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摘要 利用常规资料和探空资料对2015年4月20日00：20—00：30赣州龙南县出现的一次冰雹天气过程发生的环境进行诊断分析。结果表明：①本次强对流天气过程，是在高空低槽、地面冷空气、中低层西南急流、中低层切变的相互作用下形成的。②此次冰雹的主要原因是有较大的不稳定能量累积、中低层有强风垂直切变，风向随高度顺转、中层有“干”西南急流发展、高cape值的释放使低层的水汽上升到足够的高度。③未出现大范围强降水的原因是中低层有强风垂直切变、cape值偏强和湿层不够厚。这些对发掘不同强对流天气过程中出现冰雹、大风、强降水的主要预报着眼点有一定的参考作用。

关键词 冰雹；环境特征分析；中低层切变；江西赣南

中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）02-0235-03

冰雹、大风、短时强降水等强对流天气具有过程强度大、时间长度短、造成灾害重的特点，短期预报难度较大，多年来针对强对流天气个例研究越来越多。葛润生等[1]对北京地区的一次雹暴天气进行分析：雹区主要在辐合带产生，中低层有强烈的垂直风切变。闵晶晶等[2]研究了天津一次大冰雹过程：强风垂直切变、地面辐合线和干冷平流的侵入引发不稳定能量的释放，产生冰雹灾害。王 华等[3]以发生在北京的2次强冰雹灾害过程进行研究，得出引起冰雹灾害的主要因素包含有中层冷平流、地面中尺度系统、高低空急流以及冷涡等。魏慧娟等[4]研究了河南驻马店的一次冰雹灾害天气：雹区主要在地面上升气流区及附近，降雹前不稳定能量大量堆积，同时具有合适的0 ℃层高度及-20 ℃层高度。朱敏华等[5]在分析连云港境内一次大冰雹过程时指出，强风垂直切变是产生冰雹天气的一个必要条件。林必元[6]研究了干层在不同强对流天气中的作用与表现。金米娜等[7]研究2013年3月19日江西省冰雹天气成因时指出，中层干空气输送是冰雹天气未伴随明显强降水的主要原因之一。这些都为本文对此次冰雹过程的研究打下了坚实的基础。

该文通过对2015年4月20日的冰雹过程进行诊断分析，从环境场找出此次强对流天气过程出现冰雹大风的原因，以期能够为本地的冰雹预报提供一些经验总结及借鉴。1 天气过程实况

此次冰雹过程出现在县城北郊，时间是2015年4月20日00：20—00：30，冰雹最大直径约30 mm，最大风速21.5 m/s，1 h雨量15.9 mm，造成了严重的财产损失。

在龙南发生冰雹前1～2 h，即2015年4月19日22：00—23：00，粤北的乐昌、仁化、始兴和南雄以及江西省全南县也有冰雹出现（以上5县位于龙南西偏北方向）。乐昌、仁化冰雹发生时间在22：00—23：00（有多个乡镇点不同时间发生冰雹，故时间跨度大），始兴冰雹发生时间在23：15前后，南雄冰雹发生时间约在22：00—22：30；全南冰雹发生时间约在23：15；从时间上来看冰雹的发生是先西北，后东南，这与冷锋系统的活动实况相符。

2 环流形势分析

2.1 500 hPa环流形势

4月19日20：00 500 hPa（图1a）在内蒙古东北部大兴安岭的加格达奇有一东北冷涡，高空低槽的位置在齐齐哈尔—铁岭—滨州—丹江口—西昌一带，温度槽落后于高度槽，在四川、陕西、山西、河南、河北等地及以北地区（冷涡西部）均为西北风，有明显的冷平流；副高588线位于广西、广东沿海一带，长江以南有一支大于20 m/s的西南风急流，赣州风速达到28 m/s；4月20日8：00 500 hPa为阶梯槽，齐齐哈尔—吉林—本溪、丹东—威海—盐城、孝感—张家界—毕节、普安—兴义—广南各有一低槽，19日20：00至20日8：00，随着低槽东移南压，副高588线较19日20：00位置南移入海约1个纬距，长江以南仍有一支大于20 m/s的西南风急流，赣州风速增大达到30 m/s，低槽东移带动槽后冷空气迅速南下，冷空气与槽前暖湿气流交汇，造成了此次的冰雹强对流过程。

2.2 中低层切变和低空急流

此次天气过程，中低层明显影响系统为切变线和西南急流。4月19日20：00 850 hPa（图1c）在两广地区有一个暖中心，（20 ℃线在龙岩—和平—连州）龙南位于暖中心边界北部，切变线位于盐城—南昌—衡阳—布依族苗族自治州，切变以南地区有强西南气流活动，清远—连平—永定有一西南低空急流，赣州有12 m/s西南风；4月20日8：00 850 hPa切变线东移南压到了寻乌—英德—桂平一带，已经压过龙南县，西南低空急流已经南压至广东沿海，暖中心（20 ℃线）南移至钦州—恩平—中山一带；低空西南急流不仅带来充足的水汽，而且在切变东移南压过程中，与切变北侧的偏北风交汇[1]，形成剧烈的上升运动，造成强对流天气。

2.3 地面冷锋

地面图上，造成此次强对流过程的主要影响系统是地面冷锋[2]。4月19日20：00（图1d）地面冷锋位于德兴—宁都—宁远—曲靖，处于赣州市的北边界附近；4月20日8：00地面冷锋南压至玉山—永安—河源—灵山，已经压过赣州，进入广东中北部。进一步分析地面天气图，可知冷锋锋面是于19日23：00前后压过赣州龙南（下图所示冷锋位置上一为20：00，下一为23：00），与实况中冰雹的发生时间相吻合。冷空气快速南压，对暖湿气团的抬升作用有利于激发不稳定能量释放，进而触发了冰雹过程的发生，这是一次冷锋后的冰雹大风天气过程。

2.4 中分析图

显著湿区取1 000 hPa到850 hPa相对湿度（RH）≥70%区域；500 hPa干舌选取相对湿度（RH）≤40%的区域；同时选850 hPa作温度脊，500 hPa作温度槽；对850 hPa与500 hPa的温度差（DT85）≥24 ℃分析等温差线；加上500 hPa负变温区，再加地面冷锋，850 hPa切变线，大风速带和500 hPa槽线，作4月19日20：00的中尺度分析如图2所示。可以看到，龙南处于850 hPa温度脊左前方，具有上干下湿、中层负变温，中层到低层上下一致的西南气流，有偏南风急流等特点；其中850 hPa 24 h变温2.8 ℃，500 hPa 24 h变温-0.5 ℃，高层降温，低层增温；垂直温度梯度大（850～500 hPa气温差24.4 ℃）。

3 冰雹成因分析

3.1 强风垂直切变

中低层有强风垂直切变，风向随高度顺转。4月19日8：00赣州探空图上（图3a），925 hPa为南西南风14 m/s，至850 hPa顺转为西南风16 m/s，700 hPa顺转为西风26 m/s；20：00 925 hPa为南西南风12 m/s，至850 hPa顺转为西南风12 m/s，700 hPa顺转为西风22 m/s。8：00—20：00（图3b），低层不仅有强风速切变，还有明显风向切变。冰雹是强对流性天气，冰雹发生前，大气层结一定具有强的风垂直切变[2-5]，这是由于上下气层间巨大的风向与风速切变，将导致干冷空气更容易被带入参与对流活动，而干冷空气有利于对流区上升气流的加强和维持，伴随着上升气团中的水汽大量凝结，又会释放出巨大的凝结潜热，使得上升运动得到加强。

3.2 层结资料分析

8：00 θse 850 hPa-θse 700 hPa=74.4-70.4=4 ℃，到20：00 θse 850 hPa-θse 700 hPa=78.6-68=10.6 ℃>10 ℃，θse下层增加，上层减少，上下层的层结不稳定度明显加强。

沙氏指数8：00 SI=-0.31 ℃，到20：00增长到了-6 ℃

8：00和20：00 k指数均维持在高位，分别为39 ℃和38 ℃，明显大于江西强对流天气易发阈值34 ℃。

850 hPa 24 h变温2.8 ℃，500 hPa 24 h变温-0.5 ℃，高层降温，低层增温，增加了层结的不稳定。

4月19日8：00 Cape=0.6 J/kg，到20：00赣州站Cape已然高达2 094.5 J/kg，这表明赣州上空在20：00有了大量的不稳定能量累堆积，从而为冰雹的生成提供了能量条件。

上述层结条件均表明赣州站4月19日20：00的大气层结处于一个非常不稳定的状态。

3.3 水汽条件

4月19日8：00 990～699 hPa的T-Td≤2 ℃，20：00在877～736 hPa的T-Td≤3 ℃，2个时次的比湿都在11～16 g/kg之间（把比湿大于10 g/kg的区域认为是高湿度区），而对比2个时次850 hPa以下层结可以看到湿度是明显降低的，到20：00，850 hPa以下上升曲线接近干绝热线，显示850 hPa以下有一个干层；500 hPa附近T-Td也从8：00的8 ℃上升到11 ℃，显示500 hPa附近的干层也是处于发展中，中层干层的发展有利于冰雹过程。

假相当位温θse反映空气中显热和潜热含量即能量的多少，8：00 θse 850 hPa=74.4 ℃>70 ℃，20：00 θse 850 hPa=78.6 ℃>70 ℃，这表明赣州站在4月19日8：00—20：00中低层大气满足高温、高湿的条件。

500 hPa 19日8：00（图4a）至20：00（图4b）长江以南有一支大于20 m/s的西南风急流，20：00赣州风速增大达到30 m/s，而从相对湿度场可以看到，8：00赣州以南广大区域是一个相对湿度≤20%的干区，而到20：00随着西南风的继续加强，干区明显北抬促使赣州地区的中层湿度进一步降低。强烈的干急流有利于平流作用加强，在同一时间可以输送更多的干空气到达赣州上空，使赣州地区的热力不稳定快速增长[6]，同时中层的干空气侵入有利于雨滴蒸发，上升气流在雨滴减小和减少后将得到增强，冰雹将得到进一步的增长；中层的强干空气入侵有利于垂直切变的发展、雹云的增长和冰雹的形成。

3.4 0 ℃层和-20 ℃层高度

冰雹的产生需要比较适合的0 ℃层和-20 ℃层高度，如太高，强上升气流难以到达冰相混合层。而太低，水汽迅速凝结，降水粒子的拖曳作用将使对流不易发展。0 ℃层高度在600 hPa上下，有利于降雹，-20 ℃层高度在400 hPa附近或以下，有利于降雹。一般情况下-20 ℃层与0 ℃层之间的厚度较小（小于160 hPa）也有利于降雹。

赣州4月19日20：00 0 ℃层高度5 044.1 m，-20 ℃层高度7 990 m，二层高度差2 945.9 m；4月20日8：00 0 ℃层高度4 354.7 m，-20 ℃层高度7 994.6 m，二层高度差3 639.9 m。此次过程中，0 ℃层高度从19日20：00到20日8：00赣州下降了689.4 m。对比江西历年3—4月几次比较明显的冰雹过程（表1），0 ℃层高度在4 000～4 300 m，平均4 207 m，-20 ℃层高度在6 900～7 300 m，平均7 171 m，二层高度差2 964 m。然而，本次冰雹过程发生前19日20：00赣州站探空资料中0 ℃层和-20 ℃层高度均明显大于平均值。

3.5 冰雹过程的触发

虽然本次过程的0 ℃层和-20 ℃层高度均大于平均值，但CAPE值相较另2次冰雹过程同样明显偏高；对流有效位能（CAPE）是风暴潜在强度的一个重要指标，其数值越大，表明CAPE值释放后形成的上升气流就越强，而且根据赣州4月19日20：00 CAPE值为2 094.5 J/kg，20日8：00探空图CAPE值为32.2 J/kg，能量基本释放完，说明其上升速度是非常大的。这将低层的水汽输送到足够高的高度，在拥有高CAPE值的情况下，空气块稍微受到扰动便能上升到自由对流高度上，极容易产生强对流天气。

对流有效位能是一种潜在能量，当具有对流有效位能高值的气块被上升运动抬升到自由对流高度以上时，对流有效位能才能转换为对流运动的动能—对流上升速度。本次过程中，地面冷空气快速南压，迫使南方暖湿气团迅速抬升，激发了不稳定能量释放，而高cape值又使得气块能够上升得更高，从而在0 ℃层和-20 ℃层高度均明显偏高的情况下，触发了冰雹过程的发生，这是一次冷锋后的冰雹过程。

3.6 强降水偏少原因

湿度层厚度不高，强降水多出现在湿层厚度升至500 hPa高度以上的强天气过程，本次过程877～736 hPa湿度条件都较好，这为冰雹的形成提供了充足的能量和水汽条件，但850 hPa以下有一个干层，736～500 hPa附近湿度也不理想。上下2层的干层使得降水粒子在到达地面形成降雨之前被消减。林必元[6]在《暴雨过程中干层的研究》一文中指出，2～3 km厚度的干中层条件下，也能产生强降水，但此次过程的干层超过4 km，并且从19日8：00—20：00干层一直处于发展过程中。湿层整体较薄，中层有干层发展是不出现强降水的一个主要原因[7]。

4月19日8：00 Cape=0.6 J/kg，到20：00赣州站Cape已然高达2 094.5 J/kg，cape值偏强可能是造成强降水偏少的原因之一，强大的cape值，可以使得上升云块加速通过暖云层，造成暖云层内的水分累积不够，从而降低了降水效率。

中低层弱的风垂直切变可以使上升气流产生倾斜，从而使得上升气流与下沉气流错开，这样上升运动可以得到不断发展，对强降水有利。但强风垂直切变[2-5]，有利于干冷空气的卷入，这时空气中的水汽大量凝结，从而释放出大量的潜热，上升运动得到加强，降水效率明显降低。从前面分析看到，此次冰雹过程的风垂直切变是很强的，可能是造成强降水偏少的原因之一。

4 结论与讨论

（1）本次强对流天气过程，是在高空低槽、地面冷空气、中低层西南急流、中低层切变的相互作用下形成的。迅速南下的冷空气与南方暖湿气流共同作用，冷锋主要是为对流提供一个抬升机制，空气团很快达到自由对流高度（LFC），导致了这次强烈的天气过程。

（2）此次冰雹大风天气的主要原因是有较大的不稳定能量累积、中低层有强风垂直切变，风向随高度顺转、中层有“干”西南急流发展、高cape值的释放使低层的水汽上升到足够的高度。

（3）此次过程强降水情况不明显的原因是中低层有强风垂直切变、cape值偏强和湿层不够厚。

5 参考文献

[1] 葛润生，姜海燕，彭红.北京地区雹暴气流结构的研究[J].应用气象学报，1998，9（1）：1-7.

[2] 闵晶晶，刘还珠，曹晓钟，等.天津“6.25”大冰雹过程的中尺度特征及成因[J].应用气象学报，2011，22（5）：525-536.

[3] 王华，孙继松，李津.2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析[J].气象，2007，33（2）：49-56.

[4] 魏慧娟，方向明，贾文秀.驻马店一次冰雹天气过程的诊断分析[J].安徽农业科学，2011，39（31）：19453-19456.

[5] 朱敏华，俞小鼎，夏峰，等.强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析[J].应用气象学报，2006，17（2）：215-223.

[6] 林必元.暴雨过程中干层的研究[J].应用气象学报，1996，7（4）：491-495.

[7] 金米娜，陈云辉，许爱华，等.2013年3月19日江西省冰雹天气成因分析[J].暴雨灾害，2013，32（2）：158-166.