福建省一次典型的冰雹大风强对流过程分析

陈伟明 张司琪

(1.延平区气象局，福建 南平 353000；2.南平市气象局，福建 南平 353000)

1 概述

受高空槽东移和低层切变线东移南压影响，2016年4月26日(08时～08时)，南平、三明、龙岩三市先后出现大范围的雷雨大风、短时强降水和冰雹等强对流天气，并伴有强雷电。福建西部普遍出现8级以上大风(图1b)，其中浦城水北镇(14∶00～14∶05)最大风速达16级，这也是福建陆上大风的最高记录。同时内陆多地出现冰雹，其中，浦城水北街镇、松溪渭田、花桥、祖墩、旧县、泰宁大田乡在14∶00～14∶30出现最大直径达3cm的冰雹，建宁、将乐、连城、长汀等地也出现冰雹天气。龙岩、三明东南部和泉州西部地区出现暴雨、局地大暴雨并伴有短时强降水(图1a)，最大日降水量(连城莒溪乡)达146.8mm，最大小时降雨量达55.2mm(漳平基泰村)。强对流天气给福建内陆地区造成较为严重的风雹灾情。

本文利用常规加密气象观测资料、新一代天气雷达资料、NCEP再分析资料，对2016年4月26日福建省内陆出现雷雨大风和冰雹等强对流天气过程的物理机制、中尺度特征、雷达回波特征进行分析，总结此类具备经典的斜压大气结构下的强对流天气特征指标。

2 天气系统和物理量条件分析

受高空槽东移、低层切变线东移南压影响，福建省内陆产生了大范围的飑线大风和冰雹等强对流天气。4月26日08时(图2a)，500hPa和700hPa槽东移，引导冷空气渗透南下，同时高空槽前的正涡度平流进一步加大低层的上升运动，850hPa切变位于江西西部，在切变南侧存在西南风急流，最大风速达16m/s的急流轴位于江西中南部到福建西部一线附近；同时在福建省内陆有风速辐合，低层急流轴东传过程中在其左前侧有强的上升运动；925hPa切变线较850hPa切变位置偏南，在江西中部到福建北部之间；位于福建西北部的200hPa辐散区由北向南发展；福建西部、北部低层辐合和高层辐散明显。500hPa干舌和850hPa湿舌都位于江西东部到福建西部，下湿、上干结构明显；邵武08时探空K指数达37℃，0℃层高度在4.6km附近，-20℃层高度为7.8km，龙岩探空K指数达41℃，0℃层高度4.3km；26日08时850hPa暖平流加强发展，福建省处于冷锋前地面倒槽暖区内，倒槽内有热低压生成，在热力抬升作用下，在中尺度辐合线及负24小时变压中心附近触发产生了强对流天气。较强的不稳定能量、下湿上干的垂直结构、合适的0℃和-20℃层高度有利于对流发展和冰雹产生。

4月26日14时，850hPa切变东伸到江西东部，低层西南风急流进一步东移进入我省且风速逐渐加强，最大风速中心达22m/s，福建内陆维持下湿上干和低层辐合高层辐散结构，中低层冷暖空气强烈交汇，地面有明显的温度锋区呈东北西南走向，温度梯度达8～9度，飑线在温度锋区附近产生，在粤赣闽交界处出现暖低压，动力和热力条件进一步加强，有利于对流发展，在飑线前距离约80km处的热低压辐合区内激发出超级单体，产生了冰雹天气。

4月26日20时(图2b)，低层切变线南压到福建西部和广东北部，西南风急流随之东移南压到福建南部，强度略有所减弱，但最大风速仍维持在12m/s左右；500hPa有短波槽东移到广东中北部，与850hPa切变线在垂直高度上形成前倾结构，200hPa辐散区继续南压到福建中南部；地面锋区随之东移，赣粤闽交界处暖低压仍维持，龙岩探空K指数达38℃；福建下湿、上干结构逐渐消失，转为整层都很湿，动力和热力条件有利于我省南部持续性强降水的产生，但由于湿层高度扩展得不够深厚,所以对形成大范围的短时强降水不太有利。

3 雷达资料分析

2016年4月26日发生的强对流天气过程可分为两个阶段，第一阶段为午后对流回波合并增强越过武夷山脉后，迅速组织化加强为飑线并快速东移,触发产生雷雨大风、冰雹等强对流天气阶段；第二阶段为夜晚絮状对流回波持续维持在福建南部，产生强降水天气阶段。

3.1 午后中尺度系统快速东移，触发雷雨大风、冰雹等强对流阶段

3.1.1 飑线回波影响分析

在中低层三层西南风急流作用下，从过程环境风垂直切变发展来看，地面到500hPa风矢量差由中等强度发展到大于20m/s的强垂直风切变，强的垂直风切变有利于风暴持续发展或维持，有利于增强中高层干空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层冷空气的外流[1]。此次过程中,不仅地面温度密集区对飑线系统的触发和维持有重要作用，中尺度辐合线对飑线系统的触发和维持也同样起到关键作用，在飑线经过的地方产生大范围雷雨大风天气，南平地区此次出现的雷雨大风风速极值打破了福建陆上大风风速的最大记录。中尺度系统快速东移触发线状对流系统在东移过程中产生雷雨大风，其前方激发的超级单体风暴导致冰雹天气。

福建省南平市建瓯风廓线雷达显示(图3)，从低层到高层西南风急流强，强对流发生前5～6km高度西南风增大，最大达32m/s；20m/s以上的西南风高度最低达2km，12m/s高度低于1.5km，表明中低层垂直风切变大。14∶00后，离地1km附近西南风气流明显增强，随着飑线移近测站上空，西南风风速大风核随高度逐渐降低且风速明显加强，14∶55离地面0.2km处观测到风力达17m/s，低层发生风向旋转的现象，说明此时有地面气旋正在影响测站。15∶00飑线过境后，1.2km以下风力迅速减小并逐渐转为西北风，但1.2km以上仍为西南风。从建阳雷达14∶03组合反射率图(图4a)上可以观测到有一个明显的高度组织化的线状回波，呈接近南北向的弓状，该飑线前方携带有较大面积的层状云回波；沿着飑线的长轴方向作剖面，可以看到有多个对流单体且质心较高，回波顶高维持在14km以上。从建阳雷达径向速度图上可以发现，飑线上有明显的后侧入流、低层径向速度大值区和中层径向辐合特征(图略)。这次飑线带来的强对流天气主要以雷雨大风、冰雹为主，伴随短时强降水。而后由于较大范围的层状云回波在飑线前方产生降水不断消耗着能量，又由于飑线移速比较快,且远离主系统环境场，缺乏水汽的持续供应，16∶30后回波迅速减弱。

图3 4月26日16∶06建瓯风廓线雷达风场

3.1.2 飑线前超级单体降雹回波分析

随着中高层冷空气的渗透，冷暖空气交汇加剧了层结不稳定，在飑线前部的南平地区(13∶27～14∶27)发展的孤立单体呈现出超级单体的回波特征。回波强度达65dBz以上且强区面积大，该单体回波的强度随着仰角的抬高，反射率因子明显增大，最强达71～76dBz，且单体强回波质心发展高度比较高，同时低层三个仰角上在单体的右侧，反射率因子梯度较大，从建阳雷达14∶03的1.5°仰角基本反射率图(图5a)可以看到该单体呈明显的钩状回波特征，说明低层入流气流比较强。另外过程中旁瓣回波的出现及VIL值的跃增也是预示此次过程出现冰雹的雷达回波特征的有力佐证。对雹云发展成熟阶段不同仰角的基本反射率因子(R19)产品(图略)进行对比分析发现，从低仰角到高仰角，雷达反射率因子高值区逐渐向入流一侧(即回波的东侧)倾斜，13∶51沿着入流方向对其作剖面可以看到清晰的有界弱回波区(WER)和中高层的悬垂结构特征(图4b)，离地10km高度仍有60dBz的高反射率因子。雹云影响期间(13：27～14：27)共八个体扫出现“中气旋”特征，对应径向速度图上1.5°仰角为纯气旋，6.0°仰角为辐散性气旋(图略)，从1.5°仰角雷达径向速度图(图5b)可以看到，与强回波对应存在一个持续深厚的中气旋，并且中气旋的中心速度非常大，观测到该中气旋此时已经出现了径向速度模糊，尤其在中气旋的西南侧，由于该处的西南风和环境场的西南风发生了叠加，风力最大达到49m/s。同一时刻垂直累积液态含水量大，最大值达65kg/m2。该超级单体在南平多地造成强冰雹天气。

(a)基本反射率 (b)基本径向速度

(a) (b)

(a) (b)

(a) (b)

图5 4月26日14∶03 建阳雷达1.5°仰角

3.2 夜间持续性强降水阶段

福建南部地区夜间出现的强降水由低层切变南侧的西南风急流引起，地面锋面和低层切变线的缓慢南压、西南风急流的稳定维持、湿层深厚及地面暖中心的维持都有利于强降水的持续。此次过程中，龙岩、三明东南部和泉州西部地区出现了暴雨、局地大暴雨并伴有短时强降水。

从26日23∶55龙岩雷达组合反射率及剖面图(图略)可以看到，有多个低质心的多单体回波结构；基本径向速度图中零速度线呈“L”型，表明有锋面过境，且锋前低层西南风急流稳定维持。从泉州市德化风廓线雷达资料(图6)显示，23∶30有切变线经过该站上空，并且一直徘徊持续影响到27日0∶30切变线才移出。可见，上游地区天气系统的前倾形势加强了动力抬升、低层西南风急流的稳定维持、500hPa西偏南引导气流和缓慢移动的切变线徘徊在南部地区、雷达回波上形成的列车效应都有助于福建南部地区强降水得以维持。

图6 4月27日01∶56德化风廓线雷达风场显示

4 模式检验和评估

EC_thin模式 25日20时起预报的26日(08时～08时)日累积降水量显示在南平、三明西部和龙岩西部有大雨到暴雨， FJ-WRF和华东区域中尺度模式相同时刻起报的相同时间段累积降水量则预报在龙岩、三明南部有大雨到暴雨，局部大暴雨。从模式预报与实况检验对比来看,EC_thin全球大尺度模式预报的降水落区比实况明显偏北,降水强度明显偏弱；而中尺度模式预报降水落区与实况较为一致,但预报的降水强度明显偏强。从当天14时地面实况图分析(图7)可以看出在赣东部有一条东北西南走向温度梯度达8～9度的温度密集锋区和中尺度热低压发展，锋区附近存在地面辐合线，经探空订正后，邵武站的对流有效位能Cape值在1200 J/kg以上，同时上游地区的江西省已经出现10级雷雨大风，再考虑到当天的0°层高度，综合判断福建西部出现雷雨大风、冰雹等强对流天气的可能性大；从14时风廓线雷达850hPa和925hPa风场实况(图8a)和EC_thin模式 25日20时起报26日14时风场(图8b)对比分析可见，850hPa实况西南风急流比模式预报风速更大，同时福建西部存在一条切变线，且位置比模式预报的更偏南一些；实况切变线位置和飑线基本重合,此时可以认为产生强对流天气的主系统切变线仍然在江西中部和福建西部境内。夜间随着切变系统的缓慢东移，福建北部对流能量基本释放完毕，但南部对流能量仍然维持，降水在南部地区持续。

(a)08时 (b)14时 (c)20时

5 结论与讨论

①此次过程中低层冷暖空气发生强烈交汇，具备经典的斜压大气结构特征。低层高温高湿，地面强的温度锋区、低层良好的水汽输送、强的垂直风切变配合地面中尺度辐合线的触发作用，为强对流天气的形成提供了良好的环境场条件。

②中低层低槽、切变线东移，切变南侧华南到福建西北部存在低空西南风急流，为强对流天气的发生提供较好的动力抬升条件；配合低层暖脊、中层冷槽的热力不稳定条件；26日白天下湿、上干的水汽垂直结构；在地面冷锋东移南压的触发作用下，在850hPa切变线附近与低空西南风急流之间发生了强对流天气。

③中尺度系统快速东移触发线状对流系统在东移过程中产生雷雨大风，其前方激发的超级单体风暴产生冰雹。此次飑线呈现明显的弓状回波特征，同时低层有明显的后侧入流；在中等到强的垂直风切变环境中，对流层中层有较强的干冷空气卷入是产生雷雨大风的重要原因之一；合适的0℃和-20℃层高度利于冰雹(大冰雹)的产生。

④低层径向速度大值区、中层径向辐合是雷雨大风出现的雷达回波特征；高悬的强反射率因子核、宽广的WER，旁瓣回波的出现及VIL值的跃增则是冰雹出现的雷达回波特征。雷达回波对此次强对流天气，尤其对于冰雹(大冰雹)天气有明显的特征反映。

⑤对雷达回波和地面观测资料等的跟踪监测分析对于做好强对流天气预报和服务有重大意义。短临预报中，应及时针对天气实况对数值预报模式进行实时滚动订正，重点关注地面实况资料的加密分析和雷达回波演变的分析，并及时发布强对流预警信号。