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2014年4月14日兰州地区出现的一次多单体风暴天气过程进行了分析。结果表明：本次中尺度对流云团发生在中低空切变线附近，暖脊和冷槽前部，显著湿区中及高低空急流相交点的左前侧。这样的高低空系统配置为强对流天气的发生发展提供了有利的抬升条件、水汽条件及强烈的位势不稳定层结。有利于冰雹大风天气产生的环境条件较好；高空急流的抽吸作用及0 ℃和-20 ℃层高度适宜，有利于冰雹的产生；雷达回波上也有明显的降雹特征。
关键词 多单体风暴；冰雹；中尺度天气；过程分析；甘肃兰州
中图分类号 P458.1 21.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）20-0213-03
甘肃省地处高原，植被稀少，地面裸露，多高山峡谷，地形复杂，气温差异大，局部地区容易形成强烈上升气流，对流发展旺盛，并常伴随有阵性降水、雷电和冰雹等灾害性天气过程的发生。强对流天气及伴随的雷雨大风及冰雹等对民航运输业有非常大的影响，经常造成航班大面积延误，不仅带来了巨大的经济损失，还严重影响着航空飞行安全，因此研究强对流天气的发生发展及演变过程非常重要。本文选取2014年4月14日兰州地区出现的一次多单体风暴天气过程进行分析研究，力图找出一些有用的数据及特征，为以后强对流天气的预报积累宝贵经验，为航空运输安全提供更及时、更准确、更精细化的预报服务。
1 天气实况
2014年4月14日12：00左右，在乌鞘岭偏北方向有小块对流单体生成（图1），并发展向东南偏东方向移动，14：22乌鞘岭出现雷暴天气，之后上游对流云团追赶上此对流云团并进行合并发展，永登县在16：08、兰州中川机场17：46、兰州城关区19：33、兰州榆中县19：48依次出现雷暴天气。其中兰州中川机场出现了中度雷雨天气，10 min平均最大风速达12 m/s，阵风18 m/s。兰州城关区出现了小冰雹。
2 成因分析
2.1 影响系统
由14日8：00高低空系统配置（图2a）可以看出，在700 hPa河西中部沿祁连山区至兰州、甘南有一条切变线，河西中部、青海湖附近及其东北方向有温度脊，在宁夏、甘肃中东部、南部及青海东南部高原为T-Td<5的显著湿区，从四川盆地至宁夏、内蒙古西部有一条显著的低空流线，最大风速16 m/s；500 hPa在河西西部、青海中部有温度槽，河西中西部至青海湖有明显切变线；200 hPa从青藏高原至甘肃南部有一条南支急流。由20：00 700 hPa温度脊较8：00向东南方向移动，位于青海东部，切变线位置有所后退（图2b）；500 hPa冷槽东移，位于高原东南部的冷空气已经消失，切变线也有所东移，在河西中部祁连山区有显著的干冷空气。地面图上，兰州受锋前热低压控制，且午后热低压不断加强，14：00兰州站3 h负变压达2.9 hPa，说明低层辐合上升运动强烈[1-3]。根据实况对比分析发现：本次中尺度对流云团发生在中低空切变线附近或前部，暖脊和冷槽前部，显著湿区中及高低空急流相交点的左前侧。切变线为强对流天气的发生提供了抬升条件，低空西南急流伴随显著湿区提供了充足的水汽条件，而500 hPa河西西部及高原的干冷空气与700 hPa的暖空气造成了强烈的位势不稳定层结，而最终导致了强对流天气的产生，高空急流的抽吸作用使得对流云团发展的更加旺盛，也有利于冰雹的产生[4-5]。
2.2 有利于冰雹大风天气发生的环境条件分析
章国材编著的《强对流天气分析与预报》中提到：干对流大风是指伴随强雷暴天气而出现的强烈短时大风，风力大于7级，但不出现直径2 cm以上的冰雹和强降水[1]。在本次多单体风暴影响过程中，中川机场最大10 min平均风速达12 m/s，阵风达18 m/s，兰州1 h雨量12.1 mm，冰雹直径小于2 cm，属于干对流过程。干对流过程的显著特征是具有强对流不稳定层结，而强对流不稳定层结首先表现在强温度垂直递减率，当温度垂直递减率很大时容易产生冰雹大风[6-8]。取兰州、西宁、民勤和银川4个探空站资料进行分析，因为这4个站所围成的范围正是本次强对流天气所发生发展的范围，这4个站的大气状态可代表这个范围的大气平均状态。由表1可以看出，兰州、西宁和民勤8：00和20：00的温度直减率都远大于對流层的平均温度递减率0.6 ℃/100 m。并且榆中和西宁温度直减率8：00—20：00有很大幅度的跃增，但民勤是减小的。银川8：00的温度直减率较小，但20：00也有所增大。由此可以说明在此范围内，银川以西的范围具有较强的对流不稳定层结，且随时间的推移对流不稳定层结向南移动。另外一个有利于冰雹产生的条件是垂直风切变，章国材总结了冰雹事件的一些环境参数后，将强垂直风切变的阈值定为：ΔV850-300/200≥4.5×10-3s-1，由于兰州地处黄土高原，海拔较高，因此取700 hPa与200 hPa的风差进行比较，8：00榆中站的环境风垂直切变值为5.1×10-3s-1，具有强的垂直风切变，有利于冰雹的产生，8：00西宁站的垂直风切变值为2.9×10-3s-1，稍弱些，属于中等强度垂直风切变，对应多单体风暴的发生，银川和民勤的垂直风切变都较小，由此可看出，强垂直风切变的位置偏南，这与高空急流的位置偏南有关。除了强对流不稳定层结和垂直风切变之外，产生冰雹的环境还需要较高的CAPE和气块抬升至500 hPa的不稳定性（用LI或SI表示）。8：00 4个站CAPE均为0 J/kg，从8：00的CAPE值来看无明显的对流有效能量，无法判断午后强对流的潜势，原因在于探空资料的时空分辨率太低，而大气的对流不稳定层结的变化是很快的，20：00兰州和民勤的CAPE值有明显增大，而此时雷暴已处于减弱消亡阶段，说明午后的CAPE值远大于20：00的CAPE值，银川和西宁的CAPE较小。王锡军指出，当抬升指数LI<1 ℃时，雷暴回波就有可能降雹[2]。张素芬等分析表明，冰雹天气过程发生前6～8 h SI≤-1.0 ℃[3]。这4个站的LI值8：00—20：00都是减小的，并且20：00兰州、西宁、民勤的LI<0 ℃，银川的LI为1.1 ℃，也接近于临界值。SI值8：00—20：00除了西宁是增大的，其余站都是减小的，并且20：00兰州和民勤的SI都远小于阈值，这和20：00兰州和民勤都有对流天气，而西宁和银川没有对流天气有关。 3 多普勒天气雷达特征分析
分析兰州中川机场雷达回波图演变特征（图3）发现：16：32在机场西、西北、偏北方向40～60 km处已经有3块较强的回波，回波强度达54 dBZ，其中偏北方向的孤立单体有明显的“V型缺口特征”，此时整个对流系统结构较为松散，此后回波发展加强，并向东南方向移动。18：00—19：00逐渐合并，排列成带状，形成多单体风暴，回波强度达60 dBZ，并在风暴移向的右侧有新的单体不断生成。
19：26多个单体合并加强，形成小弓形回波。分别对弓形回波顶部2个最强的单体沿径向做垂直剖面（图4，分别从A到B做剖面），从图中可看出，风暴云体已经伸展到10 km以上，并且有明显的上冲云顶，且都有弱回波区的存在（箭头1所指），说明此时云体内的上升气流非常强烈，箭头2所指为悬垂回波，悬垂回波中有大量的小冰雹，为冰雹的生长提供雹胚[9-11]。达到54 dBZ的强回波中心高度伸展到9 km，最强回波中心强度达到60 dBZ。高悬的强回波中心（大于50 dBZ）的最大高度在-20 ℃层（6 803 km）以上，0 ℃层距地面3 757 km，距地面高度较低，有利于冰雹的产生。
4 结语
（1）本次中尺度对流云团发生在中低空切变线附近，暖脊和冷槽前部，显著湿区中及高低空急流相交点的左前侧。切变线为强对流天气的发生提供了抬升条件，低空西南急流提供了充足的水汽条件，而500 hPa河西西部及高原的干冷空气入侵与700 hPa的暖空气造成了强烈的位势不稳定层结，而最终导致了强对流天气的产生，高空急流的抽吸作用使得对流云团发展的更加旺盛，也有利于冰雹的产生。
（2）通过对有利于冰雹大风天气发生的环境条件的分析，强温度垂直递减率说明有强对流不稳定层结；强垂直风切变的位置偏南；CAPE值在午后有明显的跃增，LI和SI 8：00—20：00有明显的减小。
（3）雷达资料分析中，多单体合并，排列成带状，形成小弓形回波，回波强度强，有明显的冰雹回波特征：风暴云体伸展高度高，有弱回波区，悬垂回波，高悬的强回波中心，0 ℃层和-20 ℃层高度适合。
5 参考文献
[1] 章国材.强对流天气分析与预报[M].北京：气象出版社，2011.
[2] 王锡军.大连冰雹回波与探空阈值分析[J].辽宁气象，2002（3）：9-10.
[3] 张素芬，鲍向东，牛淑贞.河南省人工消雹作業判据研究[J].气象，1999（9）：36-40.
[4] 应冬梅，俞炳.江西省冰雹天气的气候特征及雷达回波特征分析[J].江西气象科技，2001（3）：21-23.
[5] 陶建红.甘肃省短期天气预报员手册[M].北京：气象出版社，2012.
[6] 金永利，张蔷.北京地区一次降雹过程和冰雹微物理特征[J].气象，2002（1）：18-20.
[7] 刘兵，戴泽军，胡振菊，等.张家界多个例降雹过程对比分析[J].气象，2009（7）：23-32.
[8] 李会英，沈树勤.江苏冰雹强对流天气条件分析及其物理解释[J].气象，1994（9）：25-29.
[9] 李金辉，樊鹏.冰雹云提前识别及预警的研究[J].南京气象学院学报，2007（1）：114-119.
[10] 王健元.一次强冰雹天气过程物理量特征[J].气象，1997（3）：16.
[11] 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（7）：31-35.
关键词 多单体风暴；冰雹；中尺度天气；过程分析；甘肃兰州
中图分类号 P458.1 21.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）20-0213-03
甘肃省地处高原，植被稀少，地面裸露，多高山峡谷，地形复杂，气温差异大，局部地区容易形成强烈上升气流，对流发展旺盛，并常伴随有阵性降水、雷电和冰雹等灾害性天气过程的发生。强对流天气及伴随的雷雨大风及冰雹等对民航运输业有非常大的影响，经常造成航班大面积延误，不仅带来了巨大的经济损失，还严重影响着航空飞行安全，因此研究强对流天气的发生发展及演变过程非常重要。本文选取2014年4月14日兰州地区出现的一次多单体风暴天气过程进行分析研究，力图找出一些有用的数据及特征，为以后强对流天气的预报积累宝贵经验，为航空运输安全提供更及时、更准确、更精细化的预报服务。
1 天气实况
2014年4月14日12：00左右，在乌鞘岭偏北方向有小块对流单体生成（图1），并发展向东南偏东方向移动，14：22乌鞘岭出现雷暴天气，之后上游对流云团追赶上此对流云团并进行合并发展，永登县在16：08、兰州中川机场17：46、兰州城关区19：33、兰州榆中县19：48依次出现雷暴天气。其中兰州中川机场出现了中度雷雨天气，10 min平均最大风速达12 m/s，阵风18 m/s。兰州城关区出现了小冰雹。
2 成因分析
2.1 影响系统
由14日8：00高低空系统配置（图2a）可以看出，在700 hPa河西中部沿祁连山区至兰州、甘南有一条切变线，河西中部、青海湖附近及其东北方向有温度脊，在宁夏、甘肃中东部、南部及青海东南部高原为T-Td<5的显著湿区，从四川盆地至宁夏、内蒙古西部有一条显著的低空流线，最大风速16 m/s；500 hPa在河西西部、青海中部有温度槽，河西中西部至青海湖有明显切变线；200 hPa从青藏高原至甘肃南部有一条南支急流。由20：00 700 hPa温度脊较8：00向东南方向移动，位于青海东部，切变线位置有所后退（图2b）；500 hPa冷槽东移，位于高原东南部的冷空气已经消失，切变线也有所东移，在河西中部祁连山区有显著的干冷空气。地面图上，兰州受锋前热低压控制，且午后热低压不断加强，14：00兰州站3 h负变压达2.9 hPa，说明低层辐合上升运动强烈[1-3]。根据实况对比分析发现：本次中尺度对流云团发生在中低空切变线附近或前部，暖脊和冷槽前部，显著湿区中及高低空急流相交点的左前侧。切变线为强对流天气的发生提供了抬升条件，低空西南急流伴随显著湿区提供了充足的水汽条件，而500 hPa河西西部及高原的干冷空气与700 hPa的暖空气造成了强烈的位势不稳定层结，而最终导致了强对流天气的产生，高空急流的抽吸作用使得对流云团发展的更加旺盛，也有利于冰雹的产生[4-5]。
2.2 有利于冰雹大风天气发生的环境条件分析
章国材编著的《强对流天气分析与预报》中提到：干对流大风是指伴随强雷暴天气而出现的强烈短时大风，风力大于7级，但不出现直径2 cm以上的冰雹和强降水[1]。在本次多单体风暴影响过程中，中川机场最大10 min平均风速达12 m/s，阵风达18 m/s，兰州1 h雨量12.1 mm，冰雹直径小于2 cm，属于干对流过程。干对流过程的显著特征是具有强对流不稳定层结，而强对流不稳定层结首先表现在强温度垂直递减率，当温度垂直递减率很大时容易产生冰雹大风[6-8]。取兰州、西宁、民勤和银川4个探空站资料进行分析，因为这4个站所围成的范围正是本次强对流天气所发生发展的范围，这4个站的大气状态可代表这个范围的大气平均状态。由表1可以看出，兰州、西宁和民勤8：00和20：00的温度直减率都远大于對流层的平均温度递减率0.6 ℃/100 m。并且榆中和西宁温度直减率8：00—20：00有很大幅度的跃增，但民勤是减小的。银川8：00的温度直减率较小，但20：00也有所增大。由此可以说明在此范围内，银川以西的范围具有较强的对流不稳定层结，且随时间的推移对流不稳定层结向南移动。另外一个有利于冰雹产生的条件是垂直风切变，章国材总结了冰雹事件的一些环境参数后，将强垂直风切变的阈值定为：ΔV850-300/200≥4.5×10-3s-1，由于兰州地处黄土高原，海拔较高，因此取700 hPa与200 hPa的风差进行比较，8：00榆中站的环境风垂直切变值为5.1×10-3s-1，具有强的垂直风切变，有利于冰雹的产生，8：00西宁站的垂直风切变值为2.9×10-3s-1，稍弱些，属于中等强度垂直风切变，对应多单体风暴的发生，银川和民勤的垂直风切变都较小，由此可看出，强垂直风切变的位置偏南，这与高空急流的位置偏南有关。除了强对流不稳定层结和垂直风切变之外，产生冰雹的环境还需要较高的CAPE和气块抬升至500 hPa的不稳定性（用LI或SI表示）。8：00 4个站CAPE均为0 J/kg，从8：00的CAPE值来看无明显的对流有效能量，无法判断午后强对流的潜势，原因在于探空资料的时空分辨率太低，而大气的对流不稳定层结的变化是很快的，20：00兰州和民勤的CAPE值有明显增大，而此时雷暴已处于减弱消亡阶段，说明午后的CAPE值远大于20：00的CAPE值，银川和西宁的CAPE较小。王锡军指出，当抬升指数LI<1 ℃时，雷暴回波就有可能降雹[2]。张素芬等分析表明，冰雹天气过程发生前6～8 h SI≤-1.0 ℃[3]。这4个站的LI值8：00—20：00都是减小的，并且20：00兰州、西宁、民勤的LI<0 ℃，银川的LI为1.1 ℃，也接近于临界值。SI值8：00—20：00除了西宁是增大的，其余站都是减小的，并且20：00兰州和民勤的SI都远小于阈值，这和20：00兰州和民勤都有对流天气，而西宁和银川没有对流天气有关。 3 多普勒天气雷达特征分析
分析兰州中川机场雷达回波图演变特征（图3）发现：16：32在机场西、西北、偏北方向40～60 km处已经有3块较强的回波，回波强度达54 dBZ，其中偏北方向的孤立单体有明显的“V型缺口特征”，此时整个对流系统结构较为松散，此后回波发展加强，并向东南方向移动。18：00—19：00逐渐合并，排列成带状，形成多单体风暴，回波强度达60 dBZ，并在风暴移向的右侧有新的单体不断生成。
19：26多个单体合并加强，形成小弓形回波。分别对弓形回波顶部2个最强的单体沿径向做垂直剖面（图4，分别从A到B做剖面），从图中可看出，风暴云体已经伸展到10 km以上，并且有明显的上冲云顶，且都有弱回波区的存在（箭头1所指），说明此时云体内的上升气流非常强烈，箭头2所指为悬垂回波，悬垂回波中有大量的小冰雹，为冰雹的生长提供雹胚[9-11]。达到54 dBZ的强回波中心高度伸展到9 km，最强回波中心强度达到60 dBZ。高悬的强回波中心（大于50 dBZ）的最大高度在-20 ℃层（6 803 km）以上，0 ℃层距地面3 757 km，距地面高度较低，有利于冰雹的产生。
4 结语
（1）本次中尺度对流云团发生在中低空切变线附近，暖脊和冷槽前部，显著湿区中及高低空急流相交点的左前侧。切变线为强对流天气的发生提供了抬升条件，低空西南急流提供了充足的水汽条件，而500 hPa河西西部及高原的干冷空气入侵与700 hPa的暖空气造成了强烈的位势不稳定层结，而最终导致了强对流天气的产生，高空急流的抽吸作用使得对流云团发展的更加旺盛，也有利于冰雹的产生。
（2）通过对有利于冰雹大风天气发生的环境条件的分析，强温度垂直递减率说明有强对流不稳定层结；强垂直风切变的位置偏南；CAPE值在午后有明显的跃增，LI和SI 8：00—20：00有明显的减小。
（3）雷达资料分析中，多单体合并，排列成带状，形成小弓形回波，回波强度强，有明显的冰雹回波特征：风暴云体伸展高度高，有弱回波区，悬垂回波，高悬的强回波中心，0 ℃层和-20 ℃层高度适合。
5 参考文献
[1] 章国材.强对流天气分析与预报[M].北京：气象出版社，2011.
[2] 王锡军.大连冰雹回波与探空阈值分析[J].辽宁气象，2002（3）：9-10.
[3] 张素芬，鲍向东，牛淑贞.河南省人工消雹作業判据研究[J].气象，1999（9）：36-40.
[4] 应冬梅，俞炳.江西省冰雹天气的气候特征及雷达回波特征分析[J].江西气象科技，2001（3）：21-23.
[5] 陶建红.甘肃省短期天气预报员手册[M].北京：气象出版社，2012.
[6] 金永利，张蔷.北京地区一次降雹过程和冰雹微物理特征[J].气象，2002（1）：18-20.
[7] 刘兵，戴泽军，胡振菊，等.张家界多个例降雹过程对比分析[J].气象，2009（7）：23-32.
[8] 李会英，沈树勤.江苏冰雹强对流天气条件分析及其物理解释[J].气象，1994（9）：25-29.
[9] 李金辉，樊鹏.冰雹云提前识别及预警的研究[J].南京气象学院学报，2007（1）：114-119.
[10] 王健元.一次强冰雹天气过程物理量特征[J].气象，1997（3）：16.
[11] 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（7）：31-35.