黔東南2012年4月10日大冰雹天氣過程雷達回波特征分析

李路長，白 慧，曹凱明

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550002)

黔東南2012年4月10日大冰雹天氣過程雷達回波特征分析

李路長1，白 慧1，曹凱明2

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550002)

利用三穗新一代多普勒天氣雷達對2012年4月10日發生在貴州省黔東南州的大冰雹天氣過程進行跟蹤探測，揭示了冰雹云形成發展、成熟和消散過程的主要回波特征。結果表明，強對流天氣過程由多個對流單體組成，強回波區的反射率因子超過65 dBz，三體散射長釘的反射率因子最大值為21 dBz，最大長度20 km;徑向速度有風暴頂輻散特征和逆風區存在，逆風區存在對大冰雹的出現有很好的指示作用;垂直累積液態水含量出現躍增現象，最大垂直累積液態水含量為56 kg·m－2;垂直風廓線中風向、風速出現較大垂直切變。

新一代多普勒天氣雷達;大冰雹;三體散射

1 引言

冰雹是我國分布最廣的一種對流性災害天氣［1］。冰雹天氣的主要特征是：尺度小、強對流，來勢迅猛，生消迅速，并伴有短時雷電、大風天氣。黔東南2012年4月10日大冰雹天氣過程造成黃平縣、臺江縣遭受大風、冰雹襲擊，據臺江氣象站觀測記錄，臺江站最大風速達10級，冰雹最大直徑達35 mm，災區不同程度出現房屋被吹倒、房屋瓦片被打爛、油菜等農作物被砸倒等情況，臺江縣城及部分鄉鎮供電線路一度中斷。災害造成7個鄉鎮69個村6.3萬人受災，500余人緊急轉移安置，農作物受災面積1 000 hm2，近1 800間房屋不同程度倒損，直接經濟損失3 200余萬元。此次大冰雹天氣過程受高空槽、中低層切變線、熱低壓、地面輻合鋒生等多個系統影響。本文利用常規氣象資料和新一代天氣雷達資料，從天氣形勢和雷達回波特征進行分析，為以后黔東南預報和預警冰雹積累經驗。

2 天氣背景分析

2.1 環流形勢及影響系統

4月10日08時500 hPa圖上(圖略)，西太平洋副熱帶高壓588特征線位于海南島東部海面上，河套—重慶—貴州西北部有高空槽東移，700 hPa在四川東部有切變線存在，850 hPa在貴州北部有準東西向橫切變，高空槽超前于700 hPa切變線，與高空槽配合的溫度槽南段超前于高度槽，具有前傾槽性質，槽后偏北氣流引導切變線南下。中低層有暖舌從廣西向貴州伸展，貴州中東部地區上空500 hPa冷平流疊加在中低暖平流之上，且△T850－T500之差達24～26℃，大氣層結不穩定。黔東南位于850 hPa西南低空急流左側動力和水汽輻合上升區內，周邊探空站850 hPa比濕達11～12 g/kg，700 hPa比濕達9～10 g/kg，水汽條件好。綜上所述，10日天氣形勢與溫度場配置以及水汽條件均有利于強對流天氣發生。

2.2 地面輻合線

地面天氣圖上(圖略)，10日熱低壓發展，中心位于滇黔桂交界，黔東南處在熱低壓東北側輻合區和溫度梯度較大區域內。10日10時，貴州中東部開始出現明顯輻合線，貴陽—福泉—凱里—劍河—天柱位于東西向輻合線南側;14－15時輻合線兩側溫度差明顯增大，溫度差達4～6℃，輻合鋒生增強。對流云團生成前，甕安與福泉之間的溫度差達5℃，16時左右在福泉附近激發對流云團生成，對流云團沿地面輻合線快速發展并增強成強風暴東移，造成黃平、臺江出現大冰雹等強對流天氣。

3 大冰雹的雷達回波特征分析

根據三穗雷達跟蹤監測發現，黔東南4月10日大冰雹天氣過程強風暴于10日14時在福泉附近生成，強烈發展東移影響黃平重安、谷隴，臺江革一、臺盤、臺拱(城關)、方召和劍河革東等鄉鎮，到22時風暴消散，歷時近8 h。

3.1 反射率因子、回波頂高、譜寬特征分析

文獻［2］對三體散射在業務上的應用進行了探討，產生三體散射的反射率因子區強度超過60 dBz，三體散射的反射率因子值＜18 dBz，長度通常小于14 km;譜寬很大，可達13 m/s以上。對于C波段(5 cm)雷達，三體散射的出現不一定表明大冰雹的存在，在這一波段，小冰雹也可以造成三體散射現象。因此三體散射對識別降雹有一定的肯定作用，可在業務中用作冰雹預警的一個指標［3］。

10日16時34分在福泉東北部有多個強度在15～20 dBz的分散對流泡生成，并快速發展、聚合，16時51分，對流泡合并，面積增大，中心強度達35～40 dBz，沿地面輻合線東移至福泉與黃平交界處。此回波東移速度快，且發展迅猛，17時23分風暴中心強度達50 dBz，最高回波頂高達10 km，位于福泉、黃平、凱里交界;17時34分，中心強度達55～60 dBz，回波頂高達16.8 km，前鋒開始影響重安，隨后風暴移過重安并有所減弱，中心強度下降到50～55 dBz，4個體掃后風暴到達重興，并快速增強到60 dBz以上，回波頂高達11 km;18時01分強風暴影響谷隴，造成谷隴冰雹、大風，降雹前回波強度達50 dBz，回波頂高14 km，降雹后，回波頂高有明顯下降，降至12 km高度;隨后風暴朝偏東南方向移動，折向臺江并快速加強，強回波中心值＞65 dBz，回波頂高達12 km。

18時15分風暴開始影響臺江西北部革一鄉，然后是臺盤鄉，18時21分在6.0°仰角上第1次出現三體散射長釘特征，此時強回波中心強度為61 dBz，三體散射長釘的反射率因子值為11 dBz，長度為5 km;隨著風暴的進一步增強，三體散射長釘特征愈加明顯，同時在1.5°、2.4°、3.4°、4.3°4 個仰角也開始出現三體散射長釘特征，3.4°、4.3°2個仰角出現的三體散射長釘的反射率因子最大值為21 dBz，最大長度20 km。三體散射長釘特征最先出現在高仰角，說明此時風暴發展旺盛，風暴內部已有冰雹存在;隨后三體散射長釘特征出現在低仰角，說明此時風暴核中心高度開始下降，該核經過的地區開始降雹。風暴東南移掃過革一、臺盤后東移影響臺拱鎮(臺江縣城)，18時59分臺江城區出現26.8 m/s的瞬時大風，19時02分突如奇來的冰雹從天而降，冰雹最大直徑35 mm，平均最大重量達18g，此時，回波中心強度＞65 dBz，回波頂高12 km，在1.5°、2.4°、3.4°、4.3°、6.0°5 個仰角可以發現三體散射長釘特征的存在，高度在2.4 km和10.0 km之間，其反射率因子最大值為21 dBz，最大長度為20 km，1.5°、2.4°2個仰角的反射率因子圖還顯示出鉤狀回波的特征(圖1)。城區冰雹持續了近10 min，19時11分雹止;風暴繼續東移影響劍河革東鎮，并出現10級以上瞬時大風，并逐漸減弱，至19時32分風暴消散。

圖1 2012年4月10日18時57分的基本反射率圖

分析譜寬產品(圖2)發現，三體散射長釘的譜寬值與強回波中心譜寬值接近，將兩處的譜寬大值區連在一起，呈明顯的帶狀，在4.3°仰角這種特征最明顯，譜寬值也達到最大為10 m/s，從較大譜寬值可以分辨出三體散射長釘所在的區域，輔助判斷強回波區域的風暴內部運動的強烈程度，譜寬值越大，風暴內部運動越強烈，同時，強回波區域譜寬值呈現不均勻分布特征。分析組合反射率和反射率剖面(圖3)還發現，此次罕見強對流天氣過程存在有界弱回波區(穹窿結構)，大于50 dBz回波在9 km以下，降大冰雹前，強核中心在3～4 km，強核中心出現明顯下降特征。

3.2 徑向速度特征分析

分析黔東南4月10日大冰雹天氣過程中基本徑向速度圖(圖4)，可以看到有明顯的三體散射特征，但整體上為朝向雷達的低速度值(在多普勒雷達基本徑向速度圖上，負速度為朝向雷達，正速度為遠離雷達)。由于強回波中心距離雷達47 km，分析風暴頂輻散特征時用9.8°仰角徑向速度圖(圖5)，發現在風暴移動方向的風暴前沿部分風暴頂輻散特征很明顯，該特征比三體散射特征出現的時間早很多，在業務中可以利用風暴頂輻散的強烈程度來輔助提前預警，利用高仰角的徑向速度圖可以判別風暴頂輻散的強烈程度。在10日18時57分基本徑向速度圖上，明顯的逆風區出現在臺江縣，正速度區被負速度區包圍，正速度的極大值達到了25 m/s。逆風區從10日18時20分左右開始一直存在，直到降雹結束才開始逐漸消失。“逆風區”可作為冰雹天氣短時和臨近預報的重要指標之一，但是對利用該特征來預報冰雹落區和降雹時間意義不大［4］。

3.3 垂直累積液態水含量、垂直累積液態水含量密度特征分析

垂直累積液態水含量(VIL)對判斷強對流風暴十分有用，VIL如果遠高于相應季節對流的平均VIL值，則發生大冰雹的可能性很大。降雹前，如果VIL值出現躍增現象，對應冰雹單體回波正在增強，則隨后發生大冰雹的可能性極大;降雹后，VIL值迅速減小，風暴經過的地區伴隨著地面大風的產生［5］。黔東南4月10日大冰雹天氣過程中，對流風暴生成階段VIL值在10 kg/m2以下，隨著風暴的發展，VIL值也逐步增大，17時34分突然增大至35 kg/m2并維持5個體積掃描周期，18時06分VIL值開始繼續增大且都大于45 kg/m2，在降大冰雹前3個體掃周期內，VIL值＞50 kg/m2，降雹后VIL值立刻開始減小(圖6)。

Amburn等［6］定義 VIL與風暴頂高度之比為VIL密度。他們的研究表明，如果VIL密度超過4 g/m3，則會產生直徑超過2 cm的大冰雹。18時15—18時57分出現最大VIL值為56 kg/m2，對應回波最大頂高為14 km，則VIL密度為4 g/m3，其余時次VIL密度接近4 g/m3。

圖6 2012年4月10日18時51分VIL圖和回波頂高圖

3.4 垂直風廓線特征分析

文獻［7］指出，在出現強熱力不穩定的層結下，風垂直切變有助于雷暴組織成持續性強雷暴。分析多普勒雷達垂直風廓線產品(VWP)的特征，計算了地面(用0.9 km高度代替)到6 km高度(用6.1 km高度代替)的垂直風切變。4月10日過程中18時20分的垂直風切變矢量差為14.8 m/s，下一時次該風矢量差為17.7 m/s，垂直風切變增強為中等以上強度，并維持到降雹結束。圖7顯示在近地層一直存在風切變，近地層為東北風，風速為6 m/s，1.2 km以上風向由東南風轉西南風到偏西風，降雹前3～4 km高度西南風風速達16 m/s，出現明顯的垂直風切變，降雹時中低層風速明顯減小，為6 m/s左右。低層的風切變與地面輻合線一直存在相吻合。

4 小結

①高空槽、中低層切變線和地面熱低壓外圍輻合鋒生是4月10日黃平、臺江、劍河局地強對流天氣產生的主要影響系統。

②此次冰雹天氣過程中雷達回波反射率因子和譜寬圖上均具有大冰雹三體散射長釘特征，且反射率因子垂直剖面具有穹窿結構特征。三體散射長釘特征對于冰雹的預報有一定的指示作用。譜寬產品對于識別三體散射特征有一定的幫助，同時也對大冰雹的預報有一定的作用。

③風暴頂輻散、“逆風區”的出現和VIL值突增，對冰雹的發生、發展和預報具有重要的指示作用，VIL值從10 kg/m2開始出現快速增大現象，可以提前1 h以上預報下游地區將出現冰雹;VIL值＞50 kg/m2可預報下游地區將馬上出現大冰雹，但預警時間短。

［1］俞小鼎.強對流天氣臨近預報［M］.中國氣象局培訓中心，2010.

［2］朱敏華，俞小鼎，夏峰，等.強烈雹暴三體散射的多普勒天氣雷達分析［J］.應用氣象學報，2006，17(2)：215 －222.

［3］俞小鼎，姚秀萍，等.多普勒天氣雷達原理與業務應用［M］.中國氣象局培訓中心.

［4］岑啟林，王備，等.黔西南州春季強對流天氣回波分析［J］. 貴州氣象，2009，5(33)：10 －12.

［5］宋曉輝，柴東紅，等.冰雹天氣過程的綜合分析［J］.氣象科技，2007，35(3)：330 －334.

［6］Amburn S A，Wolf P L.VIL Density as a Hail Indicator［J］.Wea Forecasting，1997，12：473 －478.

［7］許愛化，應冬梅，黃祖輝.江西省兩種典型強對流天氣的雷達回波特征分析［J］.氣象與減災研究，2007，30(2)：23－28.

P458.1+21.2

B

1003－6598(2012)05－0023－04

2012－07－23

李路長(1985—)，男，助工，主要從事雷達觀測工作。