婁底市一次冰雹天氣過(guò)程分析

張寒嫣　肖詩(shī)堯　馬琴　鄧梅　李志斌　陳鐵軍　楊婷

摘要 根據(jù)常規(guī)氣象觀測(cè)資料、FY-4A衛(wèi)星資料、風(fēng)云地球資料及雷達(dá)資料等，分析了2022年7月28日婁底市北部一次冰雹天氣。結(jié)果表明：此次冰雹天氣過(guò)程發(fā)生在上干冷、下暖濕的較強(qiáng)不穩(wěn)定環(huán)境，前期地面增溫累積了熱力不穩(wěn)定能量，地面輻合線等觸發(fā)了中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。強(qiáng)回波懸垂、三體散射、VIL異常高值等都是出現(xiàn)冰雹天氣時(shí)的典型特征；在分析冰雹的常規(guī)氣象資料的基礎(chǔ)上，利用WBZ層高度和風(fēng)云地球衛(wèi)星等新型資料追蹤冰雹天氣發(fā)生的潛勢(shì)與發(fā)展，對(duì)預(yù)判冰雹的強(qiáng)度和落區(qū)具有較好的指示作用。

關(guān)鍵詞 冰雹；中尺度分析；強(qiáng)對(duì)流天氣

中圖分類號(hào)：P458.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）06–0076-03

冰雹是強(qiáng)對(duì)流天氣之一，具有發(fā)展尺度小、持續(xù)時(shí)間短、局地性強(qiáng)、強(qiáng)度大、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來(lái)，氣象工作者對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣頗有研究。唐佳等[1]對(duì)湖南一次大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析得出，在雷達(dá)產(chǎn)品上冰雹發(fā)生時(shí)具有典型的三體散射特征。湯興芝

等[2]通過(guò)研究得出強(qiáng)冰雹產(chǎn)生在上干冷、下暖濕、低空輻合、高空輻散的環(huán)流背景下，地面中尺度輻合和“喇叭口”的有利地形，給冷鋒前暖區(qū)對(duì)流性天氣提供了觸發(fā)機(jī)制。陸飛等[3]對(duì)江蘇中南部一次強(qiáng)冰雹過(guò)程進(jìn)行分析，指出在盛夏副高西南側(cè)暖濕不穩(wěn)定氣流的作用下，獲得的不穩(wěn)定能量最多，冰雹的范圍和強(qiáng)度最大。周長(zhǎng)青等[4]指出在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生潛勢(shì)已具備的條件下，針對(duì)冰雹天氣，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注大于60 dBz強(qiáng)回波垂直擴(kuò)展的高度、三體散射、VIL高值區(qū)的持續(xù)維持等。覃皓等[5]對(duì)廣西一次大范圍冰雹天氣分析指出對(duì)流云團(tuán)呈“長(zhǎng)橢圓”形，具有發(fā)生區(qū)域性冰雹天氣的典型特征。

1 婁底市冰雹天氣特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近50年婁底市共計(jì)發(fā)生冰雹天氣164次，主要集中在2—5月，其中，以3月最多（占全年的34.1%），10月發(fā)生次數(shù)最少，為0次。7月發(fā)生冰雹次數(shù)僅占全年的2.4%。婁底市對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的相關(guān)研究較少。因此，根據(jù)常規(guī)氣象觀測(cè)資料、中小尺度自動(dòng)站資料、FY-4A衛(wèi)星資料、風(fēng)云地球資料以及邵陽(yáng)站雷達(dá)資料等，對(duì)此次冰雹天氣的形成、發(fā)展以及典型特征進(jìn)行分析，以期更好地了解此類天氣的發(fā)生發(fā)展機(jī)制和總結(jié)預(yù)報(bào)預(yù)警經(jīng)驗(yàn)。

2 天氣過(guò)程實(shí)況

2022年7月28日，江蘇、安徽、江西北部以及湖南中東部等地一帶有強(qiáng)對(duì)流天氣。婁底地區(qū)于12：00左右開(kāi)始有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展，12：00～16：00出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)及冰雹，最大小時(shí)雨強(qiáng)為32.7 mm（28日14：00～15：00），出現(xiàn)在漣源市東北部七星街鎮(zhèn)雷鳴站；極大風(fēng)速達(dá)到13.3 m/s；14：50～15：05，漣源市北部伏口鎮(zhèn)良響村出現(xiàn)冰雹，一般如大拇指大小，極少數(shù)如雞蛋大小。此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程導(dǎo)致漣源市6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)房、農(nóng)作物受損。其中，受災(zāi)人口157人，緊急避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移5人，轉(zhuǎn)移安置71人，農(nóng)作物受災(zāi)面積為7 hm2，房屋倒塌4戶14間，嚴(yán)重?fù)p壞5戶20間，一般損壞31戶58間，直接經(jīng)濟(jì)損失131.5萬(wàn)元。

3 天氣形勢(shì)分析

3.1 中尺度分析

28日08：00 500 hPa有一高空槽自河南，經(jīng)湖北、湖南，至貴州、云南一帶，湖南大部分地區(qū)均處于槽前旺盛的西南急流，高空急流起到抽吸作用；700 hPa婁底地區(qū)位于低層切變的西南急流；850 hPa湘中和湘北地區(qū)呈一條東北—西南向的低空切變線，在切變線以南的地區(qū)，自廣西到湖南中部有顯著的西南氣流輸送暖濕空氣，高低空急流的耦合為強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展提供了有利的抬升和水汽條件；925 hPa上湘北至湘西有風(fēng)速輻合；14：00，地面風(fēng)速輻合線處在湘中一帶，觸發(fā)了中尺度對(duì)流雨團(tuán)的生成與發(fā)展（圖1）。同時(shí)，前期地面最高溫度普遍攀升至35 ℃及以上，有利于大氣熱力不穩(wěn)定能量的積聚。此外，500 hPa上湖南大部分地區(qū)為溫度露點(diǎn)差≥20 ℃的顯著干區(qū)所覆蓋，850 hPa上婁底地區(qū)為溫度露點(diǎn)差≤2 ℃的顯著濕區(qū)所覆蓋，850 hPa與500 hPa溫度差超過(guò)25 ℃，表明該地區(qū)大氣上干冷、下暖濕的結(jié)構(gòu)非常明顯，垂直溫度遞減率高，有利于觸發(fā)對(duì)流不穩(wěn)定能量的釋放。再結(jié)合地面3 h變壓分布來(lái)看，地面輻合線附近出現(xiàn)了3 h變壓異常偏低值區(qū)，有利于推動(dòng)中尺度系統(tǒng)的發(fā)展、加強(qiáng)，與實(shí)況對(duì)流發(fā)生區(qū)域有所對(duì)應(yīng)[6]。

此次過(guò)程主要是高空槽、高空急流配合低層切變線、超低空輻合線，以及一定的能量條件觸發(fā)了婁底市漣源北部局地強(qiáng)對(duì)流天氣，同時(shí)漣源北部山區(qū)海拔較高，冰雹易出現(xiàn)在海拔較高的山區(qū)，需考慮地形在該過(guò)程中對(duì)降水增幅和對(duì)流加強(qiáng)的作用。

3.2 環(huán)境條件

大氣的熱力狀態(tài)和動(dòng)力過(guò)程，以及熱力過(guò)程中各種物理量的變化等，可通過(guò)大氣熱力學(xué)圖解加以描述，因此分析T-lnP圖對(duì)預(yù)測(cè)和判斷強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程具有重要的指示意義。從物理參數(shù)來(lái)看，長(zhǎng)沙站08：00的對(duì)流有效位能CAPE較高，達(dá)到了388.3 J/kg，K指數(shù)21 ℃較小。這可能是由于700 hPa濕度較小，導(dǎo)致（T-Td）700變大，K指數(shù)小，沙氏指數(shù)（SI）為-0.91 ℃；懷化站CAPE高，達(dá)到了530.2 J/kg，K指數(shù)為39.2 ℃，沙氏指數(shù)（SI）為-4.31 ℃，20：00懷化站CAPE值達(dá)到了2 560.9 J/kg。

08：00長(zhǎng)沙站0 ℃和-20 ℃層高度分別為5 319和8 691 m，懷化站0 ℃和-20 ℃層高度分別為5 137和8 822 m。同時(shí)，根據(jù)研究，冰雹融化層更接近濕球溫度0 ℃（WBZ）層，WBZ層高度在2.0～4.5 km之間可能出現(xiàn)冰雹[7]。08：00，長(zhǎng)沙站、懷化站W(wǎng)BZ高度分別為4 270和4 808 m。綜上，0 ℃-20 ℃層和WBZ層高度對(duì)于婁底地區(qū)來(lái)說(shuō)偏高，在降雹過(guò)程中可能出現(xiàn)一定的融化，致使降落冰雹普遍不大，只有極少數(shù)的冰雹如小雞蛋般大小。

進(jìn)一步分析長(zhǎng)沙站28日08：00 T-lnP探空曲線，500 hPa高度左右的溫度露點(diǎn)差明顯增大，呈上干下濕的“喇叭口”狀（表1）。再結(jié)合2個(gè)探空站08：00的垂直水汽分布圖，上干下濕的特征非常明顯。2個(gè)探空站的風(fēng)向與風(fēng)速隨高度發(fā)生變化，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有明顯的暖平流。垂直風(fēng)切變的大小和方向變化會(huì)極大地影響對(duì)流性風(fēng)暴的組織、結(jié)構(gòu)和演變，可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層的冷空氣外流，再通過(guò)強(qiáng)迫抬升使得流入的暖濕氣流更強(qiáng)烈地上升，從而加強(qiáng)對(duì)流[8]。

4 MCS特征分析

這是一次中尺度對(duì)流云團(tuán)生成—發(fā)展—東移消散的過(guò)程，分析2022年7月28日14：00、14：30的FY4A紅外衛(wèi)星云圖可知，14：00上游的回波主要影響婁底市西部，北部主要受處在益陽(yáng)、長(zhǎng)沙一帶的回波影響，14：30兩塊回波合并并加強(qiáng)，漣源北部位于云團(tuán)東側(cè)溫度梯度最大處。由15：00湖南地區(qū)衛(wèi)星云頂溫度分布圖可知，漣源北部地區(qū)的云頂溫度在-60 ℃以下，云頂延伸高度極高，對(duì)流發(fā)展旺盛。

分析中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）覆蓋面積和最低亮溫、平均亮溫曲線可知，自13：15開(kāi)始，MCS的覆蓋面積逐漸增大，在14：25左右有一次躍增，對(duì)應(yīng)云圖上2塊對(duì)流云團(tuán)的合并且加強(qiáng)。而最低亮溫在14：25和15：00左右有2次驟降，也表明了云頂高度升高，對(duì)流的發(fā)展加強(qiáng)。衛(wèi)星云圖對(duì)中小尺度系統(tǒng)的觀測(cè)具有一定的參考價(jià)值，冰雹往往發(fā)生在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)移動(dòng)方向的正前方，發(fā)生在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)梯度最大的位置。

5 雷達(dá)特征分析

7月28日13：00～16：00在對(duì)流云團(tuán)的移動(dòng)路徑上，短時(shí)強(qiáng)降水與雷雨大風(fēng)齊發(fā)，14：50～15：05漣源市伏口鎮(zhèn)良響村出現(xiàn)了冰雹，一般的如大拇指大小，極少數(shù)的如小雞蛋大小?，F(xiàn)利用邵陽(yáng)雷達(dá)觀測(cè)資料分析此次過(guò)程的雷達(dá)演變特征。

從組合反射率因子演變圖可以看出，回波自西南向東北方向移動(dòng)（圖3）。14：22在漣源的伏口鎮(zhèn)附近有強(qiáng)反射率因子（≥60 dBz）并有所維持，同時(shí)也具有一定的鉤狀回波特征，入流一側(cè)的反射率因子梯度進(jìn)一步增大，14：56回波東移并有所減弱。垂直積分液態(tài)水含量（VIL）的異常大值對(duì)冰雹的預(yù)測(cè)具有一定的指示意義[9]。從VIL的演變來(lái)看，14：28 VIL出現(xiàn)躍增，達(dá)到50 kg/m2以上，14：34 VIL增大至65 kg/m2以上，隨后VIL在55 kg/m2以上并維持至14：50。

從14：45不同仰角的反射率因子圖可看出，高仰角（4.3°）的基本反射率因子回波形態(tài)在伏口鎮(zhèn)附近呈三體散射特征，強(qiáng)回波伸展高度也達(dá)到9 km左右。再分析14：48的反射率因子剖面圖，50 dBz以上的回波伸展至9 km左右，在-20 ℃層高度以上；強(qiáng)回波中心值≥65 dBz，強(qiáng)回波發(fā)展旺盛。中低層存在明顯的弱回波區(qū)，其上為回波懸垂，懸垂回波質(zhì)心在6 km左右，低質(zhì)心的強(qiáng)回波表現(xiàn)為強(qiáng)降水，在漣源市東北部七星街鎮(zhèn)雷鳴站出現(xiàn)了32.7 mm/h（28日14：00～15：00）的短時(shí)強(qiáng)降水。從速度圖上分析，在中低層出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，逆風(fēng)區(qū)南側(cè)存在弱的風(fēng)向輻合，但總體來(lái)看，速度圖上沒(méi)有明顯的冰雹特征。

6 結(jié)束語(yǔ)

從潛勢(shì)分析來(lái)看，此次冰雹天氣過(guò)程是發(fā)生在上干冷、下暖濕的較強(qiáng)不穩(wěn)定環(huán)境中，前期地面增溫，累積了熱力不穩(wěn)定能量，地面輻合線等觸發(fā)了中小尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。強(qiáng)回波懸垂、三體散射、VIL異常高值等都是冰雹天氣出現(xiàn)時(shí)的典型特征。

0 ℃-20 ℃層和WBZ層高度略偏高時(shí)，在降雹過(guò)程中可能出現(xiàn)一定的融化，致使冰雹普遍不大。在分析冰雹常規(guī)氣象資料的基礎(chǔ)上，利用WBZ層高度和風(fēng)云地球衛(wèi)星等新型資料，追蹤冰雹天氣發(fā)生的潛勢(shì)與發(fā)展，對(duì)預(yù)判冰雹的強(qiáng)度和落區(qū)具有較好的指示作用。

冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的判斷和短臨預(yù)報(bào)預(yù)警主要依賴對(duì)雷達(dá)資料的分析和短臨監(jiān)測(cè)，應(yīng)開(kāi)展有關(guān)新一代天氣雷達(dá)資料的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)多源資料的快速融合分析和增強(qiáng)在短臨監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的綜合應(yīng)用能力。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of A Hail Weather Process in Loudi City

Zhang Han-yan et al（Loudi Meteoro-logical Bureau， Hunan Province， Loudi， Hunan 417000）

Abstract Based on conventional meteorological observation data， FY-4A satellite data， wind cloud earth data and radar data， analyzed a hail weather in northern Loudi on July 28， 2022. The results showed that the hail weather process occurred in a strong unstable environment of dry and cold at the top and warm and wet at the bottom. The early ground warming accumulated thermal unstable energy， and the ground convergence line triggered the occurrence and development of small and medium-sized systems. Strong echo overhang， three-body scattering and VIL abnormal high value were typical characteristics of hail weather; On the basis of analyzing the conventional meteorological data of hail， using WBZ layer height and Fengyun Earth satellite and other new data to track the potential and development of hail weather， which has a good indication for predicting the intensity and falling area of hail.

Key words Hail; Mesoscale analysis; Severe convective weather

基金項(xiàng)目 婁底市氣象局天氣復(fù)盤(pán)專項(xiàng)（LDQX2023001）。

作者簡(jiǎn)介 張寒嫣（1999—），女，湖南長(zhǎng)沙人，助理工程師，主要從事短臨天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等工作。

收稿日期 2023-03-23