Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2020, 9(3), 192-199 Published Online May 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ccrl https://doi.org/10.12677/ccrl.2020.93023
Analysis of the Causes of the Continuous Hail Process from 3 to 13 June 2016 in Pingliang of Gansu Province
Lina Wang, Xiaochun Fan, Yifan Jiang, Ruidong Zhang
Pingliang Meteorological Bureau of Gansu Province, Pingliang Gansu
Received: May 8, 2020; accepted: May 22, 2020; published: May 29, 2020
thndth
Abstract
In this paper, the causes of the continuous hail process in Pingliang, of Gansu Province, from 3 to 13 June 2016 were analyzed by using the routine weather charts, radar, and satellite cloud images, in order to provide references for forecasters in daily monitoring and forecasting services.
Keywords
Hail, Satellite Cloud Images
2016年6月3~13日甘肃平凉连续性冰雹过程 成因分析
王丽娜，樊晓春，江一凡，张瑞东
甘肃省平凉市气象局，甘肃 平凉
收稿日期：2020年5月8日；录用日期：2020年5月22日；发布日期：2020年5月29日
摘 要
本文利用常规天气图、雷达、卫星云图等资料，对2016年6月3~13日甘肃平凉连续性冰雹过程成因进行分析，以便日常监测预报服务为预报员提供参考依据。
文章引用: 王丽娜, 樊晓春, 江一凡, 张瑞东. 2016年6月3~13日甘肃平凉连续性冰雹过程成因分析[J]. 气候变化研究快报, 2020, 9(3): 192-199. DOI: 10.12677/ccrl.2020.93023
王丽娜 等
关键词
冰雹，卫星云图
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
冰雹是春夏季节一种对农业生产危害较大的灾害性天气，也是平凉市灾害性天气预报和服务的重点。此类天气具有影响范围小、发展速度快和持续时间短等特点，它虽是一种局部的灾害性天气，但同时也是最严重的自然灾害之一，一般伴有暴雨洪涝和大风，对人民生活、生命财产安全等造成严重危害，相对于平凉比较脆弱的农业生产条件，冰雹常对农作物造成不可挽回的损失。而准确预报冰雹则是气象预报服务中的一项艰巨的任务。国内不少学者和业务人员对我国的冰雹天气进行了研究，取得了不少研究成果[1]-[12]，而本地气象工作者也做过多年研究，并总结出平凉典型的四类冰雹概念模型，本文通过分析2016年6月3~13日甘肃平凉连续冰雹过程，试图找出一些预警指标，以期日常监测预报服务为预报员提供参考依据。
2. 天气实况及灾情
2016年6月3~13日平凉连续出现强对流天气，过程主要以冰雹为主，伴随雷暴、阵性大风和短时强降水，主要的冰雹天气出现在6月3日、6日、8日、9日、11日、12日、13日(见表1)。经统计，平凉7县(区)冰雹次数为22县(次)，有60多个乡镇出现冰雹，最大直径为35 mm，与历年同期相比(6月冰雹历年平均5.4次)，为冰雹多发月份。对比7次冰雹天气实况发现，有5次过程冰雹最大直径均小于10 mm，强度较弱，且范围小，灾情较轻，2次过程强度较大，最强的为12日出现在平凉中部的强降雹，冰雹最大直径35 mm，造成3县区、12乡镇、62村、10316户、43,538人受灾，农作物受灾面积5698.26公顷，成灾4496.28公顷，绝收1521.96公顷，因灾死亡大牲畜5只，共造成直接经济损失5003.19万元。针对7次冰雹天气过程，我们从其发生的天气背景及物理量、雷达回波特征等进行对比分析。
Table 1. Hail weather from 3 to 13 June 2016 in Pingliang 表1. 2016年6月3~13日平凉冰雹天气实况
日期
强对流天气类型 雷电、冰雹
3日
雷电、冰雹 雷电、冰雹 雷电、冰雹
6日
雷电、冰雹 雷电、冰雹 雷电、冰雹、短时强降水
8日
雷电、冰雹 雷电、冰雹
冰雹直径 8 mm <3 mm <3 mm 6 mm 10 mm <3 mm <3 mm <3 mm <3 mm
降雹时间(持续时间)
15:30 13:00~15:00 17:00~17:30 17:00 (8 min) 18:01~18:55
下午 14:00~14:21
下午 下午
强对流发生地点 华亭(乡镇) 崆峒(乡镇) 泾川(乡镇) 灵台(乡镇) 崆峒(乡镇) 泾川(乡镇) 华亭(乡镇) 静宁(乡镇) 崆峒(乡镇)
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王丽娜 等
Continued
雷电、冰雹
9日
雷电、冰雹 雷电、短时强降水 雷电、冰雹、短时强降水 雷电、冰雹、短时强降水、雷暴大风
11日
雷电、冰雹 雷电、冰雹 雷电、冰雹
12日
雷电、冰雹、短时强降水
雷电、冰雹
13日
雷电、冰雹 雷电、冰雹
<3 mm <3 mm 10 mm 7 mm <3 mm 10~15 mm 20~35 mm 10~30 mm <5 mm 10 mm <5 mm
下午 下午 17:39~19:30 9 min 下午 13:30~15:00 17:40~19:15 20:28~20:50 17:40~19:15
傍晚 傍晚
崆峒(乡镇) 静宁(乡镇) 崆峒、华亭(乡镇) 灵台(乡镇) 灵台 静宁(乡镇) 崆峒(乡镇) 华亭 崆峒(乡镇) 静宁(乡镇) 静宁(乡镇) 庄浪(乡镇)
3. 影响系统分析
平凉气象台经多年研究，总结出本地典型冰雹概念模型有四类，分别为蒙古冷涡(低槽)类(占34%)、河套低(压)或东北低(压)槽类(占40%)、西方小槽类(占21%)、偏南气流类(盛夏，占5%)；本文通过分析6月3~13日出现的7次冰雹天气过程当日08时500 hPa高空形势发现，6月3日、9日、13日冰雹过程，当日500 hPa均有蒙古冷涡形成，其他4次过程也是蒙古冷涡东移过程中在东北形成大低压(槽)而造成的。持续多日的冰雹从环流背景上是满足平凉降雹形势类型的。以下重点分析范围最大(3日)和最强(12日)两次冰雹过程特征。
过程前，6月2日08:00 (图略) 500 hPa高空图上，中高纬为两槽一脊，东亚为低槽，河套北部至贝加尔湖为高压脊控制，蒙古西部已有冷涡初生，但还未形成闭合的低涡中心，伴随高压脊的崩溃，在105?E以西45?N附近形成闭合低涡，其底部延伸至河套北部，随后系统东移发展，35?N以北的我国北方地区为西风带环流控制，副热带高压在华南沿海一带活跃。过程开始当日3日08:00 (图1a)，高空低涡已在蒙古国西部形成，位置偏南，其底部靠近河套地区，温度槽位于高原边坡，其中心温度低于?12℃，冷槽深厚并且落后于高度槽，有利于冷涡的继续发展，冷涡底部不断有冷空气扩散南下，平凉处在冷槽前西北气流中，冷平流明显。再从3~13日08时冷涡中心动态(图2)可看出，冷涡中心活跃于40?N以北，前几次强对流过程冷涡中心移速较快，从蒙古发展向东延伸靠近东北地区又转折北上至东北北部，冷涡中心温度均低于?20℃，位置偏北对本地影响较弱；9日08:00 (图1b)，东北低涡断裂，在蒙古国、贝加尔湖南部50?N以南110?E附近又新生一冷涡，相对本地冷涡位置偏北，造成本地弱降雹天气，然后向东缓慢移动至东北地区北部并维持稳定。12日08:00 (图1c)，东北冷涡中心低于556位势什米，而且冷槽中心温度低于?20℃，冷槽经向度较大一直延伸至西北地区东部，平凉主要受东北低(压)槽后部强冷平流影响，贝加尔湖西部低槽也有冷空气沿着西北气流南下不断补充，导致本地最强的一次降雹天气过程。13日08:00 (图略)，蒙古西部有弱切变，本地上空为浅温度槽，冷平流不明显，但低层暖脊较强，导致本地西部弱降雹天气；20:00 (图1d)，蒙古西部切变发展形成低涡南压至河套，陇东北部形成西北急流(500 hPa，急流中心最大风速达30 m/s)，本地处于高空急流出口区右侧，低层700 hPa西北风较大，强对流天气结束。
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(a) (b)
(c) (d)
Figure 1. Height and temperature field at 500 hPa at 08:00 on June 3rd (a); 08:00 on June 9th (b); 08:00 on June 12th (c); 20:00 on June 13th (d)
图1. 6月3日08:00 (a)；9日08:00 (b)；12日08:00 (c)；13日20:00 (d) 500 hPa高度场与温度场
Figure 2. Dynamic diagram of vortex center from 3 to 13 June 图2. 6月3~13日低涡中心动态图
综上分析，这7次连续冰雹过程的主要影响系统是蒙古冷涡或东北冷(低)涡，本地主要为冷涡后部西北气流控制，冷涡后(底)部不断扩散南下的冷空气是触发连续性强对流天气的主要诱导因素。
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4. 物理量分析
4.1. 对流参数特征
Table 2. Sounding parameters at 08:00, 14:00 and 20:00 in a day of seven strong convection processes 表2. 7次冰雹过程当日08、14、20时探空参数
时次 6月3日08时 6月3日14时 6月3日20时 6月6日08时 6月6日14时 6月6日20时 6月8日08时 6月8日14时 6月8日20时 6月9日08时 6月9日14时 6月9日20时 6月11日08时 6月11日14时 6月11日20时 6月12日08时 6月12日14时 6月12日20时 6月13日08时 6月13日14时 6月13日20时
SWEAT 0~6 km K指数 SI指数 A指数 LI指数 TT总指数
CAPE (对流有效位能) (J/kg)
(强天气威胁指数) 垂直风切变(m/s) (℃) (℃) (℃) (℃) (℃) 27 36.8 31 16 35.5 24 25 33.4 29 22 40.4 33 29 44.8 33 19 45.6 33 17 35.4 28
0.4 ?5 ?1.9 13.6 ?2.6 0.2 3.1 ?3 ?1.9 3.7 ?7.6 ?0.9 1.3 ?9.5 ?1.9 2.7 ?10 ?3.2 ?1.1 ?8 0.1
?13 ?12.1 ?14 ?8 ?4.1 ?9 ?18.5 ?12.8 4.2 ?27.5 ?23.3 7.6 ?0.5 4.6 8.6 ?17.5 ?0.7 ?2.5 ?12.2 ?9.4 ?5
?0.2 ?5.8 ?3.6 10.5 ?3.5 ?2.8 1.7 ?3.9 ?3.2 3.2 ?8.4 ?2.8 ?0.4 ?10.3 ?4.1 1.9 ?10.8 ?5.5 ?3.5 ?8.4 0.2
47 56.8 52 26 53 49 43 51.4 51 41 60.4 50 46 63.6 49 43 63.6 53 49 63.4 49
40 1399 1203 0 1494 532 0 931 342 0 3167 350 31 4020 1183 0 3978 1056 554 2163 0
166 332.8 212 40 246 70 146 262.4 204 144 440.4 150 126 511.6 204 140 525.6 264 166 456.4 140
15.48 15.48 20.0 14.34 14.34 5.44 19.67 19.67 10.88 9.3 9.3 5.34 5.91 5.91 13.98 4.51 4.51 14.62 11.0 11.0 10.83
对比平凉7次冰雹过程当日08时、14时(对08时探空进行订正后)和20时探空实况参数(表2)可见，08时平凉上空层结还比较稳定，14时各项对流参数均表现出层结不稳定，K指数均大于33℃，具备了有利的不稳定层结条件，SI指数和抬升指数(LI)基本都小于?3℃，有利于强雷暴的发生，总温度指数大于50℃，CAPE大于1000 J/kg，不稳定能量聚集充沛，SWEAT都大于200，有利于强对流天气的触发，其中11、12日两次过程K指数最大，在40℃~45℃之间，SI指数最小，均小于?9℃，抬升指数(LI)也是最小的，均小于?10℃，而总温度指数TT是最大，达63.6℃，而TT值越大，越容易发生对流天气，其中对流有效位能也是最大的，有利于能量的积累，强天气威胁指数也是最大的，而强雷暴(降雹直径超过19 mm以上的雷暴天气)发生时SWEAT的临界指标为300，这两次过程中SWEAT远远超过了强雷暴发生的临界指标，0~6 km的垂直风切变又是最小的，这些对流参数也足以证明11、12日两次过程中存在
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