Page 171 - 《高原气象》2025年第6期

6 期 王清源等：南北方冰雹云环境条件差异及雹云发展演变特征的个例研究 1579
表1 陕西冰雹个例与福建冰雹个例环境层结参数 大， 云底高度更高， CAPE 转化为上升气流的动能
Table1 Environmental stratification parameters of 的效率更高， 更利于强对流的形成。刘晓莉等
Shaanxi hail case and Fujian hail case
（2020）使用WRF模式模拟研究了距旬邑超200 km，
环境参数 陕西个例 福建个例 同属黄土高原半干旱的宁夏南部山区的成雹机制，
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对流可用位能（CAPE）/（J·kg ） 1806 1086 结果表明， 这里冰雹云形成的大气环境水汽含量较
K指数/℃ 47. 5 37. 9 少， 冰雹的发生主要依靠“上干下湿”的不稳定层
总指数（TT）/℃ 57 47 结、 复杂的宁南山区地形及午后局地加热效应， 这
沙氏指数（SI）/℃ -10. 7 -2. 3 和陕西个例环境层结呈现的特征一致。福建个例
抬升指数（LI）/℃ -5. 9 -4. 1 的不稳定能量虽仅为陕西个例的二分之一， 但垂
地面温度/℃ 26. 8 24. 5 直风切变及风场结构组织性很强， 这次过程是由
地面露点温度/℃ 19. 7 21. 3 天气系统导致的强垂直风切变引起的。福建个例
抬升凝结高度（LCL）/km 0. 84 0. 29 的低层大气湿度更大， 水汽更充分， 抬升凝结高度
0 ℃层高度/km 3. 9 4. 1 更低， 在水汽及稳定度条件满足的情况下， 只要低
-20 ℃层高度/km 7. 2 7. 5 层有辐合就能触发不稳定能量释放， 形成对流天
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0~3 km垂直风切变/（m·s ） 2. 9 15. 4 气。强垂直风切变能够增强低空急流， 促进水汽
0~6 km垂直风切变/（m·s ） 6. 1 22. 2 辐合， 当强垂直风切变与充沛低层水汽共存时， 上
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粗理查森数（BRN） 119 17. 1 升气流能高效整合水汽， 形成持续性强降水或大
冰雹。两次个例的相同点是地面温度、 0 ℃层和
郑旭程等（2018）统计得出， 冰雹发生需要特殊
-20 ℃层高度值非常接近， 且都是“上干下湿”的不
的 0 ℃和-20 ℃层高度， 冰雹事件的 0 ℃到-20 ℃
稳定层结。
层厚度集中在 2. 8~3. 6 km， 78% 个例大于 3. 0 km。
从以上的分析来看， 虽然两次过程的对流都很
陕西个例和福建个例的 0 ℃层高度和-20 ℃层高
强， 都产生了降雹， 但不稳定能量和风切变的配置
度均基本一致， 分别是 3. 3 km 和 3. 4 km， 所以两
不同， 正如 Li et al（2018a）研究表明的那样， 不同地
者的0 ℃到-20 ℃层厚度差异不大。Rasmussen and
区的冰雹事件表现出不同的环境参数特征。所以
Blanchard（1998）认为， 0~3 km高度范围内风随高度
不考虑环境风垂直切变， 仅利用 CAPE、 K 指数和
顺转是风暴形成、 发展的一个关键因子， 大多数强
TT 指数等热力稳定度指数或 SI和 LI等条件稳定度
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风暴发生在 0~3 km 内风暴相对风速大于 10 m·s 、
指数或 BRN 来单独预报冰雹云的发生是不够的，
风向随高度顺转角度大于 90°的环境中。陕西个例
冰雹云的预报阈值要因时因地而异。
0~3 km的垂直风速切变比福建个例小很多， 前者仅
是后者的约1/5。 4 不同的扰动温度下对流的发展特征
粗理查森数（BRN）可反映强风暴发生时不稳
定能量和环境风的垂直切变之间的平衡（Richard‐ 自然环境中对流的触发机制通常为局地热力
son， 1922）， BRN≤40 被作为预报雷暴大风和冰雹 抬升、 地形抬升或天气系统造成的系统性辐合及抬
的临界值。福建个例的 BRN 值为 17. 1， 说明易发 升， 但模式输入的初始场是一个温、 压、 湿和风要
生强多单体或超级单体风暴。陕西个例为 119， 表 素水平均匀的环境场， 为触发对流， 采用热泡扰动
明不易发生超级单体或强多单体风暴。但实际上， 方式， 即在模拟域中央低层一定范围内加一正的位
BRN 的使用存在一定的限制条件， 当 CAPE 值至少 温扰动， 通过垂直运动方程的热浮力项触发扰动
500 J·kg ， 风切变至少 10 m·s 时才可以使用， 陕 （樊明月等， 2008）。本文对两个冰雹过程均设置了
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西个例垂直风切变过小， 并不适合使用BRN。 五个不同的扰动温度算例进行敏感性试验， 以产生
综上所述， 这两次冰雹过程环境参数既有不同 不同强度的对流， 对陕西个例的扰动温度值分别设
之处也有相同之处。不同之处是陕西个例的热力 置为 1. 0 ℃、 1. 3 ℃、 1. 6 ℃、 1. 8 ℃和 2. 0 ℃。采
不稳定更强， 不稳定层更深厚， 风切变很弱， 风场 用热泡扰动启动对流时， 没有环境风的情况下只需
结构无组织， 冰雹云是局地热力对流导致的。热力 较小的扰动就能激发对流， 而在切变的环境风场
抬升往往只能形成强度不大的对流， 但这次过程由 中， 通过局地加热来激发对流必须有较大的初始扰
于有相当大的不稳定能量， 且近地层大气湿度不 动温度和扰动范围， 风切变越强需要越高的启动条