2018年5月19日一次闽北强对流过程特征分析

王涵彧， 黄雪婷

（福建省南平市气象局，南平,353000）

摘要：本文利用自动站形势场、探空图、物理量场及多普勒雷达等资料对2017年5月19日造成闽北强对流天气过程的影响系统进行分析。本次强对流天气过程发生是925hPa超低空辐合线造成的触发机制和其他各项系统及物理量共同配合作用的结果。利用多普勒雷达可以提高对冰雹、雷雨大风等强对流过程的识别能力。

关键词：超低空辐合线 强对流 触发机制

1 概况

2018年5月19日在闽北地区出现雷雨大风、强雷电、短时强降水和小冰雹等强对流天气过程，其中浦城永兴镇、建阳回龙坪州至澄埠、政和杨源乡、顺昌富文、延平太平镇南溪出现冰雹。

2 环流背景及影响系统分析

19日08时，闽北地区在500hPa上受西太副高北部边缘西南气流控制，700hPa上受西南气流控制，低空850hPa上处在暖切南侧的暖区中，超低空925hPa上的辐合线位于闽北中部地区。其中超低空925hPa的辐合线是局地对流的主要触发系统。从水汽条件来看，闽北地区处于高湿度区，850hPa的比湿q超过14g/kg，低层水汽供应充足。从能量条件来看，K指数大于35，低层CAPE值较高，能量条件较好，也有利于强对流天气的发生发展。从高低空的温差来看，19日08是500hPa上闽北地区的气温在-5℃左右，而850hPa上的气温在20℃左右，T85高达25℃，满足发生冰雹及雷暴大风所需的高T85条件。500hPa上的气温为-5℃，露点温度为-19℃，温度露点差高达14℃，说明在这一层次上空气十分干燥；850hPa上的气温为20℃，露点温度为18℃，温度露点差仅为2℃，说明本层的空气湿度很高。由此亦可看出在19日08时闽北地区为典型的上干下湿层结，同样有利于冰雹、雷暴大风等强对流的发生发展，而短时强降水类型的强对流需要更加深厚的湿层和更小的温度露点差，与当时的形势并不吻合。因此本次过程是以冰雹和雷暴大风为主的强对流天气。

图1 5月19日08时形势场

到19日20时，中层500hPa的西太副高略有南落，700hPa和850hPa依旧维持西南气流和暖切南侧的形势场，925hPa的辐合减弱，使得闽北地区缺乏有效的触发条件。虽然低层的水汽条件与能量条件依旧较好， 但500hPa上的温度露点差已从08时的14℃缩小到5℃左右，同时850hPa的温度露点差在4℃左右，两层的差别已经不大，上干下湿结构被破坏，同时也没有达到深厚湿层的条件，不满足短时强降水的需求，因此对流也逐渐减弱。

图2 5月19日20时形势场

3 探空及物理量分析

通过对比19日08时（图3左）和20时（图3右）的邵武探空图也可看出，08时的K=39℃，SI=-3.18，抬升凝结高度LCL在925hPa以下，意味着只要925hPa上有辐合，即可作为触发条件，使得对流发生发展。到20时已减弱为K=34，SI=-2.6，抬升凝结高度LCL依旧在925hP以下，但从形势场分析可以看出此时925hPa上已经缺乏足够的辐合条件，也使得对流无法触发。

图3 5月19日08时（左）与20时（右）邵武探空

另外一个与对流发生发展相关的重要条件来自水汽通量，通过对比19日08时（图4左）和20时（图4右）可以看出，08时闽北地区850hPa上有明显的水汽通量辐合，有利于水汽的堆积，为强对流的发生发展提供充足而持续的水汽供应。到了20时转为辐散场，使对流减弱。

图4 5月19日08时（左）和20时（右）的850hPa水汽通量（阴影）与水汽通量散度（红线）

除了这些条件外，冰雹要想发展，在0℃层之上还需要有足够的上升速度，使得雹胚在水分累积区能够积累足够的过冷水滴，这个过冷水滴就是产生冰雹的主要源地，称为“雹源”或“冰雹生长区”。在5月19日的这个冰雹过程中，从探空曲线可以分析出，0℃层位置在600hPa左右，高度约5公里，比通常认为的应该在4公里左右略高，但由于在0℃层之上的500hPa上有足够的上升运动（见图5），使冰雹云体能够发展得比较高，依旧能够维持冰雹的产生。

图5 5月19日08时500hPa（紫线）与850hPa(黄线)垂直速度场

4 多普勒雷达分析

由于冰雹一般都来自对流旺盛的单体，可以通过多普勒天气雷达对可能产生冰雹的雷暴单体进行探测，提早发现，做好预防。冰雹单体主要有五个特征：高悬的强反射率因子核心；-20℃层的回波强度超过50dBz；有弱回波区、有界弱回波区、回波悬垂；大冰雹可以看到三体散射长钉；具有高的垂直累积液态水含量VIL值。现根据这五个条件，对相关时次的多普勒天气雷达产品进行分析。

5月19日13时06分左右浦城永兴镇有手指大小的冰雹。分别取该时刻的1.5°（左上）、2.4°（右上）、3.3°（左下）仰角的基础反射率和组合反射率（右下）产品进行对比分析，可以看出，最强的回波强度超过65dBz，出现在3.3°仰角的基础反射率图上。对该时次的雷达回波作剖面分析（图7），可以看出最强回波的高度在15kft以上，即4.5公里以上，高度略偏低，但依然可以分析出强回波中心下部的有界弱回波区与回波悬垂。从VIL值（图8左）来看，最高VIL值超过40kg/㎡，且回波顶高（图8右）在14公里以上，说明该单体的含水量较高，且对流发展旺盛，向上发展到足够的高度，可以产生降雹。但同样也存在一些不利降雹的条件。由邵武探空资料可知，08时的-10℃高度为6.7公里，-20℃高度为8.3公里，到20时仍然维持这个数值，因此可以认为13时的-20℃高度也在8.3公里左右。从雷达剖面图可以看出，在该高度上雷达回波的强度为45dBz，低于50dBz。同时各个仰角上的三体散射长钉都不明显。因此该雷暴单体虽然能够产生冰雹，但冰雹的块体较小，与实况是相吻合的。

类似地可以对14时30分左右建阳回龙坪州至澄埠的小冰雹进行分析。该时次最强的回波强度超过65dBz，拥有高悬的强反射率因子核心，可以分析出有界弱回波区与回波悬垂，且-20℃层高度上的雷达回波强度达到了50dBz，但各个仰角上的三体散射长钉都不明显，因此认为该雷暴单体也只能产生小冰雹。

图6 5月19日13时06分1.5°（左上）、2.4°（右上）、3.3°（左下）仰角的基础反射率和组合反射率（右下）

图7 5月19日13时06分雷达剖面

图8 5月19日13时06分VIL（左）和回波顶高（右）

5 结语

通过对形势场、探空图、物理量场及多普勒雷达回波的综合分析，可以得出结论：5月19日午后闽北地区的雷雨大风、强雷电、短时强降水和小冰雹等强对流天气过程，是以925hPa上的气流辐合为主要触发机制的一次暖区强对流过程。925hPa上的辐合使对流能突破抬升凝结高度LCL得以触发；低层充足的水汽供应与能量条件使得对流能够维持和发展；0℃层之上的500hPa上有足够的上升运动使得云体能够发展得比较高，为冰雹的生长提供条件。由于对流发展旺盛，产生了这一次冰雹过程。另外在与20日的又一次小冰雹强对流天气进行对比时发现，20日的那次过程并不存在明显的925hPa辐合，强对流还可以有其他的触发机制，依旧值得研究。

参考文献

[1]朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,2007.

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