湘西南一次局地风雹天气过程分析

张钊 张俊利 王晶晶

摘 要：本文利用常规观测资料、NCEP再分析资料、数值预报模式、闪电定位资料等，分析探讨了2018年3月4日发生在湖南省邵阳市一次局地风雹天气过程。结果表明：本次过程在500hPa高空槽、中低层切变线与西南急流、地面中尺度气旋等共同作用下发生的；强对流发生前，地面存在明显的露点锋，且在邵阳地区上空维持近4h；08：00实况探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指数结合数值预报模式探空、红外云图与1.25km可见光云图上的中尺度对流复合体发生发展东移，对午后的风雹天氣具有一定参考意义；从对温度平流、比湿、假相当位温等物理量分析可以看出，此次强对流天气大气层结不稳定明显，对流层中部有明显干冷平流入侵，与低层暖湿平流叠置形成不稳定区域，假相当位温上也能明显看出大气不稳定特征；从对闪电资料分析可以看出，此次过程在强对流云团移入邵阳之前，云团中的负地闪特征明显，云团移过雪峰山脉之后，又有再次加强发展的一个特征，由此可以得出，如果在雪峰山脉以西地区有较强的负地闪，未来3～5h要加强防范邵阳地区的风雹天气。

关键词：中尺度气旋；露点锋；负地闪

中图分类号：S164 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190515056

基金项目：湖南省气象局预报员专项“邵阳地区雷雨大风预报预警技术指标研究”（项目编号：XQKJ19C007）引言

强对流天气包括冰雹、雷暴大风、短时强降水等，具有生成时间快、致灾性强等特点，实时监测和预报分析难度均比较大。近年来[1-8]已经有许多学者对强对流天气进行相关研究工作，陈凤英[9]等对江西一次早春冷锋风雹天气过程进行分析，孙家骏等[10]对辽宁省朝阳市8.16一次局地风雹天气过程进行分析，童红梅等[11]对发生在鄂东一次局地风雹过程成因进行分析。湖南省邵阳市处于湘西南，多丘陵山区，春夏之交强对流天气频发，对春季农作物及农业生产影响非常大。

本文利用常规观测资料、NCEP再分析资料、数值预报资料、闪电定位资料等，对2018年3月4日发生在湖南省湘西南的邵阳市局地风雹天气过程成因进行分析探讨，为湘西南风雹天气的监测和预警提供参考。

1 天气实况

2018年3月4日16：00—19：00，湖南省邵阳市洞口县高沙镇、武冈市湾头桥镇和荆竹铺镇、邵阳县白仓镇、金称市镇、蔡桥乡、塘田市镇等乡镇遭受了比较严重的冰雹、雷暴大风等袭击。其中，16：00县高沙镇出现冰雹与雷暴大风，碗口粗的树木被吹断，大棚被摧毁，很多瓦房被砸烂，造成房屋进水，路灯被吹倒，部分区域电力中断，部分农作物几乎全部被毁，17：48、17：49洞口站出现21m/s雷暴大风，持续时间2min；17：40武冈市境内出现雷暴大风与大冰雹，湾头桥镇至荆竹铺镇沿线农作物造成了重大损失；18：00—19：00，邵阳县境内出现10～18mm左右冰雹，冰雹降落持续8～10min左右，受此次冰雹灾害天气影响，农作物受灾严重的有金称市镇、塘田市镇、白仓镇、金江乡、谷洲镇5个乡镇。

根据邵阳市民政局统计，此次风雹灾害造成受灾总人数22915人，紧急转移安置98人，其中农作物受灾面积592hm2、绝收面积85hm2，倒塌房屋18间、严重损害房屋130间，直接经济损失达973万元。

2 环流背景分析

2018年3月4日08：00，500hPa， E100°～150°范围内N40°以南地区环流呈西低东高形势，海上高压脊位于E130°，我国四川、云南、贵州一带有高空槽东移，槽前的广西、湖南、江西、浙江一带西南风强盛，中心最大风速达42m/s，500hPa高空急流轴附近有利于西南暖湿气流上升凝结潜热释放，有利于锋生加强；700hPa，≥20m/s的西南急流主要位于广东广西一带，湖南风速在14～18m/s，随着高空槽东移北缩，≥20m/s的西南急流向北推进到湖南中部地区，在湘西南地区形成明显的风速辐合；850hPa，湘中及以南地区的西南急流≥20m/s，与500hPa温差≥27℃，大气层结不稳定，≥20m/s西南急流在高空槽东移带动下向偏东方向移动，在急流左侧，湘西南地区形成辐合；925hPa，有强盛的超低空南风急流。700hPa以下辐合区的空间位置较一致，有利于形成低层强辐合，从而有利于形成强烈的上升气流。

地面图上08：00贵州地区有一低压中心，低压倒槽伸向湖南、湖北、安徽等地区，在低压倒槽控制下，地面增温增湿显著，湘西南地区露点温度高，其中洞口、武冈、邵阳县地面露点温度达到16～17℃，随着高空槽东移北缩，带动北方冷空气南下侵入倒槽内引起斜压锋生，冷暖气流激烈交汇，触发此次风雹天气。

3 中尺度系统对风雹天气触发作用

利用地面10min极大风分析中尺度系统：从国家站与区域站的10min极大风分布来看，在风雹天气发生前，邵阳市南部地区西南风极大风速达到12m/s以上，洞口、武冈、邵阳县等地区有一条中尺度辐合带，辐合带北侧有偏东气流与南部的西南气流汇合，15：10在武冈地区形成了中尺度气旋中心，中尺度气旋在邵阳中部地区维持近2h，气旋中心南部为强盛的西南风，为风雹天气发生提供了有利的水汽条件和动力辐合条件；17：50，中尺度气旋向东移动到武冈东部与新宁地区，中尺度环流系统具有有组织性特征，前部偏东入流气流形成的强烈上升气流及后侧偏北气流入侵形成的强烈下沉气流，此时洞口出现了22m/s极大风速；18：40，中尺度气旋移动到邵阳县西南地区，邵阳县西南部地区风速开始增大到10m/s，该中尺度气旋在邵阳县地区维持到19：00，邵阳县部分乡镇出现10～18mm冰雹；19：10开始，极大风速开始减小，中尺度气旋消失，风雹天气结束。

4 地面干线触发风雹天气

干线又称露点锋，垂直伸展仅达地面以上1～3km，干线是一条水平方向上的湿度不连续线，其一侧是暖而干的空气，另一侧是冷而湿的空气。从14：00—20：00地面露点温度场可以看出，风雹天气发生前，14：00洞口、邵阳县、武冈站的露点温度达16～17℃，地面图上湘西南地区存在显著露点锋，14：00图上，邵阳市西南部有低值露点锋区向邵阳东部侵入， 15：00，从湖南东北部到西南部形成一条东北西南向的露点锋，露点锋在邵阳上空维持近4h，在18：00—19：00露点锋触发了强对流天气。露点锋有利于强对流天气的发生发展。

5 实况探空与模式探空物理量参数对比分析

5.1 实况探空

本文选取实况探空里面的强天气威胁指数（SWEAT）、600hPa起下沉对流有效位能DCAPE600、对流有效位能CAPE、K指数、SI指数、LI指数、垂直风切变Vws等来分析此次强对流天气发生前后相关物理量参数变化的特征。

从表1和表2怀化、长沙2个站物理量参数表可以看出，4日08：00，怀化、长沙SWEAT指数分别达到354、488.3，朱乾根等提出，发生龙卷的SWEAT临界值为400，发生强雷暴的SWEAT临界值为300，20：00，怀化和长沙的SWEAT分别降低为142.3、269.4，说明08：00怀化和长沙的SWEAT对于预报强对流天气具有一定参考意义；从DCAPE600来看，08：00，怀化和长沙的DCAPE600分布达到1055、990.8，20：00DCAPE600分别降低为621.2、175.9，可以看出08：00DCAPE600对于午后的大风预报有参考意义；从CAPE来看，08：00，2站的CAPE分别为0.0、454.9，20：00，CAPE分别为856.3、6.6；从K指数看，08：00，2站K指数分别为29、34，20：00，K指数为32、27；从SI指数来看，08：00 2站分别为-3.2、-6.1，20：00升高为1.7、9.0，SI指数对强对流天气有参考意义，当2站SI指数低于-3时，当天即可考虑有强对流天气发生；从LI看，08：00，怀化站的LI指数7.6，文献指出LI为正时，其值越大，正的不稳定能量面积也愈大，爆发对流的可能性也愈大；从Vws看，08：00，2站的垂直风切变分布达到1.4、1.8，20：00 2站垂直风切变分析降低到0.9、1.0，一定的垂直风切变是强对流发生的必要条件。

从以上分析可以看出，早晨08：00时探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等指数对午后的强对流天气具有明显参考意义。

5.2 数值预报模式探空

利用3日08：00起报的4日20：00ECMWF_THIN、GRAPES_GFS的57758、57860站物理量参数进行对比分析，探讨模式探空对强对流天气预报性能。从SWEAT看，两家模式SWEAT均>300，ECMWF_THIN模式要大于GRAPES_GFS；从DCAPE来看，ECMWF_THIN模式对洞口站预报值高达548.6，GRAPES_GFS预报值仅为2.2和3.1；从CAPE看，ECMWF_THIN模式对两站预报值高达862.5、919，而GRAPES_GFS的预报值则比ECMWF_THIN模式偏低；从K指数看，ECMWF_THIN模式预报值分布为36.2和38.3，而GRAPES_GFS仅为31～32；从SI指数看，ECMWF_THIN模式预报值达到-3、-4，而GRAPES_GFS仅为-1.03、-0.84。

从对模式探空的物理量参数对比分析可以看出，ECMWF_THIN模式的物理量参考意义较GRAPES_GFS模式有重要的参考意义。

6 暖区中形成的中尺度对流复合体

6.1 红外云图

从红外云图看，15：00，湖南北部、湖北、江西等地区存在暖锋云系，其覆盖范围广，在湖南中西部地区云系边界清晰，呈西北东南向直线形状，在其左侧暖区中，有垂直于其边界的锯齿状对流云系在发展，15：30，对流云系A发展呈椭圆形状，位于怀化中部偏南地区，16：00，对流云系向东部邵阳地区发展，云系长宽之比减小，云顶亮温最低达237.97K；16：30，此对流云系发展呈近似圆形，其边界光滑整齐，17：00，此对流云系A呈圆形，云顶亮温最低达236.07K，17：30，对流云系A向东方向移动，在西南气流作用下，其形状变为近似长方形，从FY2G对流层上部湿度看，对流云系边缘等值线密集，从实况看在17：50在对流云系后部出现22m/s的极大风速。

6.2 1.25km可见光云图

从1.25km可见光云图看，初始阶段，随着高空槽带动冷空气东移，地面西南倒槽发展造成下垫面强烈加热，14：00，在贵州到湖南西部地区有开口细胞状云系发展，湘西南地区地面极大风速达到10m/s，受地面强烈偏南风影响，有积云或积云线发展；14：30，从极大风速来看，贵州到湖南西部地面转为一致西南风，细胞状云系发展成积云线，云系呈云街形状，说明地面存在气流辐合，在辐合线上有积云发展；15：00在700hPa强烈西南急流引导下，右侧箭头所指处的积云东北部出现卷云羽特征，积云西南部色调白亮，边界清晰，云顶表面纹理不均匀，有对流泡在快速发展；发展阶段，15：30时，此对流云团快速东移至怀化中南部，呈椭圆形状，图中南部箭头所指处有对流泡强烈发展，云顶呈不规则、不均匀纹理，从15：00—16：00 1h降水量看，在积云西南部对流泡强烈发展地区的怀化市会同县青朗区域站出现35.2mm短时强降水；成熟阶段，16：00，对流云团位于怀化市会同县，随着引导气流向偏东方向移動，图中白色方框处对流云团宽度增加，呈近圆形分布，云团西南部1处的对流泡数量较前一时次增加，说明对流层近地面层有强烈的暖湿气流流入对流云团，使云团强烈发展，2处卷云羽清晰，16：30时，对流云团快速东移至邵阳市绥宁县和洞口县西部雪峰山，从16：00—17：00 1h降水量看，受雪峰山脉迎风坡抬升和对流云团共同影响，≥20mm短时强降水区域站有6个，主要位于雪峰山脉西侧迎风坡地区的怀化市会同县；17：00，对流云团随700hPa引导气流向东偏北方向移动，此时对流云团主要位于雪峰山脉以东地区，云团边缘出现横向波动云系，17：30时，对流云团向洞口东部发展，受近地面偏南急流影响，在洞口县东部地区有一呈现近圆形的对流泡（上冲云顶），相当黑体温度最低为239K，从实况来看，17：40 左右，武冈湾头桥镇出现龙卷风加大冰雹等天气，17：48时洞口站出现9级大风。消散阶段：18：00开始对流云团移出邵阳，趋于结束。

7 闪电资料分析

从1h闪电资料分析可以看出，15：00，在贵州与怀化交界地区有零星负地闪，16：00，负地闪区域向东移动到怀化中部偏南地区，负地闪数量急剧增加，17：00，负地闪向东加强发展到雪峰山脉以西地区，且面积增加，有正地闪出现，18：00，负地闪区域向东移动到邵阳洞口、绥宁地区，较前一时次相比，此时负地闪显著减小，这与积雨云移过雪峰山脉有一定关系，19：00，负地闪区域明显向东移动到邵阳县境内，且伴有一定的地闪，负地闪与前一时次相比有一定增加，此后，随着云系东移出邵阳，负地闪数量和面积明显减小。

8.1 温度平流分析

从温度平流与比湿的相互配置来看，4日14：00，500hPa贵州到湖南西部地区有负温度平流，湖南西部负温度平流区域最小值达到-12×10-6℃/s，邵阳地区比湿≤2g/kg，说明此时湖南西部有强烈干冷平流东移侵入邵阳，相应低层850hPa上，在西南暖湿急流作用下，广西、贵州到湖南西南部、以及湖南中部地区有正温度平流，比湿为8～10，500的干冷平流与低层暖湿平流叠置，增加大气层结不稳定性，有利于触发强对流天气。

8.2 假相当位温分析

从E111°假相当位温剖面图来看，4日14：00，N30°以北地区有低值假相当位温向南侵入高值区引起锋生，700hPa以上有低值区向下发展，与低层高值区配合，大气层结不稳定增加。

9 结论

通过对2018年3月4日风雹天气过程进行分析，可以得出。

此次风雹天气是在高空槽东移，中低层有西南暖湿急流发展，地面冷空气南下侵入倒槽内锋生，冷暖气流强烈交汇引起的。从10min极大风速来看，在邵阳中部地区有明显的风向风速气旋性辐合，在辐合线以南地区偏南风速达到10m/s。从地面露点温度来看，风雹天气发生时地面露点温度达到15℃以上，且有明显露点锋侵入。

从实况探空看，早晨08：00探空、數值预报模式探空的SWEAT、DCAPE600、SI、LI、Vws等物理量指数对午后的风雹天气有明显参考意义。

从红外云图上中尺度对流复合体、可见光云图细胞状积云或积云线，可以推断午后有强对流发展。

从对温度平流、比湿、假相当位温等物理量分析可以看出，此次强对流天气大气层结不稳定明显，对流层中部有明显干冷平流入侵，与低层暖湿平流叠置形成不稳定区域，假相当位温上也能明显看出大气不稳定特征。

从对闪电资料分析可以看出，此次过程在强对流云团移入邵阳之前，云团中的负地闪特征明显，云团移过雪峰山脉之后，又有再次加强发展的一个特征，由此可以得出，如果在雪峰山脉以西地区有较强的负地闪，未来3～5h要注意邵阳地区的强对流天气。

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