2020-03-21武宁大冰雹天气过程分析

时间：2024-07-28

万红燕，马中元，陈鲍发，朱丽霞，王立志

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.武宁县气象局，九江 332300；3.景德镇市气象局，景德镇 333000；4.中国科学院大气物理研究所，北京 100029)

0 引言

武宁位于江西西北部，与湖南交界，当江西受外来飑线系统影响时，武宁成为第1站，湖南东移的飑线回波系统首先影响武宁和修水。随着社会需求和发展，对县站预警预报能力的要求越来越高，县境内冰雹的监测预警成为县级基层台站综合业务中的预报难点和重点，有必要提高县级台站对冰雹等强天气的分析判断能力。

国内的专家学者从各个方面对冰雹天气进行了研究。陈鲍发[1]等指出局地冰雹常由超级单体回波所为，具有典型的超级单体回波特征。卢秋芳[2]等指出冰雹发生在飑线回波带上，回波强度达到65～70 dBz。刘献耀[3]等指出冰雹和雷雨大风有明显的月变化，冰雹站次峰值在3—4月，占总数的79.1%。雷雨大风站次有2个峰值，分别在4—5月和7—8月，占总数的44.3% 和31.7%。支树林[4]等指出正负闪频数比增大时，相应的冰雹直径也增大，即正闪比例的变化与冰雹成长过程有较好的关联；降雹后负闪频数会减小，而正闪频数增大。龙余良[5]等指出冰雹季节变化呈单峰型，3—5月最容易出现冰雹，4月份最多。郭艳[6]指出利用TBSS预报大冰雹的时间提前量最大达到77 min，TBSS特征可以作为大冰雹的有效判据。吴杨[7]等指出“上干下湿”的典型大气层结和0 ℃层高度在3.7～4.2 km、-20 ℃层高度在6.8～7.1 km，有利于能量聚集而产生冰雹。林琴[8]等指出典型的“上干下湿”的大气结构有利于产生降雹。胡胜[9-13]等得出大冰雹风暴单体发展非常旺盛，最大反射率因子超过65 dBz，其高度达到5 km以上；0 ℃和-20 ℃层高度上的最大反射率因子均超过54 dBz。这些研究成果为武宁冰雹天气[14-16]的监测预警提供了理论依据。

文章使用常规天气图、探空资料、卫星云图和江西WebGIS雷达拼图等资料，对2020-03-21武宁大冰雹过程进行分析，试图总结出武宁冰雹天气和雷达回波特征，为开展武宁冰雹监测预警和短临预报提供理论依据。

1 数据来源和天气实况

1.1 数据来源

天气图、探空资料、卫星云图来源于MICAPS系统平台；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图平台(http：//10.116.32.81，2012)；地面要素资料来源于江西省自动气象站要素检索系统(内网信息平台)。

1.2 冰雹等灾情实况

2020-03-21T22：00—2020-03-22T06：00(北京时，下同)，武宁县出现1次罕见大冰雹过程。3月21日，武宁天气闷热，温度异常偏高，夜间至22日06：00武宁出现强雷电、短时强降水、8级以上雷暴大风和冰雹等灾害性天气，部分乡镇局地大冰雹灾害严重。21日22：30，冰雹直径大且密度高，武宁县澧溪、上汤等地出现冰雹，最大直径在5 cm左右，持续时间超过10 min。

21日20：00至22日08：00，全县平均降水28.1 mm/12 h，有29个站点大于50 mm/12 h，以罗坪镇罗坪村54.9 mm/12 h为最大，武宁县清江乡53.9 mm/12 h次之。2个区域站降雨量超过30 mm/h，最大1 h雨量达35.6 mm；最大3 h雨量达50.1 mm；最大6 h雨量达 53.9 mm。

21日大冰雹过程造成武宁县石渡乡、罗坪镇、清江乡、杨洲乡、武宁县城、甫田乡、宋溪镇和源口水库8个站点出现8级以上雷暴大风，其中以武宁县石渡乡 26.1 m/s 为最大，达到 10 级狂风级别。

武宁县21日风雹灾害共造成4035人受灾，紧急转移安置人口15人，雷暴大风造成武宁县部分乡镇油菜出现大面积折损倒伏，农作物受灾面积达275.9134 hm2(Squarehectometer，1 hm2=10，000 m2，即1公顷)。其中：农作物绝收面积2.4067 hm2，倒塌房屋13间，严重损坏房屋间数9间，一般损坏房屋112间，直接经济损失246.8万元。

2 天气背景与环境条件

2.1 天气系统

2020-03-21T20：00(图1)，江西赣北出现大范围强对流天气，其中武宁县境内出现直径≥5 cm大冰雹。从21日20：00天气图中分析得出如下特点：1)地面冷空气南下，冷锋已移近赣西北地区；2)上游湖南大部、湖北东南部中层500 hPa有明显干区，随着冷锋南下，系统东移，赣北将出现“上干下湿”的垂直湿度梯度；3)高空低槽呈阶梯槽结构，北支从东北伸向西南，影响范围大，槽前为28 m/s以上的强盛西南急流；4)850 hPa与700 hPa西南急流在湘、鄂、赣3省交界汇合，强天气出现在交汇点以东；5)850 hPa切变线从安徽经湖北东南部至湖南北部，与地面冷锋位置一致，切变线以南低空西南急流，其中南昌西南风14 m/s，湖南中东部有18 m/s的西南急流核；切变以北为东北气流，但风速不强，仅有2～4 m/s。

图1 2020-03-21T20：00天气图

20：00后冷锋南下，强对流区逐渐南压，冷暖气流在赣北交汇，由于此时赣北上空环境条件好，SI指数达-4.3 ℃(在-3 ℃以下，易出现极端强对流天气)，对流有效位能(CAPE)达1，608.8 J/kg，0～5 km风垂直切变达30 m/s或以上，大气层结表现极不稳定，且不稳定能量与风垂直切变均达到强对流天气阈值，预示赣北将出现强对流天气过程。而此时0 ℃层高度4236 m，-20 ℃层高度7229 m，特征层温度适宜，对出现冰雹等极端强对流天气十分有利。

2.2 层结条件

2020-03-21T08：00(图2a)，南昌探空T-lnP图显示层结比较稳定，CAPE为0 J/kg。21日20：00(图2b)，CAPE为1609 J/kg，表明大气层结由稳定转换为不稳定，为对流天气的产生提供了有利的不稳定层结条件。

图2 2020-03-21T08：00和20：00 T-lnP图

2.3 FY4A红外云图

2020-03-21T18：00，湖南西部有1块A对流云系发展，随着高空风朝东北方向移动。19：00，A云系移动至湖南北部，范围扩大，有所加强；20：00，A云系不断延长，东北段伸展至湖北境内，形成长约800 km的飑线云系，前沿抵达江西西北边界；21：00，在飑线云系的中段(武宁西北侧)，有1块对流云系B发展旺盛，云顶温度达到-70 ℃；22：00，对流云系B猛烈发展，范围扩大，云顶温度达到-80 ℃左右，从雷达回波上看，对流云系B发展成为强超级单体回波；22：30，武宁部分乡镇村出现直径≥5 cm的大冰雹；23：00，对流云系B横扫武宁县全境，造成大范围冰雹、雷暴大风、强雷电和短时强降水天气。

由此可见，武宁大冰雹发生在地面冷空气南下，中层500 hPa有明显干区，形成“上干下湿”的垂直湿度梯度；高空低槽呈阶梯槽结构，槽前为强盛西南急流；850 hPa切变线与地面冷锋位置大致重叠。T-lnP图08：00层结比较稳定，20：00 CAPE为1609 J/kg，大气层结表现极不稳定。武宁冰雹发生在飑线A云系中发展起来的对流B云系上，B云系对应雷达回波是强超级单体回波，影响武宁时造成大范围冰雹、雷暴大风、强雷电和短时强降水天气[17]。

3 外来飑线回波系统影响

湖南境内生成的飑线回波带移入江西，在飑线回波带上发展旺盛的超级单体回波造成了武宁出现大冰雹天气。21日19：00(图3a)，湖南岳阳市西南和东北方向有对流回波发展；西南回波强度达到60 dBz，由于60 dBz回波面积较小，属于强单体回波。20：00(图3b)，岳阳一带对流回波排列成带，发展成为飑线回波带，其中回波带北段(洪湖市附近)带上强单体回波发展成为超级单体回波，CR达到65 dBz，强回波面积较大(60 dBz回波面积称为强回波面积)。21：00(图3c)，湖南飑线朝东南方向移动，回波带上不断出现强单体回波，崇阳县附近强单体回波中心强度达到65 dBz[18，19]。

22：00(图3d)，飑线回波带逼近江西边界前沿伸入修水和武宁境内，飑线中段发展旺盛，生成两个超级单体回波，CR达到65 dBz，强回波面积较大，属于逼近典型的冰雹超级单体。23：00(图3e)，飑线回波带中段西面超级单体减弱快速消失，中段东面超级单体迅速发展壮大，CR达到70 dBz，这是造成武宁乡镇村22：30出现直径≥5 cm大冰雹的回波系统；由于回波带上超级单体快速发展并朝东南方向快速移动，造成回波带出现扰动，形成“弓状”回波带，并伴随雷暴大风等强天气。22日00：00(图3f)，“弓状”飑线回波带移出武宁县，影响德安、永修等地，但回波带上超级单体回波结构小时，强度明显减弱，地面无冰雹产生。