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（民航甘肃空管分局气象台 甘肃兰州 730087）
摘 要：利用EC细网格和NECP中尺度模式的资料，对兰州中川机场2015年9月19日小冰雹大风生成的环境条件进行物理量诊断分析，考察了EC细网格和NECP中尺度模式产品在此次天气过程分析中的适用性。结果显示：层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变及合适的0℃和-20℃层高度构成了产生此次小冰雹大风天气的较有利的环境条件；假相当位温垂直递减率、CAPE、K指数及抬升指数等物理量场，较好的反映了此次过程中冰雹大风所需的不稳定条件；偏小的温度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
关键词：小冰雹大风；不稳定条件；温度垂直递减率；
1 引言
兰州中川机场地处青藏高原东北侧，夏季雷暴天气频发，由于气候干燥，所出现的雷暴天气一般都较弱，冰雹大风等强雷暴天气较少。但其一旦出现对飞行安全、机场设施等均有着很大的影响，因此做好此类强对流天气的预报对于兰州中川机场的航空气象服务有着重要的意义。严格意义上的冰雹大风天气中，产生的冰雹直径要≥2cm，如章国财、俞小鼎等的著作与论述中提及的冰雹大风天气，都是指能产生较大冰雹的强对流天气。由于水汽的缺乏，兰州中川机场出现的冰雹多为直径<5mm的小冰雹，所以兰州中川机场的冰雹大风天气与严格意义上的冰雹大风天气有一定的区别。虽然目前对冰雹大风类强对流天气的研究较多，但研究对象多为中东部地区的产生较大冰雹的个例，对青藏高原东北侧发生的只产生小冰雹的此类强对流天气，相关论述较少见。
本文对2015年9月19日兰州中川机场出现的一次冰雹大风天气过程进行诊断分析，探讨此次过程的环境特征，以期为兰州中川机场此类强对流天气的预报提供有益的借鉴。
2 天气实况及影响
2015年9月19日下午在兰州中川机场发生了一次冰雹大风天气过程，其中在17：07～17：15（北京时，下同）出现冰雹，在16：45～16：57出现大于等于17米/秒的大风，期间最大风速22米/秒，降雹及大风持续时间均较长。此次过程造成了一架航班返航备降，一架航班在降落过程中遭遇了低空风切变。
3 天气形势分析
9月19日08时500hPa图上兰州及兰州以北的区域位于西北偏西气流中，有较强的冷平流。700hPa图上相同区域位于较强的暖脊中，河西东北面有一高空槽，其底部切变位于兰州附近。这种上冷下暖的温度场配置再加上低层有切变的天气形势对强对流天气的产生非常有利。
4 环境条件的诊断
4.1不稳定条件
4.1.1温度的垂直递减率
温度垂直递减率越大越容易产生冰雹大风，其值≥0.675℃/100m是章国财为冰雹大风给出的预报指标，但章国财指的冰雹大风天气中，要出现直径≥2cm的冰雹。由图1可见，从08时至14时，中川附近的700hPa和500hPa温差大致在17℃左右，换算后，700hPa和500hPa间的温度垂直递减率大致为0.63℃/100m，超过了湿绝热直减率但未达到0.675℃/100m，说明此次过程中温度垂直递减率偏小。偏小的温度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
4.1.2假相当位温的垂直递减率
较大的假相当位温垂直递减率既有利于冰雹的产生也有利于大风的产生，章国财指出在冰雹大风天气的临近时刻，850hPa和500hPa假相当位温差≥6℃，换算后，假相当位温垂直递减率约≥0.14℃/100m。由于中川海拔较高，850hPa和500hPa假相当位温差无实际意义，但可以利用700hPa和500hPa假相当位温差。图2显示，中川附近08时700hPa和500hPa假相当位温差约为1～3℃，到14时增大到4℃左右，换算后，14时假相当位温垂直递减率约为0.15℃/100m，大于章国财给出的阈值。
4.1.3其他不稳定指数
一般情况下产生冰雹大风的环境还需要较高的对流有效能量和气块抬升至500hPa的不稳定性，前者可以用对流有效位能（CAPE）或K指数表示，后者可以用抬升指数（LI）表示。
在冰雹大风天气的临近时刻，章国财对不稳定指数给出了以下阈值：CAPE≥1000J/kg、K≥32℃、抬升指数≤-1.0℃。14时EC细网格及NCEP预报的中川附近的CAPE值都较大，但未达到1000J/kg，由于数值预报的偏差，实际的CAPE值有可能达到了1000J/kg。而14时NCEP预报的K指数和抬升指数分别为33℃左右和-1.0℃左右，达到了上述阈值。
4.2水汽条件
冰雹大风天气的产生需要大气低层充足的水汽。图4显示，08时700hPa中川位于一湿舌中，14时中川继续位于湿舌中，且中川附近的比湿增大到8g/kg左右。对于中川及其周围地区，在9月中旬700hPa的比湿达到8g/kg，是很大的也是较少见的。在温度垂直递减率偏小的情况下，大气低层较大的水汽含量是假相当位温垂直递减率、CAPE、K指数较大，抬升指数较小的重要原因，也是此次过程中能够出现小冰雹的原因之一。
4.3垂直风切变
中至强的垂直风切变有利于形成有组织的对流，从而容易产生强对流天气。地面～6km风矢量差的绝对值≥15m/s且<20m/s为中等以上垂直风切变，≥20m/s为强垂直风切变。
根据中川及400hPa的海拔高度，地面～6km大致对应地面～400hPa。14时中川附近400hPa高空风为西北偏西风18m/s，据机场地面观测资料，14时地面风为东南风2～3米/秒。因此在14时，中川附近地面～6km风矢量差的绝对值约为20m/s，达到了中至强垂直风切变的标准。另外由于400hPa高度大致为中川上空对流层中层的高度，所以400hPa较大的高空风反映了对流层中层干空气的夹卷，而干空气的夹卷有利于对流性大风的产生。此次过程中虽然温度垂直递减率偏小，但由于层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变再加上降水的拖曳及干空气的夹卷作用，所以仍然产生了大风。
4.40℃和-20℃层高度
冰雹的产生需要合适的0℃和-20℃层高度。在我国冰雹要求的0℃和-20℃层高度分别为2.5～5.6km、5.5～8.5km，且0℃到-20℃层的厚度≥2.8km。图5显示，从08时至14时中川附近的0℃和-20℃层高度及0℃到-20℃层的厚度均满足上述要求。
5 结论
1、假相當位温垂直递减率、CAPE、K指数及抬升指数这些反映层结稳定度的物理量，较好的反映了此次过程中冰雹大风所需的不稳定条件。
2、层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变及合适的0℃和-20℃层高度构成了产生此次冰雹大风天气的较有利的环境条件。虽然温度垂直递减率偏小，但由于上述有利的环境条件再加上降水的拖曳及干空气的夹卷作用，此次过程中仍然产生了大风。
3、偏小的溫度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
4、700hPa上的切变线为此次强对流过程提供了抬升触发机制。
参考文献：
[1]何金梅，刘抗.甘肃河东一次区域性冰雹天气的诊断分析[J].安徽农业科学，2012，（19）：10220-10223+10318.
[2]王莉萍，张湃，崔晓东，卢家江，师素玲.一次后倾槽型冰雹天气过程演变的诊断分析[J].暴雨灾害，2010，（03）：239-244.
[3]张之贤，张强，陶际春.边界层对青藏高原东北边坡地区一次冰雹天气影响的数值诊断分析[J].干旱区研究，2015，（02）：321-328.
[4] [1]郑旭程，曹建华.ECMWF再分析资料在一次强降雹过程物理量诊断分析中的应用[J].内蒙古气象，2016，（04）：43-46.
[5]牛建军，马国涛，裴小龙.固原“8.25”冰雹天气过程诊断分析[J].安徽农业科学，2012，（19）：10227-10230.
[6]纪晓玲，胡文东，马筛艳，裴晓蓉，穆建华，马金仁.蒙古冷涡影响下宁夏两次典型冰雹天气对比分析[J].自然灾害学报，2008，（02）：103-109.
摘 要：利用EC细网格和NECP中尺度模式的资料，对兰州中川机场2015年9月19日小冰雹大风生成的环境条件进行物理量诊断分析，考察了EC细网格和NECP中尺度模式产品在此次天气过程分析中的适用性。结果显示：层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变及合适的0℃和-20℃层高度构成了产生此次小冰雹大风天气的较有利的环境条件；假相当位温垂直递减率、CAPE、K指数及抬升指数等物理量场，较好的反映了此次过程中冰雹大风所需的不稳定条件；偏小的温度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
关键词：小冰雹大风；不稳定条件；温度垂直递减率；
1 引言
兰州中川机场地处青藏高原东北侧，夏季雷暴天气频发，由于气候干燥，所出现的雷暴天气一般都较弱，冰雹大风等强雷暴天气较少。但其一旦出现对飞行安全、机场设施等均有着很大的影响，因此做好此类强对流天气的预报对于兰州中川机场的航空气象服务有着重要的意义。严格意义上的冰雹大风天气中，产生的冰雹直径要≥2cm，如章国财、俞小鼎等的著作与论述中提及的冰雹大风天气，都是指能产生较大冰雹的强对流天气。由于水汽的缺乏，兰州中川机场出现的冰雹多为直径<5mm的小冰雹，所以兰州中川机场的冰雹大风天气与严格意义上的冰雹大风天气有一定的区别。虽然目前对冰雹大风类强对流天气的研究较多，但研究对象多为中东部地区的产生较大冰雹的个例，对青藏高原东北侧发生的只产生小冰雹的此类强对流天气，相关论述较少见。
本文对2015年9月19日兰州中川机场出现的一次冰雹大风天气过程进行诊断分析，探讨此次过程的环境特征，以期为兰州中川机场此类强对流天气的预报提供有益的借鉴。
2 天气实况及影响
2015年9月19日下午在兰州中川机场发生了一次冰雹大风天气过程，其中在17：07～17：15（北京时，下同）出现冰雹，在16：45～16：57出现大于等于17米/秒的大风，期间最大风速22米/秒，降雹及大风持续时间均较长。此次过程造成了一架航班返航备降，一架航班在降落过程中遭遇了低空风切变。
3 天气形势分析
9月19日08时500hPa图上兰州及兰州以北的区域位于西北偏西气流中，有较强的冷平流。700hPa图上相同区域位于较强的暖脊中，河西东北面有一高空槽，其底部切变位于兰州附近。这种上冷下暖的温度场配置再加上低层有切变的天气形势对强对流天气的产生非常有利。
4 环境条件的诊断
4.1不稳定条件
4.1.1温度的垂直递减率
温度垂直递减率越大越容易产生冰雹大风，其值≥0.675℃/100m是章国财为冰雹大风给出的预报指标，但章国财指的冰雹大风天气中，要出现直径≥2cm的冰雹。由图1可见，从08时至14时，中川附近的700hPa和500hPa温差大致在17℃左右，换算后，700hPa和500hPa间的温度垂直递减率大致为0.63℃/100m，超过了湿绝热直减率但未达到0.675℃/100m，说明此次过程中温度垂直递减率偏小。偏小的温度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
4.1.2假相当位温的垂直递减率
较大的假相当位温垂直递减率既有利于冰雹的产生也有利于大风的产生，章国财指出在冰雹大风天气的临近时刻，850hPa和500hPa假相当位温差≥6℃，换算后，假相当位温垂直递减率约≥0.14℃/100m。由于中川海拔较高，850hPa和500hPa假相当位温差无实际意义，但可以利用700hPa和500hPa假相当位温差。图2显示，中川附近08时700hPa和500hPa假相当位温差约为1～3℃，到14时增大到4℃左右，换算后，14时假相当位温垂直递减率约为0.15℃/100m，大于章国财给出的阈值。
4.1.3其他不稳定指数
一般情况下产生冰雹大风的环境还需要较高的对流有效能量和气块抬升至500hPa的不稳定性，前者可以用对流有效位能（CAPE）或K指数表示，后者可以用抬升指数（LI）表示。
在冰雹大风天气的临近时刻，章国财对不稳定指数给出了以下阈值：CAPE≥1000J/kg、K≥32℃、抬升指数≤-1.0℃。14时EC细网格及NCEP预报的中川附近的CAPE值都较大，但未达到1000J/kg，由于数值预报的偏差，实际的CAPE值有可能达到了1000J/kg。而14时NCEP预报的K指数和抬升指数分别为33℃左右和-1.0℃左右，达到了上述阈值。
4.2水汽条件
冰雹大风天气的产生需要大气低层充足的水汽。图4显示，08时700hPa中川位于一湿舌中，14时中川继续位于湿舌中，且中川附近的比湿增大到8g/kg左右。对于中川及其周围地区，在9月中旬700hPa的比湿达到8g/kg，是很大的也是较少见的。在温度垂直递减率偏小的情况下，大气低层较大的水汽含量是假相当位温垂直递减率、CAPE、K指数较大，抬升指数较小的重要原因，也是此次过程中能够出现小冰雹的原因之一。
4.3垂直风切变
中至强的垂直风切变有利于形成有组织的对流，从而容易产生强对流天气。地面～6km风矢量差的绝对值≥15m/s且<20m/s为中等以上垂直风切变，≥20m/s为强垂直风切变。
根据中川及400hPa的海拔高度，地面～6km大致对应地面～400hPa。14时中川附近400hPa高空风为西北偏西风18m/s，据机场地面观测资料，14时地面风为东南风2～3米/秒。因此在14时，中川附近地面～6km风矢量差的绝对值约为20m/s，达到了中至强垂直风切变的标准。另外由于400hPa高度大致为中川上空对流层中层的高度，所以400hPa较大的高空风反映了对流层中层干空气的夹卷，而干空气的夹卷有利于对流性大风的产生。此次过程中虽然温度垂直递减率偏小，但由于层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变再加上降水的拖曳及干空气的夹卷作用，所以仍然产生了大风。
4.40℃和-20℃层高度
冰雹的产生需要合适的0℃和-20℃层高度。在我国冰雹要求的0℃和-20℃层高度分别为2.5～5.6km、5.5～8.5km，且0℃到-20℃层的厚度≥2.8km。图5显示，从08时至14时中川附近的0℃和-20℃层高度及0℃到-20℃层的厚度均满足上述要求。
5 结论
1、假相當位温垂直递减率、CAPE、K指数及抬升指数这些反映层结稳定度的物理量，较好的反映了此次过程中冰雹大风所需的不稳定条件。
2、层结不稳定、低层较大的水汽含量、中至强的垂直风切变及合适的0℃和-20℃层高度构成了产生此次冰雹大风天气的较有利的环境条件。虽然温度垂直递减率偏小，但由于上述有利的环境条件再加上降水的拖曳及干空气的夹卷作用，此次过程中仍然产生了大风。
3、偏小的溫度垂直递减率可能是此次过程中只出现直径<5mm的小冰雹而未出现较大冰雹的原因之一。
4、700hPa上的切变线为此次强对流过程提供了抬升触发机制。
参考文献：
[1]何金梅，刘抗.甘肃河东一次区域性冰雹天气的诊断分析[J].安徽农业科学，2012，（19）：10220-10223+10318.
[2]王莉萍，张湃，崔晓东，卢家江，师素玲.一次后倾槽型冰雹天气过程演变的诊断分析[J].暴雨灾害，2010，（03）：239-244.
[3]张之贤，张强，陶际春.边界层对青藏高原东北边坡地区一次冰雹天气影响的数值诊断分析[J].干旱区研究，2015，（02）：321-328.
[4] [1]郑旭程，曹建华.ECMWF再分析资料在一次强降雹过程物理量诊断分析中的应用[J].内蒙古气象，2016，（04）：43-46.
[5]牛建军，马国涛，裴小龙.固原“8.25”冰雹天气过程诊断分析[J].安徽农业科学，2012，（19）：10227-10230.
[6]纪晓玲，胡文东，马筛艳，裴晓蓉，穆建华，马金仁.蒙古冷涡影响下宁夏两次典型冰雹天气对比分析[J].自然灾害学报，2008，（02）：103-109.