2022年9月8日中卫市沙坡头区冰雹成因分析

摘 要：【目的】分析2022年9月8日中卫市沙坡头区冰雹天气的成因，探讨此次冰雹的可预报性，为今后的冰雹预报提供更好的依据。【方法】利用常规地面观测资料、Micpas地面高空资料、探空资料、欧洲中心ECMWF ERA5的逐时再分析资料，对此次冰雹天气进行分析。【结果】此次冰雹过程为“两槽一脊”环流形势，受高空内蒙古冷涡槽及槽前的偏南气流、700 hPa的低空急流、850 hPa的切变、地面的风场辐合的影响，产生了此次冰雹天气。过程期间，中卫市沙坡头区850～500 hPa假相当位温随高度递减，850～500 hPa、700～500 hPa的温差较大，上冷下暖，大气的对流性较强；从水汽条件来看，对流层中层水汽条件较好；探空图上，CAPE值、K指数、SI指数、-20 ℃层、0 ℃层高度等指标均满足强对流天气的特征。【结论】9月8日午后有很强的不稳定能量，配合有对流层中低层较强的抬升运动，中层较好的水汽条件，导致中卫市沙坡头区出现冰雹，伴有短时暴雨及雷暴大风天气。

关键词：中卫市；冰雹；物理量场

中图分类号：P458.3" " "文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2024）13-0102-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.021

Analysis of the Causes of Hail in Shapotou District， Zhongwei City on September 8，2022

CHEN Xingyi1，2，3 PANG Tingting1，2，3 BAI Chunyan1，2，3 YANG Yuan1，2，3 WANG Jindi1，2，4

（1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions，CMA，Yinchuan 750002，China;2.Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction of Ningxia，Yinchuan" 750002，China;3.Zhongwei Meteorological Bureau，Zhongwei 755000，China;4.Haiyuan Meteorological Bureau，Haiyuan 755200，China）

Abstract：[Purposes] The causes of hail weather in Shapotou District of Zhongwei City on September 8，2022 were analyzed， and the predictability of hail was discussed to provide a better basis for hail forecast in the future.[Methods] Based on the conventional ground observation data， Micpas ground altitude data， radiosonde data and the time-by-hour reanalysis data of ECMWF ERA5， this paper analyzes a hail weather in Shapotou District of Zhongwei City on September 8，2022. [Findings] The hail process was a \"two trough and one ridge\" circulation situation， which was influenced by the upper Inner Mongolia cold vortex trough and the southerly air flow in front of the trough， the low-level jet at 700 hPa， the shear at 850hPa， and the convergence of the surface wind field. During the process， the pseudo equivalent potential temperature of 850～500 hPa in Shapotou District of Zhongwei City decreases with height， and the temperature difference between 850～500 hPa and 700～500 hPa is large， and the upper part is cold and the lower part is warm， and the atmospheric convection is strong. From the water vapor condition， the middle troposphere water vapor condition is better. On the radiosonde map， CAPE value， K index， SI index， -20 ℃ layer height， 0 ℃ layer height and other indicators meet the characteristics of strong convective weather. [Conclusions] In the afternoon of September 8， there was a strong unstable energy， combined with a strong lifting movement in the middle and lower troposphere and a good water vapor condition in the middle layer， and there was hail in Shapotou District of Zhongwei City， accompanied by a short-term rainstorm and thunderstorms and strong winds.

Keywords： Zhongwei City; hail; physical quantity field

0 引言

冰雹是一种局地性强、突发性强、持续时间短、灾害性大的强对流天气，会给农业、交通、通信电力带来巨大损失。冰雹提前预报预警的难度较大，是天气预报中的难点。目前，在临近预报业务中，主要依靠雷达产品发布预报预警信息。国内许多学者利用多源气象数据，从天气学的角度对冰雹的成因开展了大量研究。王华等［1］发现中尺度风场辐合线、喇叭口地形、迎风坡的抬升是对流回波增强的主要原因；汤兴芝等［2］分析得出上干下暖不稳定层结是强对流发生的主要原因，地面辐合线和露点锋是触发机制，东北冷涡后部干空气不断入侵，触发新的对流；赵杰等［3］研究发现秋冬季冰雹发生前动力条件明显加强，春夏季水汽、热力、层结稳定度条件显著上升；于怀征等［4］分析发现，山东降雹具有CAPE较大、0～6 km垂直风切变在中等以上强度、显著的不稳定层结、-20 ℃层、0 ℃层高度适宜等特征，不同区域、不同月份、不同尺寸的冰雹的物理参量特征均有差别；彭启洋等［5］采用SCIT算法，统计分析云南冰雹云的活动特征，结果表明云南冰雹回波在海拔高、坡度变化大的地区初生，随海拔高度的增加而增强，坡度越大，系统性越强，对流持续时间越长，降雹前5 min地形海拔、坡度的降低可加速冰雹的出现。

2022年9月8日傍晚前后，宁夏中卫市沙坡头区出现冰雹、短时暴雨、雷暴大风等强对流天气，强对流天气主要落区位于沙坡头区农业产业灌溉集中区。因正值苹果、玉米、水稻等农作物成熟期，受短时冰雹、暴雨、雷暴大风等强对流天气影响，尤其是冰雹，直径小，但强度大，个别地段地面积雹厚度可达10 cm，导致农作物受损严重，经济损失达1.2亿元。本研究利用常规地面观测资料、Micpas地面高空资料、探空资料、欧洲中心ECMWF ERA5的逐时再分析资料，分析此次冰雹过程的环流背景，水汽条件，层结不稳定度的变化、不稳定能量的触发条件、动力条件，探讨这次冰雹的可预报性，为今后的冰雹预报提供更好的依据。

1 实况特征

2022年9月8日17时至20时，宁夏中卫市沙坡头区出现冰雹、短时暴雨、雷电、大风等强对流天气，降水量累积值分布如图1所示。永康镇、镇罗镇出现短时暴雨，其中李园村、双达村两站小时雨强达30 mm以上，最大累计雨量和最大小时雨强均出现在镇罗镇李园村为36.2 mm（19时）。在出现短时强降水的同时，东园镇郑口村、美丽工业园区、东园镇西部云基地18时10分左右出现冰雹，持续10 min左右，冰雹直径为3～4 mm；永康镇彩达村、城农村、双达村、永新村，宣和镇东台村、喜沟村、羚羊村、丹阳村18时30分左右出现冰雹，持续20 min左右，冰雹直径4 mm左右。永康镇、镇罗镇、东园镇、宣和镇等乡镇出现7级以上大风。镇罗镇关庄村、永久性蔬菜基地、柔远镇镇锦村、东园镇中卫西部云基地等4站极大风速超过9级（20.8～24.4 m/s），其中极大风速极值出现在沙坡头区镇罗镇关庄村19时达10级（27.7 m/s）。

2 环流背景及主要影响系统

2.1 高空500 hPa环流形势

2022年9月8日08时500 hPa高空图上欧亚中高纬是典型的“两槽一脊”环流形势，中卫市位于584线和588线之间，内蒙古西侧-四川北侧有一明显冷涡槽，中卫处于槽区内，槽后有冷平流，有利于内蒙古槽加深。20时，588线有所南移，位于贝加尔湖以北的高压脊向东移动，有所加强，内蒙古低涡槽加深并东移南压，移出中卫（如图2所示）。

2.2 高空700 hPa、850 hPa环流形势

2022年9月8日08时700 hPa和850 hPa高空形势如图3所示。由图3（a）可知，8日08时700 hPa中卫西北侧、内蒙古西部处有一中心强度为12 ℃的暖中心，对应500 hPa为冷性低涡，上冷下暖，大气对流增强；700～500 hPa温差在20～24 ℃之间，对流性较强，中卫东侧有低涡切变，切变南部有低空急流，急流轴中心最大风速可达16 m/s，带来偏南暖湿气流，中卫位于湿区内。20时700 hPa中卫西北方向转为一中心为8 ℃的冷中心。同时，20时切变南压，移出中卫，中卫转为受高压控制。

由图3（b）可知，8日08时850 hPa，内蒙古西侧至宁夏北部有一暖切，中卫西北侧、内蒙古西部处有一中心强度为24 ℃的暖中心，850～500 hPa温差在30～36 ℃之间，对流性较强。20时切变南压，转为冷切，位于中卫北部。

2.3 地面天气形势分析

2022年9月8日08时地面上中卫受低压控制，中卫北部有明显的风场辐合，14时，中卫转为受高压控制，辐合线移至中卫中部，20时，地面辐合线逐步南移。

3 物理量演变特征

3.1 水汽条件分析

由温度露点差分布可知，8日20时，中卫地区700 hPa湿度条件较好，温度露点差在5 ℃以内，相对湿度在70%以上；850 hPa湿度条件相对较差，温度露点差在8～9 ℃，相对湿度在60%以上。

3.2 热力条件分析

假相当位温θse场称为能量场，可以反映大气的潜热、显热等热力结构。由8日20时假相当位温θse随高度的变化来看，850～500 hPa假相当位温随高度递减，对流不稳定能量逐渐增强，表征存在一定的对流性不稳定，有利于产生冰雹天气。8日20时850 hPa和500 hPa的假相当位温之差在15.05 ℃，700 hPa和500 hPa的假相当位温之差在11.62 ℃，均为正值，大气处于不稳定状态。

3.3 动力条件分析

3.3.1 垂直速度。垂直速度与强对流天气关系密切，垂直运动有利于水汽、动量、热量等的垂直输送。2022年9月8日08时至20时，双达村垂直速度及风场时间-空间剖面如图4所示。由图4可知，8日17时至18时，沙坡头区对流层中低层为一致的偏北风，有一定的上升运动；19时，850 hPa及以下转为偏西气流，有明显的风向切变，850～500 hPa表现为强上升气流，有一个明显的垂直速度中心，值为-1.2 Pa/s，强的上升运动利于对流层中低层水汽的冷却和凝结。500～350 hPa为下沉气流，垂直速度在0.2 Pa/s。

3.3.2 散度。2022年9月8日08时至20时双达村散度时间-空间剖面如图5所示。由图5可知，8日17时至20时，沙坡头区700 hPa以下为辐合区，700～450 hPa为辐散区，低层辐合高层辐散，有利于上升运动的发生发展，为冰雹提供动力机制。随着时间的推移，辐合辐散逐渐加强，19时达到最强，辐合中心位于850 hPa，中心值为-14×10-5s-1，辐散中心位于650 hPa，中心值为8×10-5s-1。

4 不稳定能量分析

从2022年9月8日08时银川站的探空图来看，700 hPa和500 hPa的温差为21.8 ℃，对流有效位能CAPE值为494.6 J/kg，但K指数为30.2 ℃，沙式指数SI为-2.66，存在一定的不稳定能量，订正到14时，CAPE值为2 032.8 J/kg，20时CAPE为616.4 J/kg，午后不稳定能量集聚明显，下午不稳定能量逐渐释放，触发对流天气的产生，20时K指数为40.3，K指数越大，层结越不稳定。08时抬升指数为-3.44，20时为-3.14，抬升指数有所下降。08时零度层高度在4 196 m，-20 ℃层高度在7 029 m；20时零度层高度在3 930 m，-20 ℃层高度在7 152 m，较有利于冰雹出现。探空图上对流层中层（700～550 hPa）湿度条件较好，为此次冰雹天气的发生提供了良好的水汽条件。

5 结论

①此次冰雹过程为“两槽一脊”环流形势，主要受高空内蒙古冷涡槽及槽前的偏南气流、700 hPa的低空急流带来的暖湿气流、850 hPa的切变、地面的风场辐合的影响。

②过程期间，中卫市沙坡头区850～500 hPa、700～500 hPa的温差较大，上冷下暖，大气的对流性较强。700 hPa湿度条件较好。850～500 hPa假相当位温随高度递减，存在一定的对流性不稳定，有利于产生冰雹天气。

③8日傍晚前后，700 hPa以下为辐合区，700～450 hPa为辐散区，19时辐合辐散达到最强，低层辐合高层辐散，利于上升运动的发生发展，850 hPa以下有明显的风向切变，850～500 hPa表现为强上升气流，最大垂直速度为-1.2 Pa/s。

④探空图上，CAPE值、K指数、沙氏指数等指数均满足强对流天气的特征，指示8日午后有很强的不稳定能量，配合有对流层中低层较强的抬升运动，中层较好的水汽条件，8日傍晚前后出现冰雹，伴有短时暴雨、雷暴大风天气。

参考文献：

［1］王华，孙继松.下垫面物理过程在一次北京地区强冰雹天气中的作用［J］.气象，2008（3）：16-21，129.

［2］汤兴芝，黄治勇，王金兰，等.一次极端冰雹天气的环境场及卫星云图特征分析［J］.高原山地气象研究，2023，43（2）：59-66.

［3］赵杰，罗喜平，莫乙冬，等.黔南州冰雹天气物理量特征分析［J］.中低纬山地气象，2023，47（4）：11-19.

［4］于怀征，龚佃利，朱秀红，等.山东冰雹时空分布特征与分类预报指标研究［J］.气象科技，2023，51（2）：254-261.

［5］彭启洋，尹丽云，张腾飞，等.云南冰雹强对流的活动特征研究［J］.灾害学，2023，38（2）：97-105.