2022年6月18日绥化风雹天气成因分析
孙 亮，班秋艳，孙 磊，孔颖异，张英华
(1.绥化市气象局，黑龙江 绥化 152000;2.哈尔滨信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150431)
冰雹灾害是造成黑龙江省农作物减产的关键气象灾害之一[1]，随着近年来雷达观测普及与预警预报的信息化发展，防灾减灾效率得到一定提升，但农作物因冰雹灾害减产甚至绝产现象仍时有发生。
根据李红斌[2]等统计，绥化市地处黑龙江省四条冰雹分布带中小兴安岭西部的一支，常年受冰雹灾害影响，唐凯[3]等统计指出每年5、6、9月是黑龙江省冰雹灾害的多发期，13-15 时是降雹期冰雹多发的时段。
在东北地区产生冰雹的天气形势主要有三种：
分别为高空冷槽型、高空冷涡型和高空西北气流型[4]，其中高空西北气流型在以往的研究常常容易被忽视， 在同类天气形势的实际预报中， 强对流天气的强度很容易被低估和误判。
2022年6月18日11-15 时绥化市多地出现对流性大风，其中14 个站风力超过8 级，4 个站超过9级，最大风力出现于13 时29 分望奎县恭六乡，达11级。
此外当日14 时前后北林区五营乡、三河镇遭受严重冰雹灾害，冰雹最大直径达到30 mm，对农作物玉米、 大豆、 水稻造成严重灾害， 农作物受灾面积1241 hm2，造成直接经济损失124.1 万元。
3.1 天气形势
2022年6月18日08 时， 黑龙江省位于高空槽后脊前（图1-2），受西北气流控制，对这种环流背景条件下的强对流天气比较容易漏报。
但是结合温度场分析可以发现，中层500 hPa（图1）较强的西北气流有利于冷空气向黑龙江省输送， 黑龙江省大部在温度槽即冷空气的控制下， 等温线≤-12 ℃。
低层925 hPa（图2）黑龙江省大部地区为温度脊，绥化位于≥18 ℃暖中心附近。
温度场这种上冷下暖的配置表明绥化等地有大气层结的热力不稳定结构， 即有产生强对流天气的潜势条件。
从图2 还可以看到在大兴安岭北部有≤10 ℃冷中心， 在冷暖中心之间是东西向的锋区，在500 hPa 西北气流的引导下，锋区将向东南方向移动， 有可能为绥化等地的不稳定能量爆发提供触发抬升条件，从而产生强对流天气。
图1 6月18日08 时500 hPa 综合图
图2 6月18日08 时925 hPa 综合图
3.2 物理量要素
通过2022年6月18日08-20 时齐齐哈尔探空图（图3）及其计算得出的物理量，沙氏指数(SI)由1℃降到-2.8 ℃，K 指数由30 ℃升到34 ℃，TT 总指数由48 ℃升到54 ℃， 强天气威胁指数 (SWEAT)由124.5 升到256.0， 以上物理量均反映出大气层结不稳定，有利于强雷暴天气的发生。CAPE 值在08 时仅为44.5 J/kg, 但经过14 时地面资料订正后， 增加到1544.2 J/kg,具备较强的不稳定能量，08 时DCAPE 值1018 J/kg，具备较强的下沉能量，有利于地面大风的出现。风向由偏东风随高度顺转为西北风，08 时0-6 km 风矢量差为17.5 m/s,20 时达到25.2 m/s， 根据樊李苗[5]等的研究，风切变数值＞12 m/s 时就容易产生中等强度的强对流天气风切变数值，＞20 m/s 时就有较高强度的强对流天气风险，风速垂直切变增大，有利于对流风暴的发展和维持，使风暴的组织性更强，动力抬升条件充分；
0 ℃层在3 km 左右，-20 ℃层在6 km 左右，对产生强冰雹天气有利，近地面与高层较干，中低层相对较湿，同时存在上喇叭口和下喇叭口的探空曲线结构特征， 有利于雷暴大风和冰雹等强对流天气发生。
图3 6月18日齐齐哈尔(a)08 时探空图、(b)经过14 时地面资料订正后的探空图以及(c)20 时探空图
4.1 中尺度对流云团演变特征
在有利于产生强对流天气的环境背景下， 此次风雹天气得以发生。
结合卫星云图与雷达产品资料可以总结出整个对流过程生命史：
从红外云图 （图略）演变可以看出，2022年6月18日11 时左右对流云团在绥化市西北诞生， 生成后向东南方向移动发展，13 时在绥化市中部发展成熟，13 时30 分-14 时可见光云图(图略)显示，对流云团出现上冲云顶结构，在其移动方向上出现后部的絮状卷云砧，同时红外云图中云顶亮温由-33 ℃降为-41.2 ℃， 其在多地产生对流性大风并在北林区引发致灾的强冰雹，最后对流云团于15 时左右减弱并移出绥化境内，风雹天气过程结束。
4.2 雷达回波演变特征
纵观整个强对流天气过程， 对流云体从进入到移出绥化地区历经4 h，在此期间伴随多个雷暴单体的生消和聚散，并在多地产生灾害性大风和冰雹，在下文中选取致灾较为严重的恭六乡和五营乡附近的雷达资料进行分析。
由绥化多普勒雷达监测所得13 时27 分径向速度场（图略）显示，在望奎境内恭六乡所在地上游5 km 处0.5°仰角下存在辐散，1.5°到2.4°仰角下存在中层径向辐合，3.4°仰角下辐合辐散不明显， 表明下沉气流的出现， 是地面大风出现时清晰可见的速度图特征之一，再分别对13 时16 分、13 时21 分和13 时27 分三个时次的强回波中心剖面， 其中反射率强中心在三个体扫内高度的快速下降， 结合速度场特征分析发现这是一次典型的下击暴流过程， 实况中在13 时29 分恭六乡附近区域观测到29.4 m/s 的极大风速。
在对13 时55 分强回波中心分析（图略）发现，雷达反射率因子从0.5°到4.3°仰角范围都可以在强中心后部观察到明显的后侧“V”型缺口，这种对大颗粒的散射衰减是强雹出现的有力指标之一。
在出现后侧“V”型缺口的回波位置靠近雷达一侧（图略）做强度垂直剖面可以看出明显的悬垂结构与其之下的弱回波区， 强中心最大回波强度超过65 dBZ， 高度达到8 km，回波顶高超过13 km，也是典型的冰雹云结构。
在垂直累积液态水含量产品VIL（图略）中，观测连续三个体扫的VIL 极大值从45 kg/m2到60 kg/m2再到30 kg/m2， 在VIL 剧变位置的五营乡产生了最大直径达30 mm 的强冰雹，体现出VIL 先跃增，产生强冰雹后骤降的过程，是冰雹云回波有别于普通雷暴云回波的VIL 值变化特征；
再根据VIL 值与冰雹尺寸的正相关性[6]，60 kg/m2的VIL 值表征强冰雹的出现。
(1)本次过程是黑龙江省一次典型的西北气流型冰雹，绥化市位于500 hPa 高空槽后脊前，受西北气流控制，低层暖脊东推，高层小股冷空气南下，高低层相互配合，低层存在辐合触发机制，强对流天气出现。
(2)高低层温差较大，具备上冷下暖层结结构，有较好的热力不稳定条件，水汽条件一般，地面与低层辐合抬升条件较为有利，存在较大的CAPE 值，潜在不稳定能量较强；
垂直方向上风随高度顺转，且0-6 km 风速垂直切变较大，具备风暴持续发展的组织性条件，动力抬升条件充分。
(3)在相似风雹天气过程中多种雷达产品的综合应用非常关键，强度场中后向“V”型缺口及其垂直剖面中回波悬垂与弱回波区， 径向速度场中低层辐散与中层径向辐合，以及VIL 值的大小和急剧变化，是判别冰雹大风天气的重要指标。
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