秦皇岛市一次冰雹天气过程分析

尹碧文　毛智政　宋金妹　燕成玉　崔粉娥

摘要 利用常规气象观测资料、加密自动站资料和多普勒雷达资料，对秦皇岛市2019年5月15日出现的一次冰雹天气过程进行分析。此次过程为典型冷涡影响下的强对流天气，大气层结处于不稳定状态，且不稳定、能量较大，地面冷锋和辐合线触发了此次冰雹天气；前倾形势明显，CAPE为743.2 J/kg，K指数为33.4，SI指数为-3.19。0 ℃层所在高度为3 576.7 m，-20 ℃层所在高度为6 316.4 m，有利于冰雹的增长，并且垂直风切变较强，环境条件有利于冰雹等强对流天气的出现。对于冷涡后的强对流天气预报需要精心研讨，多参考一些地方性指标，分析物理量场的变化；同时要注重短临监视，加强对加密观测数据、多普勒雷达的监视，加强临近预报预警。

关键词 冰雹；天气过程；强对流

中图分类号：P458.3 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）06–0070-03

冰雹天气易对农牧生产、人民生命和财产安全等造成损失；其空间尺度狭小、生命史较短暂，是目前天气预报的难点[1-5]。冰雹发生的环境条件主要有较高的湿对流有效位能、中等强度以上的垂直风切变、并且0 ℃层高度主要集中在4.0～5.0 km之间。

秦皇岛市夏季多受冷涡系统影响，需要重点关注冷涡影响下的冰雹等强对流天气。针对秦皇岛地区2019年5月15日出现的一次冰雹天气过程进行分析总结，有利于提高对秦皇岛地区强对流天气过程的认识，提高冰雹等强对流天气预报的准确率，进而提升防灾减灾能力。

1 灾害天气实况分析

2019年5月15日傍晚到夜间，受冷涡系统影响，秦皇岛地区出现雷阵雨天气，局部地区伴有雷暴、短时大风、短时强降水、冰雹等强对流天气。由图1可知，秦皇岛地区2019年5月15日08：00至16日08：00，雨量分布不均，共有2个站出现暴雨，最大降雨量出现在青龙县花场峪，为58.7 mm，该站最大小时雨强为49.4 mm/h，集中在22：00。青龙县出现冰雹和8级大风（极大风速达17.2 m/s）。

2 成因分析

2.1 环流形势分析

2019年5月15日08：00，500 hPa上蒙古地区有一个冷涡存在，在冷涡底部、河套地区有一个高空槽，秦皇岛位于槽前；20：00高空槽东移，秦皇岛仍位于冷涡底部，冷空气往下渗透，槽两侧风速较大，达到急流标准。700 hPa相似位置也有冷涡存在，说明此系统比较深厚。850 hPa有西南风水汽输送，风速达到急流标准，20：00急流有所加强。低层受西南暖湿气流影响，500 hPa为冷气团控制，高低温度差达到32 ℃，大气层结不稳定。在地面形势上，地面低压稳定少动，中心位于俄罗斯与我国内蒙古东部交界处，且有地面冷锋与之配合东移南下，20：00冷锋压到秦皇岛地区，之后冷锋过境，出现冰雹等强对流天气。

由图2可知，此次过程具有明显的前倾结构，2019年5月15日20：00，500 hPa高空槽已经位于朝鲜半岛西岸，700 hPa位于河北东部，850 hPa位于河北西部，500 hPa槽后具有较强的西北气流配合大范围干区，850 hPa受暖脊控制且有湿区配合，高层干冷低层暖湿，大气层结不稳定，同时地面有辐合线生成，在地面冷锋和地面辐合线的触发作用下，强对流天气发生。在此次过程中，较强对流主要发生在北部山区，地形的抬升觸发对降雨和强对流具有增幅作用。

2.2 卫星资料分析

由图3可知，2019年5月15日08：00，东北地区有明显的块状云系，北京附近有明显的高空槽云系，高空槽云系后边界整齐，有冷空气卷入，前边界有丝缕状结构，未来高空槽云系发展；20：00，位于东北地区的块状云系发展成涡旋云系，与高空槽云系合并，有明显的对流云团。

2.3 雷达资料分析

由图4的雷达组合反射率图（CR）可知，2019年5月15日20：26，位于秦皇岛北部的青龙县出现块状回波，中心强度达到60 dBz，唐山迁西也有块状回波，中心强度65 dBz；到20：59，回波略往东南移，大于60 dBz的范围增大；21：26位于迁西的强回波移到迁安，原位于青龙县强回波移到青龙与抚宁的交界处；之后强回波逐渐移到秦皇岛，中心强度加强，中心强度达到65 dBz。

由1.5°仰角速度图（PPI）可知，2019年5月15日20：26，秦皇岛上空低层有西南急流，西南急流达到27 m/s，青龙附近有逆风区，并且逆风区逐渐南移；20：59，秦皇岛上空低层仍有西南风急流，抚宁与青龙交界处有逆风区；到21：26，逆风区逐渐消失，底层急流减弱，对流天气减弱。同时，风暴属性表上，强冰雹概率逐渐增大，达到100%，且VIL一直处于50以上。

3 物理量诊断

3.1 水汽条件分析

对水汽条件进行分析，2019年5月15日08：00，受偏南气流影响，850 hPa以下均为水汽辐合；20：00，850 hPa水汽通量变为正值，但925 hPa仍为水汽辐合区，这也是此次过程只出现局地强降水区、未出现大范围强降水的原因之一。

3.2 热力条件分析

俞小鼎等[6]通过对冰雹天气进行统计分析，得出冰雹发生的环境条件对应的3个环境参量：CAPE、垂直风切变、0 ℃层高度。大致范围是：CAPE值主要集中在1 000 J/kg之上，要有较高的湿对流有效位能；垂直风切变主要集中在2×10-3 s-1之上，即发生中等强度以上的垂直风切变；0 ℃层高度主要在4.0～5.0 km之间，超过5.0 km几乎很难产生强冰雹。

由图5（a）可知，乐亭站探空呈喇叭口形，低层湿、高层干，有利于雷暴大风出现，且低层风随高度顺转，有暖平流，高层风随高度逆转，有冷平流，低层暖湿，高层干冷，大气为不稳定状态。CAPE值743.2 J/kg，K指数33.4，SI指数-3.19。0 ℃层所在高度为3 576.7 m，-10～-30 ℃层为冰雹的主要增长层，-20 ℃层所在高度为6 316.4 m，有利于冰雹的增长。

高低层风速都比较大，低层为西南风，500 hPa为西北风，垂直风切变较强，强的垂直风切变对强风暴有维持和加强的作用。结合由图5（b）可知，有假相当位温舌存在，说明热力条件较好。

3.3 动力条件分析

在动力条件上，2019年5月15日08：00，850 hPa及以下为负涡度区，20：00转为正涡度区；与之配合的垂直速度由正值（下沉）转为负值（上升），动力条件转好。结合地面区域站加密风场，可以看出有明显地面辐合线，辐合上升运动加强，触发强对流天气。

4 数值预报检验及可预报性分析

根据各家精细化数值预报产品，研究此次过程的可预报性：500 hPa EC环流形势场较为正确，但对于高空槽的过境时间预报偏慢。850 hPa EC预报切变线移动偏慢，西南急流位置预报较为准确。

此次降水过程，各种指导产品预报不太一致，欧洲细网格、GRAPES、日本细网格模式等预报有降水，跟实况比较接近；而RMAPS-IN仅报了弱降水，RMAPS-CST对降水强度预报较为准确，虽然强中心略有偏差，但对短临预报预警的指导性较强，是目前短临预报预警的重要手段之一。

5 预报技术分析及工作建议

（1）过程的典型特征：局地性强、对流性强。

（2）预报难点：此次局地性强对流天气的影响系统是高空冷涡，高层干冷空气叠加在低层暖湿空气之上，地面有冷锋过境，地面冷锋和地面辐合线激发了此次强对流天气。此次中低层没有明显的切变线，加上各家数值预报对此次过程的预报都不是很准确，这次降水比较难把握。

（3）预报中存在的问题：对于局地强对流天气，数值预报有时也不准确，中央台指导预报对于降水的指导缺少地方经验，对于冷涡后的强对流天气的预报有待于预报员精心研讨，多参考一些地方性指标，尤其要多研究分析物理量场的变化。对于这种中小尺度的强对流天气，可通过多普勒雷达监测，加强临近预报预警。

6 相似历史个例分析

将2014年8月16日秦皇岛地区出现的1次冰雹天气过程与此次过程进行对比分析，降雹过程中都伴随着雷暴等强对流天气，局部出现暴雨并伴有强对流天气。

可以看出这2次过程都为冷涡影响下的强对流天气，共同特点为前倾形势明显，高低空系统的垂直结构明显。特别注意的是，这2次过程高空受西北气流影响，700 hPa、850 hPa影响系统还未过境；此次过程850 hPa切变线并不明显，以底层冷锋和地面辐合线触发为主。因此，有冷涡系统影响时，要重点关注中低层系统的发展，前倾形势的出现对于强对流天气的发生十分有利，应引起高度重视。

7 结论

（1）此次过程为典型的冷涡影响下的强对流天气，大气层结处于不稳定状态，且不稳定、能量较大，地面冷锋和辐合线激发了此次冰雹天气。

（2）前倾形势明显，CAPE为743.2 J/kg，K指数为33.4，SI指数为-3.19。0 ℃层所在高度为3 576.7 m，-20 ℃层所在高度为6 316.4 m，有利于冰雹的增长。

（3）垂直风切变较强，环境条件比较有利于出现冰雹等强对流天气。

（4）对于冷涡后的强对流天气，预报员需要精心研讨，多参考一些地方性指标，研究分析物理量场的变化。同时，要注重短临监视，加强对加密观测数据、多普勒雷达的监视，加强临近预报预警。

参考文献

[1] 丁治英，王楠.两次飑线过程中短时强降水和冰雹强度差异及成因分析[J].气象科学，2015，35（1）：83-92.

[2] 段玮，胡娟，赵宁坤，等.云南冰雹灾害气候特征及其变化[J].灾害学，2017，32 （2）：90-96.

[3] 萬红莲，宋海龙，朱婵婵，等.陕西地区1368—2013年冰雹灾害时空分布特征研究[J].干旱区资源与环境，2017，31（2）： 123-127.

[4] 吴和俐，张艳梅，赵宝筑，等.贵阳市一次大范围冰雹天气过程综合分析[J].农业灾害研究，2022，12（5）：82-84.

[5] 寿绍文.天气学分析[M].北京：气象出版社，2006.

[6] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷楠，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of A Hail Weather Process of Qinhuangdao

Yin Bi-wen et al（Qinhuangdao Meteo-

rological Bureau， Qinhuangdao， Hebei 066000）

Abstract Used conventional meteorological observation data， encrypted automatic station data and Doppler radar data， to analyze a hail weather process in Qinhuangdao on May 15， 2019. This process was a severe convective weather under the typical cold vortex background. The atmospheric stratification was in an unstable state， and the unstable energy was large. The surface cold front and convergence line triggered this hail weather. The forward-tilting situation and strong vertical wind shear were obviously conducive to the occurrence of severe convective weather such as hail.

Key words Hail; Doppler radar; Cold vortex

基金项目 秦皇岛市暴雨与强对流团队资助（QHDCXTD202002）。

作者简介 尹碧文（1992—），女，黑龙江七台河人，助理工程师，主要从事天气、气候研究。*通信作者：宋金妹（1998—），女，河北承德人，工程师，主要从事强对流天气研究，E-mail：459223330@qq.com。

收稿日期 2023-03-23