冰雹過程多普勒天氣雷達產品特征分析

肖妙妮 胡英超 李志強

（湖南省婁底市氣象局 湖南婁底 417000）

2007年7月23日7 時～8時左右，受中低層切變影響，湘中以北少數縣市出現了強對流天氣；本次冰雹過程是一次局地強對流天氣過程，湖南寧鄉的夏鐸鋪、煤炭壩、南田坪、東湖塘、望城的蓮花鎮、坪塘、長沙、瀏陽等地區不同程度地遭受冰雹、雷雨大風和局地強降水的襲擊。此次過程均造成了重大經濟損失。長沙多普勒天氣雷達對這次過程進行了連續跟蹤觀測，收集了較完整的資料。本文通過分析這些資料，對此次降雹過程的回波特點進行歸納、總結，希望為以后冰雹、雷雨大風強對流天氣短臨預報和預警服務提供參考。

1 天氣形勢背景

此次過程發生在夏季，歐亞中高緯為一槽一脊型。降雹區域均位于高空槽前，且中低層均可看出西南急流，亞洲中低緯低槽位于印度半島，副高西極點偏東，位于120°E附近，湖南省上空從高層到低層為上干下濕，垂直分布特征明顯，并且干層厚度大于濕層厚度從100hPa～500hPa是完整干層，溫度露點差達20℃以上，僅850hPa有一淺薄的濕層，而這層淺薄的濕層是隨著低空急流建立后才增濕的，850hPa、700hPa的切變線和500hPa的槽線處于同一位置，呈迭加形勢，可見上升氣流明顯，從而造成降水不明顯，局地對流強的特點。

2 反射率產品分析

反射率回波隨時間變化，利用基本反射率產品進行分析。07:55左右開始有對流性回波單體在桃江縣牛田鎮生成，隨后其西面寧鄉崔坪縣的對流單體東移與其合并，在東移的過程中不斷加強，強反射率因子達50dBZ，并且可以明顯看到“弓狀”回波后部出現一個“V”型缺口，表明大風急流所在；回波強度達到65dBZ，08：10分地面下了小冰雹并伴有大風，碗口粗的大樹被大風刮倒。08:02徑向速度圖上有弱中氣旋生成，08:06在6.0°反射率回波圖上首次出現了三體散射回波特征（圖略），持續時間30min左右。08:12在0.5°仰角的反射率圖出現倒“V”型缺口，最強回波中心為 65dbz，并沿入流方向的垂直反射率因子上表現出弱回波結構，這是超級單體的典型特征[1]，與倒“V”型缺口對應的是速度圖上的中氣旋（見圖1）。08:15超級單體“V”型缺口、中氣旋特征消失，超級單體開始向普通單體風暴演變，最強回波中心為55dbz，08:30分左右移出湖南，影響江西。

由此可見，此次過程是由普通單體風暴發展成多單體風暴，再演變成超級單體風暴，并該超級單體風暴符合成熟的中氣旋的概念模型，最后又減弱為多單體強風暴。

圖1 7月23日07:510.5°仰角0.5°反射率圖

3 三體散射特征

三體散射是產生冰雹的必要非充分條件[2]，若探測到三體散射，可以對其下游地區發布冰雹預警。此次過程中，三體散射現象首次出現在07:20，沿雷達徑向伸展的釘狀回波長度達20km，高度為6.8km，且維持時間長，有4個體掃，對應在寧鄉的東湖塘開始降雹，直徑最大為18mm,07:40該三體散射消失；08:10再次出現三體散射現象，高度為3.0km，只維持了1個體掃，088:30三體散射現象消失，實況對應的望城的蓮花鎮、坪塘、長沙、瀏陽等地區不同程度地遭受冰雹、雷雨大風和局地強降水的襲擊。

圖2 7月23日 07:18、07:30、07:366.0°反射率因子圖

4 徑向速度產品特征（V）

主要應用中-r尺度系統的多普勒雷達速度圖像特征原理進行分析：

4.1 同時刻不同高度的速度圖特征

07:17 分的不同仰角徑向速度圖可以看，均存在逆風區，逆風區的周圍存在中小尺度的氣旋性反氣旋性輻合或輻散。0.5°仰角（1.2km）有個27m/s的正速度中心，表明低空急流明顯，1.5°（2.0km）仰角有明顯的氣旋性輻合，而6.0°（7.0km）仰角有個明顯的輻散（見圖3）。正負速度差值47m/s，根據成熟中氣旋的概念模型,在靠近地面附近的大氣邊界層內，中氣旋的徑向速度特征為輻合式氣旋性旋轉，再上面一些是純粹的氣旋性旋轉，在中上層為氣旋式旋轉輻散，上層為純粹的輻散[3]。這個超級單體基本符合成熟的中氣旋概念模型。

圖3 7月23日07:17分1.5°、6.0°仰角速度圖

4.2 不同時刻同一高度的速度圖特征圖：

以1.5°仰角為例，07：24有中氣旋生成，07：30大片負速度區內開始出現一小塊正速度區，出現了所謂的逆風區，此時最大正速度中心達到20m/s，隨著時間的推移，正速度區越來越大，07：17正速度區明顯大于負速度區，最大的正速度中心為27m/s。07：47后連續7個體掃徑向速度圖都觀察到中氣旋的存在,08:05該中氣旋才消失，表明這是一個成熟的中-r尺度的氣旋，整體向右移動。

4 垂直液態水含量產品(VIL）

在短時預報中VIL是一個很重要的參數，其值越高，出現災害性天氣的可能性越大。此次冰雹過程中，VIL值在07：20分為45kg·m2，07：26分增加到 64kg·m2，VIL 快速躍增，6min 增加 19kg·m2，07：32分為 65kg·m2，07：45達到了最強，為 71kg·m2，隨后10min內，地面下了小冰雹并伴有大風，之后VIL值迅速減弱，08：20分，最強僅為 45kg·m2，減小了 26kg·m2，和實況比較，VIL快速躍增的過程就是冰雹快速生長的過程，此過程時間短，一般不超過1h，本次過程僅僅為30多分鐘。

圖4 7月23日07:32分垂直液態水含量

根據冰雹概率指數預報方程，在07：20分，=0.20+0.20+0.20+0.20+0.20=0+0+0.2+0+0.2=0.4,沒有達到0.6的閾值；在07：26分，由于VIL值急增，=0+0+0.2+0。2+0.2=0.6；此時可立即發布冰雹預警，實況在07：55分下了冰雹。可以提早半個小時做出預警。

5 結語

5.1 降雹過程開始前都已經具備了強的位勢不穩定層結和一觸即發的不穩定能量。高層為干冷平流并且降溫降濕、低層增溫增濕。這種溫度場和濕度場的差動平流建立和加強有利于位勢不穩定層結的形成并觸發位勢不穩定能量的釋放。而從高層到低層上干下濕，干層厚度明顯大于濕層厚度，且850hPa、700hPa的切變線和500hPa的槽線呈迭加形勢，從而上升氣流的加大，更有利于形成大的冰雹。

5.2 在速度特征圖上，此次冰雹過程與逆風區、大風區、輻合區相對應；零速度線大多表現為“S”型，并且在中低層有切變線配合存在。“三體散射”是強降雹的充分非必要條件，“三體散射”的出現為判斷降雹開展服務提供了重要的依據。

[1]李新麟．CINRAD/CC對一次冰雹過程的探測分析．應用氣象學報，2001，18（7）：317-328.

[2]俞小鼎,姚秀萍,熊廷男,等.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京:氣象出版社,2006:93-9.

[3]俞小鼎、姚秀萍等．多普勒天氣雷達原理與業務應用.北京:”氣象出版社,2006,1.