2018年9月21日本溪地区一次冰雹天气特征分析

秦瑜 高艳波 魏海宁 崔耀鹏 王焕毅

摘要 利用本溪市高空、地面等常规气象观测资料对2018年9月21日发生在本溪市高新区的冰雹天气过程的气象要素变化特征进行分析，结合物理量场、加密自动站等资料对冰雹形成机理进行了诊断分析。结果表明，高空冷涡系统，地面冷锋过境，以及高空槽前倾和从高空到地面深厚的垂直系统的配置是造成本溪高新区此次冰雹天气发生的有利条件。冰雹发生前本溪北部对流有效位能积聚超过800 J/kg;0℃层高度在上升运动区，利于过冷水滴的形成;相对湿度的空间分布上满足上干下湿的配置，利于对流的发生;明显的垂直风切变也促进了强对流的暴发。

关键词 冰雹;潜势分析;对流有效位能

中图分类号：P426.64 文献标识码：A 文章编号：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

冰雹是由強对流天气系统引起的一种剧烈的气象灾害，其空间尺度小，发生时间短，发展迅猛，致灾性强，并经常伴随着雷雨大风、短时强降水、雷电、龙卷等灾害性天气。我国冰雹天气频发，尤其是北方的山地和丘陵地区，对农业、交通、通讯、电力、建筑以及人民生命财产造成影响。对冰雹预报的研究主要有潜势预报和短时临近预报。近年来，许多学者和气象业务人员针对辽宁地区的冰雹预报开展研究[1-2]。王宪彬等对影响阜新地区的冰雹天气形势进行分型，并选取5个物理量因子对每一种天气型建立了夏季冰雹短期潜势和短时预报模型[3]。孟鹏等在对沈阳地区的冰雹天气进行研究时发现东北冷涡是冰雹天气的主要影响系统，500 hPa干侵入对冰雹发生具有指示意义[4]。因为冰雹天气过程发展迅猛，在各类天气现象中属于比较难预报的一种，所以加深对冰雹个例的研究对提高冰雹天气预报技术具有重要意义。

1 资料与方法

本溪高新区2018年9月21日午后发生冰雹天气，此次强对流天气还伴有短时强降水和雷电大风，小时最大雨强达到31.6 mm。

利用数值产品、高空图、地面图、物理量场进行天气尺度分析和物理量场分析。

2 结果与分析

2.1 天气尺度系统分析

2.1.1 高空形势 从500 hPa形势场可以看出本溪地区此次强对流天气是受冷涡系统影响。9月20日20：00冷涡中心位于我国境外蒙古国，此时本溪处于冷涡前部，高压脊后部，500 hPa高空上本溪受偏西气流控制（图1a）。到了21日08：00冷涡中心向东移动进入我国境内，位于内蒙东北部，本溪市处于冷涡东南象限，500 hPa高空上已经转为西南气流控制（图1b）。21日20：00冷涡继续东移，本溪市依然处于冷涡东南象限，但500 hPa高度上风速开始减弱（图1c）。

同时分析850 hPa的环流形势，可以看到850 hPa上从20日20：00到21日20：00始终有闭合中心与500 hPa上的冷涡对应着（图2）。

从21日08：00 500 hPa温度场可以看到有一个冷中心位于内蒙东北部（图3虚线），恰与冷涡中心位置一致，且温度槽领先于高空槽为前倾槽，利于对流的发生发展。850 hPa温度场上本溪市受暖脊影响。

2.1.2 地面形势 在地面图上可以看到有明显的低压中心配合着冷锋。9月21日08：00低压中心位于内蒙东北部，冷锋位于华北地区，距离本溪市较远（图4a）。到21日14：00低压中心向东小幅移动，冷锋已甩到辽西，本溪市位于冷锋前，此时强对流天气已经开始（图4b）。21日20：00冷锋过境但本溪市降水已经结束（图4c）。造成此次锋前降水的原因是高地空配置呈深厚的垂直结构，锋前有降水云系，高空槽和冷锋过境后云层变薄，天气转好。

2.2 物理量分析

2.2.1 对流有效位能（CAPE） 21日11：00 CAPE大值区位于沈阳-辽阳-营口一带，中心强度大于900 J/kg，本溪市CAPE值在100～200 J/kg（圖5a）。到14：00辽宁省CAPE值均迅速增加，大值区仍位于沈阳-辽阳-营口一带，但中心强度已经达到2 000 J/kg，本溪市CAPE大值区集中在北部也就是高新区所在地，CAPE值大于800 J/kg，最大区域大于1 000 J/kg（图5b）。至17：00冰雹天气已经结束，不稳定能量被激发释放，CAPE值快速下降（图5c）。

2.2.2 垂直速度和0℃层高度 从本溪附近格点123°E、41°N垂直速度的时间空间剖面图来看，21日14：00前本溪上空700 hPa以下高度以上升运动为主（图6），上升运动可将地面水汽带入高空。同时分析了21日11：00—17：00高新区的0℃层高度，发现此时段内0℃层高度在2 400～2 800 m（图7），均在700 hPa高度以下，说明高空中有形成过冷水滴的条件，利于形成冰雹。

2.2.3 相对湿度 从本溪附近格点123°E、41°N相对湿度的时间和空间剖面图（图6）来看，21日08：00—14：00从地面到850 hPa高度的相对湿度越来越好，14：00相对湿度达到80%～90%。850 hPa到700 hPa高度上相对湿度开始减小，700 hPa附近相对湿度在50%左右，这种配置表明中高层存在干空气平流，低层存在湿空气平流，造成不稳定层结，导致冰雹天气的发生。

2.2.4 垂直风切变 通过对14：00沿41°N的风场垂直剖面图（图8）的分析，可发现119°E附近有锋面系统，其东西两侧风向为西南风和西风。本溪上空高层风速达40 m/s，地面风速6 m/s，高地空风速差超过20 m/s，表明本溪午后上空有明显的垂直风切变[5]，较强的垂直风切变引起高低层能量的交换，促进强对流暴发。

3 结论

高空冷涡系统，地面冷锋过境，以及高空槽前倾和从高空到地面深厚的垂直系统的配置是造成本溪高新区此次冰雹天气发生的有利条件。

冰雹发生前本溪北部CAPE积聚超过800 J/kg，冰雹发生后CPAE值下降，并且0℃层高度在上升运动区，利于过冷水滴的形成。相对湿度的空间分布上满足上干下湿的配置，利于对流的发生。明显的垂直风切变也促进了强对流的暴发。

参考文献

[1] 陈传雷，吴晓峰，孙晓巍，等.辽宁省强对流天气的气候特征分析[J].气象与环境学报，2010，26（3）：27-33.

[2] 刘晓梅，李晶，戴萍，等.1951-2008年辽宁冰雹的时空分布特征[J].气象与环境学报，2009，25（5）：24-26.

[3] 王宪彬，张丹梅，辛艳辉，等.阜新地区冰雹短期潜势和短时预报方法研究[J].中国农业气象，2013，34（1）：106-113.

[4] 孟鹏. 沈阳市冰雹天气气候特征及潜势预报方法研究[C]//中国气象学会.第33届中国气象学会年会S1灾害天气监测、分析与预报.中国气象学会：中国气象学会，2016.

[5] 唐帅，孔令军，孟振雄，等.葫芦岛一次冰雹天气形成机制分析[J].现代农业科技，2015（14）：247.

责任编辑：郑丹丹

作者简介   秦瑜（1988-），女，辽宁丹东人，工程师，硕士，从事天气预报工作。

收稿日期   2019-07-05