2018年3月12日贵州中部偏西地区强对流天气综合分析

顾天红，苟 杨

(1.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；2.黔南州气象局，贵州 都匀 558000)

强对流天气具有尺度小、突发性强、灾害性大的特点，常伴随冰雹、雷暴大风、短时强降水等天气，给人民生命财产安全造成严重危害和损失。强对流天气的预报预警一直是短时临近天气预报的重点和难点，近年来许多气象工作者针对强对流天气进行研究，极大提升了对强对流天气的预报能力。朱君鉴等[1]发现，冰雹指数、中气旋、回波顶高、垂直累积液态水含量等新一代天气雷达产品对冰雹的识别有较好的指示作用。朱义清等[2]发现，强对流发生区与低层辐合、高层辐散区及上升气流大值区有较好的对应关系。许庆娥等[3]认为，暖低压与冷空气交汇的区域及地面辐合线是冰雹天气触发的机制之一。伍志方等[4]通过分析多普勒特征发现，强对流天气发生与下垫面关系密切。陶岚等[5]发现，雷暴的交汇和抬升作用能增强上升气流，有利于中气旋形成。强对流是贵州省主要灾害性天气之一，2018年3月12日14：00～13日01：00贵州中部偏西一线出现强对流天气，利用Micaps实况资料和雷达资料，对此次强对流天气过程进行诊断分析，以期为该地区强对流天气的预报积累经验，为强对流天气的监测预警提供参考依据。

1 天气实况

2018年3月12日14：00～13日01：00贵州中部偏西一线出现强对流天气，6县市(纳雍、大方、织金、清镇、修文、白云区)境内共20站出现冰雹、21站出现短时强降水，最大冰雹直径为清镇市辛店镇(12日20：05)、暗流镇(12日20：33)的14 mm，最大小时雨强为贵定县德新(13日00：00)43.4 mm/h。

2 环流形势

由图1可知，12日08：00 200 hPa上贵州位于高空偏西急流带上，是有利于上升运动发展的高空辐散区域。500 hPa南支槽位于95°E附近，高原东侧有高原槽影响，呈阶梯分布，配合有弱冷温度槽，云南东部有-2℃显著变温区，表明，西北气流的辐合下沉区内配合有冷舌东移并伴有冷平流影响贵州；20：00南支槽东移过100°E，川东低槽发展，在川东北形成低涡，低涡中心值为569位势什米。700～850 hPa云南东部及川东南维持有切变线，贵州中西部有温度脊，夜间西南气流加强，持续不断地带来孟加拉湾的暖湿气流，高空干冷、低层暖湿的结构明显。贵州位于切变线右侧和急流左侧的水汽与动力辐合抬升区，是有利于强对流发生发展的叠置区域。12日白天，云南热低压发展，地面风很小，受太阳辐射加热作用而聚集一定的不稳定能量，贵州西部-云南中南部一线存在1条明显的露点锋，锋前Td≥12℃，锋后Td≤6℃，14：00～20：00地面辐合线始终维持在云南东北部-贵州中部一线，在地面-850 hPa的扰动下，在切变线、露点锋和地面辐合线附近触发了这一局地强对流天气。

图1 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)中尺度环流形势分析

3 环境条件

3.1 水汽条件

水汽条件是形成强对流天气的3个重要条件之一。3月12日08：00，850 hPa贵州中西部比湿为7～8 g/kg，20：00增大至8～9 g/kg，700 hPa为5～6 g/kg，表明该区上空水汽较充沛，且700 hPa为西南气流、850 hPa为偏南气流，有利于水汽输送，故降雹的同时可能伴有短时强降水出现。850 hPa水汽通量散度场(图2)显示，12日08：00贵州西北部地区为-4～-2×10-5g/(s·hPa·cm2)，20：00增大至-16～-6 g/(s·hPa·cm2)水汽辐合大值区，而20：00后贵阳附近又有7站降雹，最大冰雹直径为清镇市辛店镇(12日20：05)和暗流镇(12日20：33)的14 mm。

图2 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度场

3.2 热力条件

假相当位温θse不仅考虑了气压对温度的影响，也考虑了水汽的凝结、蒸发对温度的影响，是对大气热力、水汽条件的综合反映，其水平和垂直分布可反映大气中的能量分布、垂直稳定度状况和大气湿斜压性[6]。3月12日08：00贵州地区850 hPa为高能区(图3a)，其值从北部向西南部增加，到20：00 θse明显增大(图3b)。从θse垂直层结可知(图略)700～400 hPa θse等值线较平直且值有所减小，300 hPa及以上θse等值线又密集，且200 hPa高能值中心达76℃。这种θse上下高、中部低的结构有利于强对流天气的发生。

图3 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)假相当位温场

温度平流不仅可造成大气层结不稳定，还可产生垂直运动[7]。12日20：00贵州地区400 hPa以下为暖平流，400～300 hPa除西北部地区转为冷平流外，其余地区仍为暖平流，250 hPa贵州地区为暖平流，降雹区(新店、暗流、谷堡、修文、牛场、白云)正好位于“暖、冷、暖”的温度平流叠置区。

3.3 动力条件

分析12日08：00～20：00贵州上空常见的动力因子可知，700 hPa以下散度场为负值，500 hPa以上为正值，说明低层辐合、高层辐散，上升运动将导致不稳定能量的释放。20：00200 hPa以下贵州中西部的垂直速度均为负值区，且700 hPa在威宁附近负值中心最大，为-300×10-2hPa/s，上升运动强烈，强上升气流区同时位于水汽通量大值区，利于水汽向对流发展区域输送。风暴相对螺旋度(SRH)反映了旋转与沿旋转轴方向运动的强弱程度，是衡量对流风暴旋转潜势的物理量，对强对流天气的预报有一定指示作用[8]。08时贵州西北部地区SRH为60～120 m2/s2，20：00增大至120～160 m2/s2，均是由北向南增大。

3.4 不稳定能量

由12日14：00威宁站订正探空(图4a)可知,温度线和露点线呈现“喇叭口”，且CAPE午后增大到2 141 J/kg，热力不稳定度增大，有利于冰雹出现。而20：00贵阳站探空(图4b)显示，CAPE值虽不高，但湿度条件较好，有一定短时强降水可能。

图4 2018年3月12日14：00威宁站(a)和20：00贵阳站(b)T-LnP图

结合08：00和20：00贵阳站的探空要素值(表1)可知：20：00贵阳站K指数由29℃增大至32℃、沙氏指数(SI)由1.82℃减小为-2.82℃，抬升指数(LI)由1.23℃减小为-2.14℃，抬升凝结高度略降低，说明此次天气所需的外力抬升作用较小，容易形成对流泡[9]。垂直风切变值增大，大气整层可降水量略增大，整个环境条件有利于强对流的生成。同时，0℃层高度为3 487 m、-20℃层高度为6 439 m，是适宜冰雹形成的高度。

表1 2018年3月12日08：00和20：00贵阳站探空要素

3.5 大气能量结构特征

V-3θ图充分利用从地面到对流层顶探空资料的特性层信息，能够获得比天气图方法更多垂直方向的不均匀变化，能综合反映大气能量，具有明显的结构特征，是分析大气热力、动力和和水汽三维结构的有效手段[10]。从降雹前威宁站的V-3θ图(图5a)可见：1)风场近地面为东南风，700 hPa以上为西南风，500 hPa以上为偏西风，则整层风矢垂直结构为顺滚流，有利于垂直运动的发展。2)300 hPa左右有超低温结构，700～600 hPa θsed先与T轴呈锐角后呈大角度的钝角，表明中低层有浅薄逆温，而其上为冷层云，增加了大气的垂直不稳定；且θ线在700～400 hPa多处近垂直T轴，表明层结极不稳定。3)θsed和θ*线在500 hPa以上、750 hPa以下相距近，而在600～400 hPa相距远，呈现上下湿中间干的“大肚子”特征，表明中层水汽条件差，预测此次过程应主要以冰雹大风为主。对贵阳站的分析也发现有此3个显著特征(图5b)，且θsed和θ*线相距更近，表明水汽条件较威宁附近好，故午后到夜间贵阳附近出现多站短时强降水。

图5 2018年3月12日08：00威宁站(a)和毕节站(b)V-3θ图

4 雷达回波特征分析

根据冰雹落区选取贵阳雷达站分析，由图6看出，回波形状为块状，低层反射率因子梯度在入流侧最大，风暴顶偏向低层高反射率因子梯度一侧，反映出低层弱回波区和中高层悬垂结构。最强回波达73 dBz，>50 dBz的回波已伸展至8 km以上。回波顶高超过10 km，垂直累积液态水含量最大值达43.7 kg/m2。穿过风暴线段的相应垂直剖面图(图7a)可明显看出冰雹特征的“穹隆”结构。

图6 3月12日20：01贵阳站 1.5°(a)、2.4°(b)、6.0°(c)基本反射率因子图

根据当天的短时强降水落区选取3月13日00：00贵阳雷达站分析，由1.5°基本反射率因子(图7b)可知，回波形状呈带状，是以积状云为主的混合降水回波，回波强度多为35～45 dBz，伸展高度不高。其对应的二维垂直剖面图(图7c)显示，0℃等温线以上最大反射率因子不超过30 dBz，降雹概率极很小，且0℃以下超过35 dBz的对流雨区多是由于液态雨滴散射的结果，因此雨强较大，有出现短时强降水的可能。

图7 3月12日20：01贵阳站反射率因子二维垂直剖面图(a)、3月13日00：00贵阳站1.5°基本反射率因子图(b)和对应的二维垂直剖面图(c)

5 结论

此次强对流天气主要发生高空槽后西北气流和中低层西南暖湿气流交汇的环流形势下，地面辐合线触发了此次强对流。强对流出现在水汽通量散度大值区、θse高能区、上升气流大值中心和SRH的大值区的位置。探空要素值表明CAPE值、K指数、垂直风切变增大，SI、LI和LCL降低，0℃层和-20℃层高度适宜，以及V-3θ图呈现的超低温、顺滚流、“大肚子”特征，构成了此次强对流天气出现的有利条件。低层反射率因子梯度区、中低层有界弱回波区、高悬强回波和垂直累积液态水含量大值区都是有利于冰雹出现的回波特征。