黑龍江省一次降雹過程的多尺度分析

鄭　凱，張　微（黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱150030）

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黑龍江省一次降雹過程的多尺度分析

鄭凱，張微
（黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱150030）

摘要：本文選取2015年6月20日一次冰雹過程，對這次降雹過程進行多尺度的分析，分析了降雹的成因及各物理量的特征，研究表明：冷暖空氣交匯是導致這次降雹的主要原因，此次降雹雷達回波具有較典型的冰雹云回波特征，研究垂直累積液態水發現，在降雹前垂直累積液態水（VIL）值發生了躍增，最大值達到50-60 kg/m2，隨著降雹的發生出現了躍減，下降幅度達30-40 kg/m2，降雹后緩慢降低至10 kg/m2以下。

關鍵詞：冰雹;多尺度分析;垂直累積液態水含量（VIL）

1　引言

冰雹災害是由強對流天氣系統引起的一種強烈的氣象災害，它出現的范圍較小，生命史比較短，但來勢兇猛、強度大，并常常伴有狂風、強降水、急劇降溫等災害性天氣過程。黑龍江省地形復雜，特定的地理環境條件造成了冰雹災害天氣的頻繁發生[1]。2015年中央臺監測顯示出現冰雹日為24 d，且6月份出現冰雹次數最多，為11 d占總天數的45.8%，與歷史統計的冰雹月際變化是一致的。而6月份正值黑龍江省農作物的生長關鍵期，因此對冰雹預報、監測及預防是極為重要的。本文選取6月份一次較典型的冰雹個例，對這次冰雹過程進行多尺度的分析，從大尺度天氣形勢到中尺度分析，再到小尺度雷達觀測等分析了這次降雹成因及其特點，為黑龍江省進一步研究冰雹發生及人工防雹提供一定的科學依據。

2　天氣背景及降雹實況

受脊前冷空氣不斷下滑的影響，2015年6月20 日15時-15時02分在雙鴨山市寶清縣境內出現了一次降雹過程，冰雹的直徑為5-10 mm，降雹時間較短、范圍較小，未給附近農作物帶來危害。由觀測降雹時段內6 h雨量可知，在14-20時6 h降水量為22 mm，降雹同時并伴有短時強降水和大風天氣。

3　降雹日中尺度分析

圖1　2015年6月20日08時高空中分析圖

圖2　2015年6月20日14時地面中分析圖

圖1為08時高空實況中分析圖，可以看到黑龍江省大部地區受暖脊控制，低層濕度條件較差，中高層黑龍江省東北部地區濕度條件較好，同時在東北方向有一股冷空氣不斷下滑影響東北部地區，冷暖空氣在東北部地區出現了交匯。圖2為14時地面實況中分析圖，從圖中可以看到，14時地面濕度條件較差，在黑龍江省偏東部地區出現了輻合線，存在一定的動力條件，從天氣現象分布也可以看到在輻合線附近地區出現了陣雨天氣。綜合分析，影響此次降雹的條件主要是熱力條件，中高層的冷濕空氣與低層暖空氣的交匯促發對流的形成，是這次產生降雹的主要原因。

4　衛星云圖分析

由12-17時衛星紅外云圖（圖略）可知：正午時黑龍江省東部地區已有零散云分布，云頂高度較低。13時位于黑龍江省東北角的云團迅速發展，云頂變高，且云團水平尺度也有所增加，14時云團進一步發展，云頂繼續增高且云團水平尺度迅速增大，達到50-80 km，云團呈較規則的橢圓形，15時云團已經達到成熟時期，云團水平范圍較之前有所擴大，但已呈不規則形狀，并且可以看到局部云頂高度較之前也有所下降，16時云團水平尺度變小，云頂高度也隨之變低，此時云團已處于消散階段，17時之前對流云團已經基本消散。從12-17時云團的移動變化可以看到：13-14時為云團的發展階段，此階段云團水平尺度不斷擴大，同時云頂高度不斷增高；15時云團為成熟階段，此時云團發展已達到頂峰時期，而后云團開始減弱；在整個過程中云團整體不斷向東南方向移動，移動速度約為20 km/h。利用衛星資料反演得到云頂高度（圖略），在對流云團的發展階段，發展初期云頂高度在8-10 km，到15時云頂高度可達到12-14 km，隨著冰雹的降落即15時以后云團逐漸減弱，云頂高度也隨之降低，16時云團云頂高度最大值在9-10 km，隨后17時云頂高度最大值為7-8 km，隨著云團逐漸減弱云頂高度也隨之降低。

圖3　2015年6月20日15:00時冰雹云雷達回波PPI與RHI（單位:dBz）

5　雷達資料分析

5.1雷達組合反射率特征分析

14時43分對流云云帶由許多小的對流單體組成，隨著時間推移小的對流單體開始合并，14時54分合并成一個較大的對流云團，而后繼續發展加強，從14時54分-15時的雷達回波（圖略）可以看到，此階段對流云團形狀較為規則，回波較強，強回波中心（＞45 dBz）范圍在10-20 km，最大回波值達到60-65 dBz，15時后強回波開始減弱，強回波范圍也逐漸縮小，從15時05分可以看到此時強回波范圍有所減小，回波最大值也降低至55-60 dBz，隨著降雹的發生雷達回波也有所減弱。

5.2雷達回波垂直剖面特征分析

為了進一步研究冰雹云的結構特征，選取對流云發展最旺盛的時刻進行剖面分析，前面云圖分析已知對流云帶沿著東南方向移動，為了更好分析冰雹云結構特征，沿著云帶移動方向及垂直于云帶移動方向各作一剖面，剖線位置如圖3(a)所示。圖3(b)為沿直線AB向的剖面，可以看到強回波（＞45 dBz）高度已經達到9 km，強中心超過了60 dBz，且強中心處于中空（強中心不接地）。圖3(c)為沿直線CD向的剖面圖，可以看到沿著垂直于云帶移動方向強回波高度（＞45 dBz）也已經達到9 km，強中心＞60 dBz且處于中空，同時可以看到強回波（＞55 dBz）的區域發生了傾斜，向西南方向傾斜，此時也是對流發展的成熟時期，而后出現了降雹。從雷達回波的PPI、RHI分析可得，這次降雹冰雹云具有較典型的冰雹云雷達回波特征[2]。

5.3垂直累積液態水（VIL）分布

垂直累積液態水含量(Vertically Integrated Liquid water, VIL)作為一種新的預報因子最早由Greeneet al.[3]提出。20世紀80年代以后，VIL已經成為美國天氣雷達判別強對流天氣造成的暴雨、暴雪和冰雹等災害性天氣的一種有效工具[4]。

在降雹前后垂直累積液態水分布發生了明顯的變化，從14時43分可以看到對流云之前是有許多小的單體組成，隨著時間單體逐漸合并并發展，15時發展到最強盛時期，垂直累積液態水達到峰值，約為50-60 kg/ m2，降雹后急劇下降，下降至20 kg/m2左右，下降幅度達30-40 kg/m2，而后開始緩慢下降，降低至10 kg/m2以下?？偨Y垂直累積液態水的變化可得：在降雹前垂直累積液態水（VIL）不斷增加，在降雹前出現躍增達到峰值，降雹開始時間與VIL下降時間基本一致，隨著降雹的發生，VIL急劇下降，下降幅度較大，降雹后逐漸減小。

本次研究發現降雹前后垂直累積過冷水變化存在一定的規律性，國內也有一些人把VIL作為判別冰雹的工具之一[5-6]。但本次研究只是一個個例，不具備普遍適用性，因此對于VIL的研究和應用仍需進一步的努力，這對冰雹天氣的短時臨近預報以及對冰暴災害的防御有重要指導意義。

6　結論與討論

（1）影響此次降雹的條件主要是熱力條件，中高層的冷濕空氣與低層暖空氣的交匯促發對流的形成，是這次產生降雹的主要原因，但由于動力、濕度條件一般，因此降雹范圍較小，持續時間較短，未帶來農業災害。

（2）分析云圖資料可知：冰雹云發展、成熟期云頂較高，可達到12-14 km，隨著降雹的發生，云頂高度開始下降。

（3）此次降雹，雷達回波顯示最強回波值達60-65 dBz，強回波頂高達到9 km，且強中心處于中空（強中心不接地），具有較典型的冰雹云回波特征。

（4）在降雹前垂直累積液態水（VIL）不斷增加，在降雹前出現躍增達到峰值，為50-60 kg/m2，隨著降雹的發生，垂直累積液態水含量（VIL）急劇下降，下降幅度達30-40 kg/m2，降雹后逐漸減小。

（5）本次研究發現降雹前后垂直累積過冷水變化存在一定的規律性，但本次研究只一個個例，不具備普遍適用性，因此對于VIL的研究和應用仍需進一步的努力，這對冰雹天氣的短時臨近預報以及對冰暴災害的防御有重要指導意義。

參考文獻

[1]那濟海,張晰瑩.黑龍江省預報技術手冊,2013:85-86.

[2]張晰瑩,那濟海,張禮寶等.新一代天氣雷達在臨近預報中的分析與應用[M].北京:氣象出版社,2008:57-62.

[3]Amburn S A, P L Wolf.VIL density as a hail indicater[J].Weather Forecas ting,1997,12(2):473 -478.

[4]胡明寶,高太長,湯達章.多普勒天氣雷達資料分析與應[M].北京:解放軍出版社, 2000:146 -150.

[5]付雙喜,安林,康風琴.VII在識別冰雹云中的應用及估測誤分析[J].高原氣象,2004, 23(6):810 -814.

[6]付雙喜,王致君,陳乾等.甘肅中部一次強對流天氣的多普勒雷達特征分析[J].高原氣象, 2006,25(5):932 -941.

第一作者簡介：鄭凱（1960-），男，福建省福州市人，解放軍防空兵指揮學院，本科生，高級工程師.

收稿日期：2016－1－1

文章編號：1002－252X(2016)01－0025－03

中圖分類號：P458.1+21.2

文獻標識碼：A