哈爾濱地區(qū)冷渦系統(tǒng)產(chǎn)生冰雹的雷達(dá)回波特征

石慕真，龐博，孫琪，趙廣娜

（1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱 150001；3.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱 150030）

哈爾濱地區(qū)冷渦系統(tǒng)產(chǎn)生冰雹的雷達(dá)回波特征

石慕真1，2，龐博3，孫琪3，趙廣娜3

（1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱 150001；3.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱 150030）

對(duì)2001～2007年黑龍江省南部地區(qū)降雹資料進(jìn)行綜合分析，總結(jié)出了降雹的天氣類型、物理機(jī)制及雷達(dá)回波特征，總結(jié)了不同降雹類型預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)、配合的降水量及其它災(zāi)害天氣。

新一代天氣雷達(dá)；冷渦系統(tǒng)；冰雹統(tǒng)計(jì)；臨近預(yù)報(bào)

1 引言

黑龍江省地處高緯地區(qū)，地域的特殊性使短時(shí)臨近預(yù)報(bào)也有別于其它地區(qū)。4-10月災(zāi)害性天氣較多。其中頻繁發(fā)生的冰雹給農(nóng)作物帶來了極其嚴(yán)重的危害。冰雹出現(xiàn)的范圍雖較小，時(shí)間短，但來勢猛，強(qiáng)度大，常伴有狂風(fēng)驟雨，因此會(huì)給局部地區(qū)的農(nóng)牧業(yè)、工礦企業(yè)、電訊、交通運(yùn)輸以及人民生命財(cái)產(chǎn)造成較大損失。

本文截取了國家氣象局新技術(shù)推廣項(xiàng)目《基于天氣雷達(dá)觀測的高緯度地區(qū)突發(fā)性天氣預(yù)警》中的強(qiáng)對(duì)流天氣中，低渦系統(tǒng)的降冰雹研究內(nèi)容。低渦系統(tǒng)降雹占黑龍江省降雹的70%，低渦系統(tǒng)易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，并且落點(diǎn)較難預(yù)報(bào)，本文將從大尺度環(huán)流背景、中小尺度天氣系統(tǒng)、小尺度雷達(dá)圖綜合分析短時(shí)時(shí)段內(nèi)的冰雹預(yù)報(bào)。

2 資料

本文所選取的資料為2001年12月-2007年11月哈爾濱雷達(dá)站全部的降雹觀測資料，其中降雹雷達(dá)資料和天氣資料齊全的共29次降雹過程。低渦配合冷鋒7次，低渦配合暖鋒13次，低渦后西北氣流7次，單獨(dú)低渦2次。低渦系統(tǒng)降雹占總降雹的70%左右，低渦類型中中小尺度特征不明顯的＜3%，其中低渦配合冷暖鋒的降雹概率比較大，共占到50%左右。

3 低渦系統(tǒng)環(huán)流形式下各種冰雹特征

以下每種類型按照天氣類型、時(shí)間分布、物理量、與降水量的關(guān)系、雷達(dá)回波特征的順序來研究。

3.1 高空冷渦系統(tǒng)，地面冷鋒型

此類型主要是冷渦系統(tǒng)，一般在冷渦的發(fā)展階段，高空渦中心位于（45～58°N，115～125°E），地面低壓位置略偏南偏東，地面低壓基本是蒙古低壓。冷渦強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)較其它類型渦特征明顯。冷渦的西部為冷空氣控制，東部為暖空氣控制，渦前的暖溫度脊較寬，渦后冷平流渦前暖平流及切變線較為明顯。

降雹集中在4月20日～5月25日和9月1日～10月1日兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)。主要在冷空氣的控制中，暖空氣稍有加強(qiáng)便可能有強(qiáng)烈天氣產(chǎn)生。尤其是午后熱力條件具備時(shí)，有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生、發(fā)展，易產(chǎn)生冰雹。

T-logp圖上明顯的對(duì)流不穩(wěn)定；T-Td、沙氏指數(shù)值較前幾時(shí)次突然變??；K指數(shù)變化明顯，較前幾時(shí)次會(huì)突然躍增，一般會(huì)大于20，在30左右。

此種類型配合的降水量較少，一般在10 mm以內(nèi)，如果在渦影響下持續(xù)兩天，第二天的降水更少。此種類型的發(fā)生時(shí)間在春秋季節(jié)，而春秋季黑龍江省的降水量也較少。

降雹的時(shí)期不同，回波的強(qiáng)度也會(huì)不同。此類型降雹多發(fā)生在黑龍江省相對(duì)偏冷的時(shí)期，回波的強(qiáng)度也較其他類型低，一般在45～50 dBZ之間，少數(shù)也有超過50 dBZ的。徑向速度數(shù)值一般都較大，在10～20 m/s，多數(shù)在15 m/s左右，所以這種類型的回波移動(dòng)也都較快，一般在50～60 km/h。由于這種類型發(fā)生的時(shí)期暖空氣一般不活躍，溫度較低，所以對(duì)流云頂高度較其他類型也比較低，但是相比同時(shí)期的降水回波還是比較高的，一般在6～10 km之間，強(qiáng)中心高度在2～6 km之間。此類型冰雹云的特征回波不明顯，少數(shù)能出現(xiàn)“三體散射”特征，但是有些強(qiáng)中心能出現(xiàn)傾斜結(jié)構(gòu)，也可以看成是弱回波區(qū)。

3.2 低渦配合暖鋒

此種類型的渦多數(shù)是低渦，有一些只在850 hPa圖上出現(xiàn)閉合等值線。此類型的低渦一般也不會(huì)連續(xù)兩天出現(xiàn)冰雹。如果是東北冷渦，其位置跟上一種也相同，但是閉合等值線的圈數(shù)明顯少于上一種，渦的結(jié)構(gòu)也不規(guī)則。如果是850 hPa的低渦，其位置多在黑龍江省西部，中心在黑龍江省與內(nèi)蒙交界處附近。地面低壓為蒙古低壓南掉再北上或是華北低壓東北移動(dòng)，地面低壓中心多在齊齊哈爾南部和大慶附近。發(fā)生此類型是冷暖空氣活動(dòng)活躍期，是典型的低層暖濕空氣和高層干冷空氣配置。多伴隨急流，或者明顯的西南氣流輸送帶，降雹多發(fā)生在暖鋒末端，雨區(qū)的外圍處或急流風(fēng)速輻合處。

主要發(fā)生在6月10日～7月20日之間，是冷暖空氣活動(dòng)的活躍期。此時(shí)期黑龍江省的冰雹活動(dòng)比較頻繁。降雹時(shí)間在12:00～20:00，這與季節(jié)的熱力條件有關(guān)系。

T-logp圖上有明顯的對(duì)流不穩(wěn)定；T-Td值減小6℃左右；沙氏指數(shù)值突然變小，減小到-2到-3之間。K指數(shù)變化明顯，會(huì)突然躍增，一般會(huì)大于30，可達(dá)34左右。

此類型移動(dòng)路徑或周邊強(qiáng)回波降水比較大，過程雨量一般在20～40 mm，有的可達(dá)70 mm。

回波以對(duì)流云為主，呈條狀云帶型，有的云帶的對(duì)流單體有間隔，但是不超過30 km，并且其運(yùn)動(dòng)方向、移動(dòng)速度基本保持一致。由于發(fā)生在冷暖空氣相對(duì)活躍的期間，所以強(qiáng)度、高度均比較大。強(qiáng)度一般在50～61dBZ之間。徑向速度也較小，在4～10 m/s之間，移動(dòng)速度較前一種也相對(duì)慢一些，在30～50 km/h左右。此種類型的冰雹云有維持時(shí)間很長的也有比較短的，回波面積有大有小，能以大強(qiáng)度（45 dBZ以上）移動(dòng)一段時(shí)間的一般是冰雹云，所以在出現(xiàn)后只要嚴(yán)密觀測，都可以對(duì)下游地區(qū)作出預(yù)防。維持時(shí)間短的，只能從強(qiáng)度、高度，及初始階段的懸垂結(jié)構(gòu)來判斷。移向較為復(fù)雜，基本是偏東方向，有東北也有東南方向。云頂高度在10～16 km，強(qiáng)中心高度在6～ 10 km，都比前一種大，這與這一時(shí)期的熱力條件好，利于對(duì)流發(fā)展有關(guān)。

3.3 渦后西北氣流型

此類型天氣發(fā)生在低渦移出黑龍江省后，黑龍江省處于西北氣流控制中，在高空（50～60°N，110～130°E）之間有明顯的冷中心或冷平流。在850 hPa上，可能會(huì)有切變線，風(fēng)向切變。地面低壓是前期低壓減弱后南掉，北上過程中在黑河、齊齊哈爾交界處或者西南角有有新生低壓。

主要發(fā)生在6月20日-8月20日之間的12:00～21: 00，這期間冷暖空氣活躍，也有極個(gè)別發(fā)生在5月和10月的。

T-logp圖上基本顯示不出對(duì)流不穩(wěn)定；T-Td與其他類型相反，會(huì)增大2-7℃；沙氏指數(shù)值變小，K指數(shù)有增有減，兩者變化均不明顯。K指數(shù)在30以下。

此類型降水非常不均勻，在10～30 mm之間，也有極強(qiáng)超級(jí)單體在40～60 mm。

此類型以對(duì)流云為主，在觀測范圍內(nèi)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)很多對(duì)流塊，多為超級(jí)單體或者單體合并后的多單體風(fēng)暴。一般對(duì)流云塊都能維持較長時(shí)間，可長達(dá)9 h，直到移出觀測范圍。每個(gè)對(duì)流云塊中的強(qiáng)中心面積明顯比前兩種大，強(qiáng)度在55 dBZ以上。徑向速度大小不一，多數(shù)在高層會(huì)出現(xiàn)速度模糊，移動(dòng)速度一般在40～60 km/h，也有15 km/h左右的。移動(dòng)方向也是偏東，有的偏東北，或東南?；夭敹驾^高在12～16 km，強(qiáng)中心在8～10 km左右。此類型的冰雹云特征不是很明顯，一般只能從弱回波區(qū)、強(qiáng)中心高度來判別。

4 小結(jié)冰雹的臨近預(yù)報(bào)的判據(jù)指標(biāo)

（1）當(dāng)高空天氣圖可分析出渦系統(tǒng)，明顯的鋒區(qū)，地面低壓、倒槽配合冷暖鋒時(shí)，要加強(qiáng)分析可能產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流。冰雹的典型配置是，底層暖濕空氣，中高層干冷空氣。

（2）分析系統(tǒng)的來向、移動(dòng)速度、去向、強(qiáng)度。在黑龍江省，一般地面南來系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)降水比較多，而產(chǎn)生冰雹天氣較少；

（3）5月20日以前及10月以后，這兩個(gè)季節(jié)的冰雹云特征不明顯，但是強(qiáng)度會(huì)明顯比同時(shí)期的對(duì)流云和混合云強(qiáng)度大，可以達(dá)到45dBZ。一般在40dBZ左右就有冰雹產(chǎn)生，RHI中，強(qiáng)中心一般會(huì)有傾斜結(jié)構(gòu)。

（4）5月20日到9月之間。強(qiáng)度大于45dBZ，一般在55 dBZ左右；強(qiáng)中心（大于45dBZ）結(jié)構(gòu)緊密，面積較大，一般＞20 km2，強(qiáng)中心成條狀較多；回波頂高＞10km，強(qiáng)回波中心頂高>6 km；移動(dòng)速度在30～60 km/h。伴隨著超級(jí)單體特征、合并為多單體風(fēng)暴特征、多單體組成的對(duì)流云帶、多條平行短帶、弱回波區(qū)、三體散射等特征。

（5）在冰雹減弱階段開始有降水，不同環(huán)流下的降水量也不同；冰雹云在移動(dòng)過程中強(qiáng)度不斷有強(qiáng)弱變化的，一般伴隨的降水量也比較大，預(yù)報(bào)時(shí)要同時(shí)提示強(qiáng)降水。

Radar Echo Characteristics of Cold Vortex System in Haerbin

SHI Mu-zhen1,2,PANG Bo3，SUN Qi3，ZHAO Guang-na3
（1.Lanzhou University Atmosphere College,Lanzhou,Gansu,postal code:730000;2.Heilongjiang Meteorological Service,Haerbin,Heilongjiang province,Postal Code:150001;Heilongjiang Meteorological Observatory,Haerbin, Heilongjiang Province,Postal Code:150030）

hail data from 2001 to 2007of south Heilongjiang province were analysed comprehensively,we got of weather types which caused the storm hail,the physical mechanism and the characteristics of radar echo.And got the important point of prediction of the hail weather types,it’s precipitation and other disaster weather events.

hail；new radar；cold vortex；hail statistic；close prediction

P458.1+21.2

A

1002－252X（2011）03－0001－02

2011－6－6

石慕真（1981-），女，黑龍江省哈爾濱市人，中國海洋大學(xué)，本科生，工程師.