青海东部两次强对流天气过程对比分析

青海东部两次强对流天气过程对比分析
赵娟1王海娥1张青梅2
（1.青海省西宁市气象台，西宁810000；2.青海省气象台，西宁810016）
摘要:本文利用常规气象观测数据、地面自动站观测数据和多普勒雷达数据等多种资料,对比分析了2013年8月10日和2014年7月25日青海东部的两次强对流天气过程的环境场条件和中尺度系统演变。

结论如下:青海东部两次强对流天气分别是在高空冷槽和高空西北气流的环流背景下发生的,过程中高空冷平流是不可或缺的因子,在500hPa有冷槽的形势下出现的强对流天气更剧烈。

高空冷平流叠置于低层暖平流上形成不稳定层结,是强对流天气产生的必要条件。

高低空温度平流中心的配置区域与冰雹落区有较好的对应关系。

在较强的CAPE、中等到强的垂直风切变和低层大的兹se条件下利于出现强冰雹。

-20℃与0℃层间的高度与冰雹直径有密切关系,当此高度小于3km 时易出现大冰雹。

温度、风向和露点温度等气象要素在强对流天气发生之前和之后有明显变化。

中小尺度系统的活动是引发局地强对流的主要原因。

两次过程中对流发展旺盛,出现多单体强风暴,回波强度均超过60dBz。

冰雹发生前都出现VIL骤增。

两次过程的对流尺度、ET和VIL有明显的差异。

关键词:强对流;环境场;对比分析
引言
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，它具有空间尺度小、持续时间短、突发性强、发展迅速、破坏力大的特点，是严重的自然灾害之一[1]。

强对流天气主要由中小尺度系统引起，气象要素场上常出现强风切变、气压涌升和气象要素不连续等特征。

冰雹是由生命期较长的强风暴系统产生的一种强对流天气[1]。

青海东部位于青藏高原东部，四面环山、植被覆盖率较低，居民活动区大多在低洼地带，在复杂地形影响下，每年春夏季冰雹、大风等强对流诱发的气象灾害给青海的工农业生产和人民生命财产造成了极大损失[2]。

近年来，随着大气探测、数值模拟等技术手段的提高以及理论水平的完善，对冰雹天气的预测预警水平有了较大的提高，特别是在冰雹天气的形成和发展机制方面进行了许多研究。

周嵬等[3]对西北地区冰雹的天气、气候特征进行了归纳，指出了西北地区冰雹研究急需解决的问题和研究手段。

张腾飞等[4]认为高层辐散和低层辐合流场配置形成的大气强烈不稳定，具有较强的垂直风切变和抽吸作用。

诸多研究也表明，大气层结的强不稳定、温度差动平流、强垂直风切变和高空急流等因子都会对强对流天气的发生发展起重要作用。

本文通过对2013年和2014年青海东部两次强对流天气的大尺度环境背景、物理量场和雷达回波等方面进行对比分析，揭示青海东部强对流天气发生发展的环境条件。

利用探空资料、地面观测数据和雷达数据，对两次强对流天气演变特征及规律进行对比分析，探寻两次过程的异同点，为今后青海东部强对流天气的预报提供参考依据。

1冰雹天气概况
2013年8月10日青海东部的大通、乐都和互助三个县的13个乡镇出现冰雹强对流天气。

8月10日13时16分至13时25分大通县出现冰雹，冰雹最大直径为1.4cm，并伴有大风天气，最大瞬时风速达18.9m/s，其中一个测站出现25.3mm/h的短时强降水。

17时35分乐都县雨润、寿乐2个镇出现冰雹，持续约10min，冰雹最大直
基金项目:青海东部农业区强对流天气特征物理量参数分析（2016）。

作者简介:赵娟（1988-），女，助理工程师，主要研究方向：天气预报工作。

E-mail：zhaojuancoffee@
2.2热力条件对比分析
2.2.1兹se 特征
强降水的发生必须有强的上升运动，而强上升运动需一定不稳定能量，假相当位温θse 能极好地表征大气的热力和能量状[5]。

2013年8月10日08:00在700hPa 青海东南部有θse=84℃的中心，高能舌伸向河套一带，青海东部处于等θse 线密集的高能区，θse 在74～80℃；500hPa 青海的玉树南部有θse=76℃的中心，东部地区处于从西藏向北伸展的高能舌区，θse 在62～68℃（图2a ）。

径4.5cm 。

18时38分互助县南门峡、林川和东和等6个乡镇出现冰雹，持续约10min ，冰雹直径1.0cm 左右。

2014年7月25日青海东部的民和、化隆和乐都县出现强对流天气。

25日17时20分，乐都县出现冰雹和短时强降水，冰雹直径1~3cm ，小时降水量达42.4mm ，持续约1h ，致使2个镇18个村受灾。

17时45分左右化隆县金源乡出现冰雹和23.0mm/h 的短时强降水。

18时至19时民和县的两个乡镇出现冰雹，西沟乡出现6.9mm/h 的强降水。

2环境场条件
2.1环流形势对比分析
2013年8月10日青海东部的强对流冰雹天气是由巴湖附近的低涡东移底部下滑的冷槽产生的。

10日08:00500hPa 高空（图1）亚洲中高纬两槽一脊，西太副高西伸北抬，584线在40°N 附近，中东高压东伸至90°E 附近。

巴湖附近低涡底部不断有冷槽分裂南下，引导冷空气和正涡度平流影响青海东部，使其处于槽前的西南气流中，西南风风速达14m/s 。

温度露点差T-Td 为6℃，比湿q 为4g/kg 。

700hPa （图略）青海东部受低槽影响，T-Td=1℃，q 达到12g/kg ，说明低层水汽充沛，并有T700-500hPa=14℃，指示了大气的对流不稳定。

100hPa 南亚高压中心在30°N 附
近，青海东部处于高空急流出口区右侧，高层辐散抽吸显著。

地面上8月9日20：00青海高原由热低压控制，热低压中心位于青海东部，到10日11:00青海东部冷暖交汇，从而造成了此次的强对流天气。

2014年7月25日08:00500hPa 亚洲中高纬为两槽一脊形势，西太平洋副热带高压位置偏南，584线北抬至40°N 附近，中东高压东伸至80°N 。

新疆至华北地区由高压脊控制，青海东部处于脊前的西北气流，并有冷平流影响，温度露点差T-Td 为5℃。

700hPa 青海东部至甘肃南部一线为偏北风和偏南风的切变。

温度场上，青海东部暖平流显著，T-Td 为5℃，说明中低层的水汽条件较好。

过程中中东高压发展加强，到25日20:00东伸至青海中部。

地面上配合高空的中东高压从25日08时至20时西北地区均由热低压控制，25日14:00在青海湖地区存在西北—西南风的辐合区，到17时辐合区东移至青海东部。

可以看出，这两次强对流天气的相似之处是500hPa 高空中高纬低槽东移，并有较强冷平流配合。

不同之处是2013年8月10日的强对流是高空冷槽型，过程中出现冰雹和局地短时强降水天气，以冰雹天气为主；2014年7月25日强对流是高空西北气流型，地面辐合线是强对流天气的触发机制，过程以短时强降水为主，并伴有冰雹。

图1
2013年8月10日（a ）和2014年7月25日（b ）08:00500hPa 形势场（单位:dagpm
）
图22013年8月10日（a ）和2014年7月25日（b ）08:00700hPa （紫色实线）和500hPa （红色实线）θ
se
2014年7月25日08:00的θse ，700hPa 从青海南部的果洛地区有高能舌伸向北部的祁连山区，青海东部θse 在66～70℃，处于等θse 线密集区；500hPa θse 的高能舌自青海南部的玉树地区向北伸展，青海东部的θse 在58～60℃（图2b ）。

可以看出两次过程的相似之处：在冰雹发生前，青海东部均处于自南向北伸展的高能舌中，低层到中高层（700～500hPa ）都由明显的等θse 线密集区（锋区），并有Δθse700-500=12℃，即se/z<0℃，说明东部有强的不稳定能量。

不同之处是2013年8月10日青海东部700～500hPa 的θse 都较强，2014年7月25日700hPa 的θse 锋区更强，低层的不稳定能量更强。

2.2.2温度平流分析
温度平流不仅可以造成大气层结不稳定，而且可以产生垂直运动
[6,7]。

2013年8月10日
08:00700hPa 青海东南部有12℃的暖中心，偏南气流向青海东部输送暖平流，加强了低层水汽的辐合上升。

500hPa 冷温槽位于河西走廊至青海南部，青海东部有冷平流输送。

高层400～200hPa 青海东部处于显著暖平流区。

可以看出降雹区低层暖平流，中层为冷平流，高层有显著暖平流，为显著热力不稳定层结结构。

2014年7月25日08:00700hPa 青海全省处于暖区，东部地区暖平流明显；500hPa 青海东部受冷温槽影响，有显著冷平流；高层400hPa 为暖平流，300hPa 以上为冷平流。

两次过程的相似之处：500hPa 青海东部有显著冷平流，700hPa 暖平流，具有热力不稳定结构，这种温度平流的垂直分布为雹暴的发生发展创造了强的层结不稳定条件，也促进了低层水汽的辐合上升。

不同之处：2013年8月10日400hPa 高层以上为暖平流，2014年7月25日700hPa 的暖平流和500hPa 的冷平流均比8月10日的强，同时，高低空温度平流中心与冰雹落区有较好的对应关系。

2.3动力条件对比分析
强对流天气的发生必须要有强的抬升动力条件，分析这两次强对流过程的天气尺度动力场。

从散度场（图略）来看，2013年8月10日08:00500hPa 从河西走廊至青海南部为辐合区，辐合中心-2.4×10-5s -1，降雹区和辐合区。

低层700hPa 青海湖以西大部地区处于显著辐合区，东部地区由弱辐散下沉气流控制。

高层400hPa 青海东部转为辐散区，青海湖附近有一辐散中心。

具备雹暴发生所需的低层辐合、高层辐散的动力条件。

2014年7月25日08:00散度场上，500hPa 除海西西部之外，青海东南部均处于辐合区。

700hPa 青海湖以西的地区为显著辐合区，-1.4×10-5s -1的辐合中心位于海西德令哈，青海东部为弱辐散区。

到20:00青海东部低层为辐合上升区，高层为辐散下沉区。

3降雹的物理条件分析
3.10℃层和-20℃层高度
一般来说，冰雹发生在0℃层和-20℃层高度适宜的条件下，因为0℃等温线至-20℃等温线间的区域由过冷水滴、雪花及冰晶组成，这个区域是冰
雹的“雹源区”[8-10]。

由于乐都站和互助站没有探空
站，选择西宁站的探空资料分析。

2013年8月10日的0℃层高度5456m ，在500hPa 附近。

2014年7月25日的0℃层高度5008m ，在600～500hPa 之间。

这样的高度在青海高
原能使低层水汽通过强烈上升运动达到该高度，也利于对流云发展更高，为冰雹生成提供了充沛的水汽，且当雹粒增长到足够大而下落时，不至于因暖层过厚而被融化。

从-20℃层高度看，两次过程-20℃层都高于8000m，在400hPa以上。

从冰雹直径来看，2013年8月10日青海东部的乐都县出现了直径4.5cm的大冰雹，而2014年7月25日的冰雹直径较小。

2013年8月10日0℃层与-20℃层之间的厚度为2862m，小于3000m，而2014年7月25日的厚度为3218m，超过3000m。

ΔH0—-20℃表示-20℃层与0℃层间的垂直温度梯度，ΔH0—-20℃越小，表明垂直温度梯度越大，大气层结越不稳定，同时雹胚在过冷水含量丰富的环境中相互碰撞的机会增大，利于生成大冰雹[1,11]。

由此也说明0℃层和-20℃层之间的高度与冰雹直径有密切关系，当此高度小于3000m时易出现大冰雹。

可以看出，两次过程的0℃层和-20℃层高度差异较大，2013年8月10日的0℃层和-20℃层的高度比2014年7月25日的高，0℃层和-20℃层间的高度小于3000m，利于生成大冰雹。

3.2稳定度指标和强对流指数
K指数是考虑了大气层水汽条件的一种不稳定指数，由于K指数考虑了中低层的水汽条件，是分析强对流、暴雨较好的热力稳定度指数[11,12]。

从表1看出，2013年8月10日08:00西宁站的K指数达到34℃，指示大气具有对流不稳定。

对流有效位能CAPE为184.1J·kg-1，主要集中在-10℃与-30℃之间；沙氏指数SI为-0.77℃，反映出降雹区的对流不稳定，抬升指数LI为1.49℃，总指数TT为41℃，风暴强度指数达到了241.5。

从探空图（图3a）看出，低层700hPa附近的水汽条件较好，中高层是干层。

低层到高层有明显的风切变，700～500hPa风向由东南转为西南，暖平流和上升运动较强，中高层（500～400hPa）风向由西南转为南西南，有冷平流和下沉运动，表现为明显的上干冷下暖湿的不稳定结构，0～6km风切变为13.6m/s，达到了中等强度切变。

中层600hPa附近有逆温层，它起到干暖盖的作用，贮存和积累低层的不稳定能量，使其集中在具有强触发机制的地区释放。

上述分析说明环境条件非常利于产生冰雹，指示有大冰雹产生的可能，较大的K指数、SSI和中等强度的风切变与冰雹天气有较好的对应关系。

分析西宁站2014年7月25日08:00的探空资料，25日08:00青海东部的K指数在28℃左右，指示低层水汽条件较好，有一定的对流潜势。

SI为-0. 32℃、LI为2.86℃、TT为41℃、SSI为223.8，说明东部地区大气具有对流不稳定。

但08:00探空图（图3b）上没有CAPE显示，可以看出7月25日08:00近地层700hPa附近水汽条件较好，500hPa附近是干层，500～400hPa为湿层，400hPa以上为干层。

同时，低层到高层的风切变明显，700～400hPa风向由北风转为西北风，冷平流显著；0～6km风切变8m/s。

可以看出过程中青海东部高空冷平流较强，但垂直风切变较小，出现大冰雹的可能性较小，而近地层有逆温层，利于强对流天气发生。

两次过程的相似之处：都有上干冷下暖湿的对流不稳定结构，存在风切变和逆温层。

不同之处是，2013年8月10日08:00的CAPE比2014年7月25日的强，2014年7月25日的冷平流更强；两次过程的逆温层位置和风切变强度不同，2013年8月10日的逆温层在中层600hPa附近，风切变达到了中等强度（13.6m/s）；2014年7月25日的逆温层在近地层，0～6km垂直风切变比较弱（7.75m/s）。

从而也说明较大的CAPE和中等强度的风切变环境下容易出现大冰雹。

4地面自动站数据分析
强对流天气的发生都伴有温湿压等地面气象要素的变化，两次过程中各个测站的地面气象要素在强对流发生前后有明显变化。

雷暴发生前，温度略有下降，雷暴发生后气温明显下降；10分钟平均风向在强天气之前是偏南或偏东风，过程后转为偏北风。

表12013年8月10日和2014年7月25日08:00西宁站的探空参数
CAPE KI LI SI TT SSI 2013年8月10日184.134 1.49-0.7741241.5 2014年7月25日28 2.86-0.3241223.8
图32013年8月10日（a）和2014年7月25日（b）08:00西宁站的T-lnp图
可以看出三个站在强天气之前是偏南或偏东风，强对流发生后转为偏北风，说明大气层结不稳定，气流受到了较大的扰动。

不同之处：出现冰雹为天气的站点，雷暴发生前露点温度均增加，过程中和过程后持续减小。

出现短时强降水的站点，露点温度在雷暴发生前小幅减小，过程中有略增大，结束后又减小。

5雷达回波对比分析
在冰雹等强对流天气的临近预报中，多普勒雷达不仅能监测回波的强度和位置，还能监测与其有关的径向风场运动信息，对冰雹等强对流天气的形成、发展起到很好的监测作用[6]。

从西宁雷达的组合反射率看，2013年8月10日12:00以后，海晏和大通地区开始出现强的团状回波，之后大通境内分散的对流单体发展合并为带状回波，最大强度达63dBz，13：02（图4a）回波加强，发展为两个强对流单体，达到最强65dBz，引发了大通的冰雹，此后带状强回波缓慢向东南移动。

13:50大通境内的回波强度在60dBz左右。

从0.5°、3.4°和6.0°仰角的基本反射率图上看，从12:50到13: 50大通地区都出现了超过55dBz的强回波，此时段内大通的回波顶高ET达到了15km，说明在大通地区的对流发展旺盛，对流云顶伸展较高，从而出现了冰雹、强降水和大风的强对流天气。

16:33从北部东南向移动的对流云进入乐都，小对流单体不断发展加强，17:32分散的对流单体发展为68dBz密实的强风暴，导致了乐都的冰雹。

18:05北部新生的对流单体在大通境内发展为66dBz的强单体，18:32发展的回波进入互助，中心强度超过60dBz，并持续约30min，从而在互助出现了冰雹。

2014年7月25日16:30乐都境内有多个分散的回波单体东移发展，最强中心达到55dBz，到16: 43分散的对流单体呈南北向的线状排列，17:10回波发展合并为两个强对流单体，强度达61dBz，此时ET为12km，乐都境内大于60dBz的强回波维持并南压，17:52乐都的回波单体合并为带状并南压至化隆和民和。

18:12化隆和民和的回波发展加强，强度达64dBz，ET超过了13km，从而引发了冰雹。

18:45回波减弱，并东移出青海。

从VIL（垂直累计液态水含量）看（图5a），2013年8月10日大通的VIL从12:41开始增大，12:52由前一体扫的36kg/m2增加到50kg/m2，13:02对应最强回波时VIL达到69kg/m2，此后30minVIL维持在50～60kg/m2。

乐都的冰雹出现在17:30以后，从图5看出17:32乐都的VIL由前一体扫的37kg/m2增大到51kg/m2，VIL大值持续两个体扫后开始减小。

18:26～18:32互助出现小冰雹，VIL最大只有26kg/m2。

2014年7月25日16:23乐都的VIL较小，只有20kg/m2，之后回波发展东移，16:50VIL由27kg/m2增加到39kg/m2，而后又减小。

17:24乐都已出现冰雹，VIL由31kg/m2变为44kg/m2。

17:38强回波位于乐都和化隆交界处，VIL从39kg/m2骤增到48kg/m2，到下一体扫化隆已出现冰雹。

民和的冰雹出现在18时之后，18:12民和的VIL从26kg/m2骤增到40kg/m2。

由雷达资料分析得出，两次过程的相似之处是：影响系统均为中尺度对流系统，过程中对流发展旺盛出现多单体强风暴，最强回波均超过60dBz，冰
雹
（a）：2013年8月10日13:02西宁雷达回波；（b）：2014年7月25日18:12西宁雷达回波图4雷达组合反射率因子（单位：dBz）
发生前都有VIL骤增。

不同之处：对流尺度不同，2013年8月10日青海东部出现中-β中尺度的多单体风暴，2014年7月25日的强对流以中-γ尺度对流团为主。

两次过程的ET和VIL有明显的差异，2013年8月10日青海东部的强回波发展高度更高，回波顶高达15km，移速较快，降雹前VIL有跃增，达69kg/m2；2014年7月25日冰雹过程中回波顶为13km，VIL最大只有48kg/m2。

6小结
（1）青海东部的两次强对流天气分别是在高空冷槽和高空西北气流环流背景下发生的，过程中高空冷平流是不可或缺的因子，500hPa有冷槽的形势下出现的强对流天气更剧烈。

（2）高空冷平流叠置于低层暖平流上形成不稳定层结，是强对流天气产生的必要条件。

高低空温度平流中心的配置区域与冰雹落区有较好的对应关系。

在较强的CAPE、中等到强的垂直风切变和低层大的θse条件下利于出现强冰雹。

（3）-20℃与0℃层间的高度与冰雹直径有密切关系，当此高度小于3km易出现大冰雹。

（4）温度、风向和露点温度等气象要素在强对流天气发生之前和之后有明显变化。

（5）中小尺度系统的活动是引发局地强对流的主要原因。

青海东部两次强对流过程的影响系统均为中尺度对流系统，过程中对流发展旺盛，出现多单体强风暴，回波强度均超过60dBz。

冰雹发生前都有VIL骤增。

两次过程的对流尺度、ET和VIL有明显的差异。

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茶卡地区气候特征分析
时盛博1张调风1王晓雍2晁红艳2李万志1（1.青海省气候中心，西宁810001；2.海北州气象局，西海镇810299）
摘要:本文通过统计1996~2015年茶卡站降水等气象资料得出,茶卡地区年平均降水量为224.7mm,日平均降水量为0.6mm;多雨时间为41天,少雨时间为221天;年平均气温为2.8℃,夏季短暂,冬季漫长,雨热同季的特征比较明显;湿润日数为118天,干燥日数为247天;夏半年多以偏西南风为主,冬半年多以偏西北风为主,属于温带干燥型气候类型;年日照时间长、太阳辐射强,属于三类可利用地区;降水量、平均气温、平均最高气温、相对湿度、日照时数、总辐射每10年分别增加43.269mm、0.558℃、0.231℃、0.739%、22.287h、22.409MJ·m-2,平均气压、平均风速每10年分别减少0.317hpa、0.155m·s-1。

关键词:茶卡;气候特征
引言
近些年来，国内的许多专家学者都对气候变化进行了研究，特别是对我国西北地区进行了诸多的气候分析和预测，得出了大量有意义的结论，这些结果表明，西部地区平均气温正在逐年上升，降水量总体呈增加趋势[1-8]。

茶卡地区位于青海省海西蒙古族藏族自治州，东经99°05′，北纬36°47′，海拔高度3100m，日照时间长、太阳辐射强，属于大陆性干旱气候。

境内以国家4A级旅游景点“茶卡盐湖”闻名中外，近年来当地旅游经济日趋火爆，所以对茶卡地区的气候特征进行分析，对指导当地旅游、农牧业生产等方面具有十分重要的意义。

1资料和方法
采用茶卡气象站1996～2015年气温、降水、相对湿度、风速、气压、日照时数、辐射等完整的气象资料序列（资料由青海省气象信息中心提供），分析上述气象要素逐日、逐月、逐年、春夏秋冬四季及年内的气候变化特征。

2结果与分析
2.1气象要素的逐日变化特征
从逐日平均降水量的曲线变化图看出（图1a），逐日平均降水量的累积值为224.7mm，日平均降水量为0.6mm。

1月1日至5月9日、10月1日至12月31日平均降水量在0.6mm以下，5月16日至6月15日、9月1日至9月29日平均降水量在1mm 左右摆动，6月19日至7月29日平均降水量在2mm左右摆动。

1月1日至6月19日为日平均降水量的上升段，6月20日至12月31日为日平均降水量的下降段。

日平均最大降水量为6.7mm，出现在6月19日。

多雨时间为41天，少雨时间为221天，相对少雨时间为103天。