2019年3月岳阳一次强对流天气过程的成因分析

许丽丽 尹依雯 袁泉

摘要 整理分析岳阳2019年3月20—21日常规天气观测资料、NECP再分析数据，结合多普勒天气雷达资料及产品，应用天气学、雷达气象学方法对此次强对流天气过程的背景及环境场条件进行分析。结果表明，前期不稳定能量积聚，19—20日地面倒槽发展，南风强盛，岳阳市前期地面升温明显，最高气温达到28℃以上;500 hPa中高纬为多波动型，湖南处于槽前西南气流控制下，850 hPa四川、贵州交界处有低涡形成，中低层切变移动影响岳阳，为此次强对流过程提供了动力条件;地面冷空气南下，斜压锋生，触发对流发展;中低空西南急流建立，来自孟加拉湾的强盛的水汽输送与持续的水汽辐合，为此次强对流过程提供了充沛的水汽供应和动量输送，同时也大大加强了低层上升运动的形成，为降水的发生发展提供了动力与热力条件;此外，垂直上升运动的大值区与强对流发生时段对应较好，K指数、沙氏指数及对流不稳定能量CAPE已达到岳阳出现强对流和短时暴雨指标;在强对流预报中，不仅要考虑大尺度环流及特征物理量，也要考虑地形对降水及强对流天气的影响。

关键词 强对流天气;成因分析;地形

强对流天气是大气对流活动强烈发展而产生的灾害性天气，包括短时强降水、雷雨大风、龙卷风和冰雹等灾害性天气。因其空间尺度小、生命史短、突发性强、破坏力大，一直是天气预报中的难点。

针对强对流天气，国内外学者做了大量的研究。钱传海[1]等通过分析探空、雷达等资料，发现能量锋区及锋区上强的垂直涡柱为强对流天气的发生提供了动力和热力学条件;李向红等[2]通过分析雷达和NCEP资料，得出各类强对流天气对应的雷达回波平面及垂直结构特征;尹丽云[3]等利用雷达及地闪资料，发现负地闪和辐合上升气流区、强回波区有较好的对应关系。从相关文献可以看出，目前对强对流天气监测和预警的主要手段仍然是多普勒雷达的使用。岳阳境内，强对流天气多发生于春季，且是影响该区域的主要灾害性天气之一。每年3—5月，高空南支槽活跃，且北方冷空气与南方暖湿空气常交汇于岳阳并形成锋面，造成南支槽型锋面降雹，并伴随短时强降水、雷雨大风等强对流天气。

笔者应用天气学、雷达气象学方法，通过分析常规天气观测资料、NECP再分析数据，结合多普勒天气雷达资料及产品，对2019年3月20—21日岳阳多种强对流天气并发的天气过程进行分析探讨，以期为春季此类强对流天气的预报及预警提供参考。

1天气实况及灾情

2019年3月20—21日，湖南北中部出现了区域性强对流天气。此次过程的显著特点是多种强对流天气类型并存，且中小尺度特征明显，对流性强，影响范围大。受此次过程影响，岳阳出现了雷暴大风、短时强降水以及冰雹多种强对流天气，且具有一定的区域性（图1）。

强对流主要发生时间可以分为2个时段，第1阶段为3月20日23：00至21日03：00，此阶段的强对流天气主要发生在岳阳的中东部（岳阳县与临湘市交界），以短时强降水和冰雹为主，少数站点出现了17 m/s以上的雷雨大风。其中冰雹主要出现在岳阳县及临湘市，以小冰雹为主;短时强降水出现站点较多，小时最大雨强为66.3 mm（临湘市长塘站02：00—03：00）。第2阶段为3月21日03：00—06：00，此阶段强对流天气分布较为分散，以雷暴大风和短时强降水天气为主。其中雷暴大风主要集中在南部，最大风速出现在湘阴县的东港站，达20.4 m/s;强降水主要出现在汨罗及平江的中北部。且此次过程中，岳阳的大风共分为3个阶段：20日白天为低压偏南大风，20日夜间为雷雨大风为主，21日白天为冷空气大风。

2天气形势演变

3月20日20：00 500 hPa中高纬为多波动型，湖南处于槽前西南气流控制下，不仅输送了水汽，同时槽前正涡度平流区利于中低层上升运动的加强[4];850 hPa四川、贵州交界处有低涡形成，850、700 hPa长沙站高空风速分别为10、12 m/s，湘北均有风速的辐合，岳阳市出现雷雨天气（图2a）。地面图上有低压倒槽的强烈发展，地面最高气温岳阳达到28℃，积聚了大量不稳定能量。

3月20日夜间，随着地面冷空气的南下，暖湿空气交汇形成锋面。岳阳处于850 hPa急流出口区左侧，水汽主要辐合区偏南，700 hPa急流加强到24 m/s，且中低层700、850 hPa切变线在湘北重叠，岳阳雨势加强，出现局地暴雨并伴有冰雹、雷雨大风天气，随着冷锋南下，到21日08：00，850 hPa低涡东北向稍有移动，处于渝、贵、湘交界处，中低层切变南压，岳阳降水明显减弱（图2b）。

3物理量诊断分析

3.1水汽条件

水汽对于产生强暴雨的对流系统是非常重要的，没有源源不断的水汽供应就不可能有持续的强降雨产生。分析过程期间水汽通量場可以看到，3月20日14：00前，850、700 hPa岳阳处于风速辐散区，没有出现降水，气温回升明显;随着时间的推进，岳阳南部850 hPa出现弱辐合，700 hPa由西风转为西南风，南部对应出现弱降水;到21日02：00（图3），850 hPa来自孟加拉湾的水汽输送通道建立，最大风速达到28 m/s以上，而700和500 hPa层也转为西南暖湿气流输送为主，水汽输送通道的建立为暴雨区提供了源源不断的水汽和不稳定能量。

分析风场变化图可以看到（图4），3月20日白天中低层西南气流有所增强，850 hPa最大风速达到18 m/s，700 hPa以偏西风为主;夜间850 hPa西南气流大风轴南移，切变维持，700 hPa转为西南风;21日白天，西南风明显减弱，切变南压明显，降水减弱。

水汽通量散度的变化也有利于暴雨的产生，分析此次过程散度变化图（图5）可以发现，过程中暴雨区低层有明显的水汽通量辐合，水汽辐合的发展加强与暴雨的发展加强基本上是同步的，暴雨的最强时段出现在水汽辐合达到最强时前后，而当水汽通量辐合减弱时，对流系统也随之减弱。过程水汽辐合区主要位于850 hPa以下。

3.2动力条件

从图6可以看出，过程暴雨区的垂直上升运动（-1.2 Pa/s）较为明显，对流伸展高度高，3月20日晚至21日凌晨对流发展高度达到10 km左右（300 hPa），具有明显的深厚湿对流特征，而且中低层强上升运动维持时间较长（3月20日20：00至21日10：00）。

从图7可以看出，探空曲线为上干下湿喇叭口状态，且垂直风切变（500～1 000 hPa）达到18 m/s，△θse700-850达到-11℃，非常有利于雷雨大风的形成。

4雷达回波特征分析

3月20日20：00，益陽沅江至岳阳县一带有呈线状分布的对流回波发展，对应速度图上为辐合区;21：30前后，岳阳县境内出现大片对流回波，发展连成线状。至22：10左右，出现有组织性的线性对流，弓状回波开始形成。22：44弓状回波发展成熟，成为超级单体风暴，回波中心反射率因子强度达60 dBZ以上，强回波南北长度20～30 km，头部宽10 km左右（图8）。回波自西向东移动，23：20左右移出岳阳市范围，同时回波弓形特征趋于消失。

分析回波顶高产品（ET），在21：00—22：00弓形回波发展成超级单体风暴时，回波顶高发展至超过12 km，达到-20℃层以上，说明对流强烈发展，云体内出现大冰晶，地面出现大冰雹。23：00回波趋于消散时，回波顶有所降低。

速度图上，分析22：00岳阳雷达1.5°仰角基本速度图，可以看出0速度线穿过雷达站，近地面层（离岳阳雷达20 km以内）为东北气流，地面有冷空气侵入;而在中低层（距离岳阳雷达20～40 km）有明显切变线存在。强对流云团沿着切变线发生发展。同时，近地面有较大风速区自东北向西南穿过岳阳雷达中心，地面冷空气强迫暖湿空气抬升也是形成强对流云团的原因。

22：44岳阳雷达1.5°仰角基本速度图（图8b），超级单体风暴位于雷达东南方30～50 km处，可以看出沿着雷达径向有大片逆风区存在，在岳阳雷达东南部大片负速度区中出现团状正速度区，有强烈的辐合气流，中心最大风速达20～27 m/s，可以判断在弓状回波成熟时出现了雷暴大风。超级单体回波辐合深厚，抬高雷达6.0°仰角仍可见到正负径向速度辐合。

利用岳阳雷达风暴跟踪产品分析可以看出，整个弓状回波就是由1个风暴单体组成（图9）。这也证明了形成此次强对流降水天气的回波为超级单体风暴。A4单体生成于洞庭湖东岸，由西向东，10个体扫（1 h）移动距离约为50 km。风暴长时间影响岳阳县区域，造成了该区域50 mm/h以上的强降水和冰雹天气。

分析A4单体，风暴强烈发展期，最强回波中心高度自2 km左右30 min内迅速攀升至6 km以上，成熟期，最强回波中心高度又迅速下降至2 km左右，VIL自20 kg/m2攀升至50 kg/m2左右，又迅速下降至40 kg/m2以下，回波强度长时间维持在50 dBZ以上，最大回波强度达60 dBZ以上，同时，22：38—22：44 VIL猛降10 kg/m2以上，综合考虑可以判断在风暴成熟期降水强度很大并伴有大应用气象学报，2007，18（4）：460-467.

[2] 李向红，唐熠，郑传新，等.一次多种强对流天气过程的雷达回波特征分析[J]. 气象，2010，36（8）：61-71.

[3] 尹丽云，张腾飞，许迎杰，等.低纬高原中部一次强对流天气过程的多普勒雷达和闪电特征分析[J]. 高原气象，2010（4）：1026-1035.

[4] 丁一汇，章名立，李鸿洲，等.暴雨和强对流天气发生条件的比较分析[J]. 大气科学，1981，5（4）：388-397.

[5] 王令，康玉霞，焦热光，等.北京地区强对流天气雷达回波特征[J]. 气象，2004，30（7）：31-35.

[6] 漆梁波，陈雷. 上海局地强对流天气及临近预报要点[J]. 气象，2009，35（9）：11-17，129.

责任编辑：郑丹丹