干區(qū)，形成“上干下濕”的垂直濕度梯度；高空低槽呈階梯槽結(jié)構(gòu)，槽前為強(qiáng)盛西南急流；850 hPa切變線與地面冷鋒位置大致重疊。T-lnP圖08：00層結(jié)比較穩(wěn)定，20：00 CAPE為1609 J/kg，大氣層結(jié)表現(xiàn)極不穩(wěn)定。武寧冰雹發(fā)生在颮線A云系中發(fā)展起來(lái)的對(duì)流B云系上，B云系對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波是強(qiáng)超級(jí)單體回波，影響武寧時(shí)造成大范圍冰雹、雷暴大風(fēng)、強(qiáng)雷電和短時(shí)強(qiáng)降水天氣[17]。

3 外來(lái)颮線回波系統(tǒng)影響

湖南境內(nèi)生成的颮線回波帶移入江西，在颮線回波帶上發(fā)展旺盛的超級(jí)單體回波造成了武寧出現(xiàn)大冰雹天氣。21日19：00(圖3a)，湖南岳陽(yáng)市西南和東北方向有對(duì)流回波發(fā)展；西南回波強(qiáng)度達(dá)到60 dBz，由于60 dBz回波面積較小，屬于強(qiáng)單體回波。20：00(圖3b)，岳陽(yáng)一帶對(duì)流回波排列成帶，發(fā)展成為颮線回波帶，其中回波帶北段(洪湖市附近)帶上強(qiáng)單體回波發(fā)展成為超級(jí)單體回波，CR達(dá)到65 dBz，強(qiáng)回波面積較大(60 dBz回波面積稱(chēng)為強(qiáng)回波面積)。21：00(圖3c)，湖南颮線朝東南方向移動(dòng)，回波帶上不斷出現(xiàn)強(qiáng)單體回波，崇陽(yáng)縣附近強(qiáng)單體回波中心強(qiáng)度達(dá)到65 dBz[18，19]。

22：00(圖3d)，颮線回波帶逼近江西邊界前沿伸入修水和武寧境內(nèi)，颮線中段發(fā)展旺盛，生成兩個(gè)超級(jí)單體回波，CR達(dá)到65 dBz，強(qiáng)回波面積較大，屬于逼近典型的冰雹超級(jí)單體。23：00(圖3e)，颮線回波帶中段西面超級(jí)單體減弱快速消失，中段東面超級(jí)單體迅速發(fā)展壯大，CR達(dá)到70 dBz，這是造成武寧鄉(xiāng)鎮(zhèn)村22：30出現(xiàn)直徑≥5 cm大冰雹的回波系統(tǒng)；由于回波帶上超級(jí)單體快速發(fā)展并朝東南方向快速移動(dòng)，造成回波帶出現(xiàn)擾動(dòng)，形成“弓狀”回波帶，并伴隨雷暴大風(fēng)等強(qiáng)天氣。22日00：00(圖3f)，“弓狀”颮線回波帶移出武寧縣，影響德安、永修等地，但回波帶上超級(jí)單體回波結(jié)構(gòu)小時(shí)，強(qiáng)度明顯減弱，地面無(wú)冰雹產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章使用常規(guī)天氣圖、探空資料、江西WebGIS雷達(dá)拼圖、南昌雷達(dá)基數(shù)據(jù)和武漢暴雨所數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等資料，對(duì)2020-03-21武寧大冰雹過(guò)程進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1)武寧大冰雹發(fā)生在地面冷空氣南下，中層500 hPa有明顯干區(qū)，形成“上干下濕”的垂直濕度梯度；高空低槽呈階梯槽結(jié)構(gòu)，槽前為強(qiáng)盛西南急流；850 hPa切變線與地面冷鋒位置大致重疊。T-lnP圖08：00層結(jié)比較穩(wěn)定，20：00 CAPE為1609 J/kg，大氣層結(jié)表現(xiàn)極不穩(wěn)定。

2)武寧冰雹發(fā)生在颮線A云系中發(fā)展起來(lái)的對(duì)流B云系上，B云系對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波是強(qiáng)超級(jí)單體回波，影響武寧時(shí)造成大范圍冰雹、雷暴大風(fēng)、強(qiáng)雷電和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

3)湖南境內(nèi)生成的颮線回波帶移入江西，在颮線回波帶上發(fā)展旺盛的超級(jí)單體回波造成武寧出現(xiàn)大冰雹天氣。颮線回波帶上有多個(gè)強(qiáng)單體回波發(fā)展，B強(qiáng)單體回波發(fā)展旺盛，中心強(qiáng)度達(dá)到65～70 dBz，形成颮線回波帶上超級(jí)單體回波，并演變?yōu)椤肮瓲睢被夭◣ЫY(jié)構(gòu)。