解析2021年10月1日凌晨大連特大雹暴

? ?在分析之前,我們首先要了解本次極端強冰雹發(fā)生背景的兩個特殊之處,其一:對于東北地區(qū)來說,盡管歷史上有少數(shù)強對流活躍年份在10月份以后仍有強對流天氣活動(如1958.11.8遼寧和2016.10.1黑龍江克東仍有龍卷記錄,主要為冷季強對流),但在大多數(shù)年份的強對流天氣往往在9月份就已經(jīng)結(jié)束,且這上面提到的少數(shù)年份的10月以后的強對流天氣在強度上其實大多已經(jīng)很弱。其二:盡管9月30日夜間(強對流發(fā)生之前)的大氣條件確實適合冷季強對流天氣發(fā)展但僅僅也只是適合發(fā)展而已,但從EC/ERA5再分析資料來看強對流天氣發(fā)生的凌晨時的條件確實很難比30日20時探空所顯示的條件的更好,而出現(xiàn)如此巨大的冰雹確實是非常讓人感到意外的。

? ?當日23時,一個短波槽位于遼寧上空,而大連恰位于該短波槽槽底,強對流發(fā)生地上空正渦度平流對低層的降壓作用有利于垂直上升運動的發(fā)展。同時,該小槽有一條西偏西南向的急流配合,大連上空500hpa風速達到30m/s以上,與500hpa相同的是,850hpa同樣有一條西南急流,風速>15m/s,該西南急流與500hpa層面上的急流相比西南分量更大,較強的垂直風速和風向切變有利于高度組織化的對流(超級單體、颮線等)形成和發(fā)展。850hpa層面上,一個暖中心位于黃海北部,在西南急流的引導下,溫度脊向北延伸至遼寧半島中部;大連850hpa處于14℃溫度脊控制下,30日23時,500hpa層面上大連溫度為-17℃,850-500hpa溫差達到31℃。300hpa層面上,大連處于高空輻散區(qū),低空輻合高空輻散的耦合進一步加強了上升運動。盡管中尺度環(huán)境場有別于經(jīng)典暖季強對流天氣過程,但是冷季的高空強冷平流與低層構(gòu)成的巨大溫差和中層強急流仍然構(gòu)成了較好的中尺度環(huán)境場。

? 由于夜間陸地溫度下降,海風回流向內(nèi)陸推進的過程中會在陸地的一側(cè)形成輻合線,輻合線將水汽和溫度集中在其附近并形成小的溫度鋒區(qū)。23:00左右正是有一條類似的呈東北向西南走向的輻合線位于遼寧半島中部,造成大連極端大冰雹的初始對流移動到輻合線附近迅速加強,并在良好的垂直風切變背景下快速組織化形成超級單體并影響大連城北,超級單體風暴具有顯著的入流缺口和反射率因子高梯度區(qū)特征,最大反射率因子一度達到65dbz以上。0:18超級單體入海后大連雷達觀測到明顯的旁瓣回波特征,表明超級單體風暴中一定存在大冰雹,由于雷達徑向向后延伸的一側(cè)存在降水回波故沒有觀測到TBSS(三體散射長釘)。由于動力條件較好且海面條件較陸地上更好,超級單體風暴入海后并沒有迅速消亡,而是長久維持了數(shù)個小時

? ? 由于受制于時空分辨率,強對流發(fā)生前的探空所顯示的大氣條件與實際強對流發(fā)生時的大氣條件有時會存在一定偏差。因此這里采用EC/ERA5再分析資料對9月30日20時探空進行訂正,在強對流發(fā)生的10月1日00時盡管cape很弱,但垂直風切變和SRH(風暴相對螺旋度)卻達到一個相當高的值,環(huán)境雖然只是適合強對流天氣發(fā)展但同時又有利于高度組織化的對流如超級單體風暴形成,當風暴內(nèi)部的中氣旋形成后其會形成一個相對低壓區(qū),該低壓區(qū)會與周圍形成明顯的擾動氣壓垂直梯度,有研究認為風暴的擾動氣壓垂直梯度所帶來的上升氣流的強度可以與cape轉(zhuǎn)化動能后的上升氣流強度相等。因此盡管當天晚上cape并不高,但是由于強垂直風切變導致對流單體加強成了超級單體風暴。其內(nèi)部的擾動氣壓垂直梯度依然提供了相當強烈的上升氣流。與天氣尺度的垂直上升運動相疊加則使其進一步加強
? ? 其二是中層干冷空氣入侵導致的濕球零度層(WBZ)高度降低,EC/ERA5再分析顯示9月30日23:00以后-10月1日凌晨大連上空700hpa大氣濕度呈現(xiàn)逐漸降低的過程,表明干空氣層向下延伸,干空氣層向下延伸的導致干球零度層(DBZ)和濕球零度層(WBZ)之間的溫度降低,從而進一步降低了濕球零度層(WBZ)的高度,低的濕球零度層高度是大冰雹下降至落地過程中使其不被或減少融化的重要原因。
? ? 總結(jié)來看:當天凌晨影響大連的對流發(fā)展成超級單體風暴后其內(nèi)部的強烈上升氣流首先導致了云內(nèi)部特大冰雹的形成,而下降過程中又有明顯的中低層干空氣和低的濕球零度層(WBZ)高度,大冰雹在下降到地面過程中融化量很少繼而導致大連出現(xiàn)同期罕見的極端強冰雹事件。