一次冰雹過程成雹機理的數值模擬

祁 蕾

（興安盟氣象局，內蒙古 烏蘭浩特 137400）

1 冰雹云模擬概況

本文所用模式為IAPCSM3D。模式計算域為36 km×36 km×12 km，水平格距為 1．0 km，垂直格距為 0．5 km，模擬域可隨風暴質心移動。模擬2006年8月14日發生在湖北省保康縣的一次強對流天氣的雷達反射率，根據多普勒雷達探測資料觀測的實際的雷達回波中心強度，高度以及回波頂高分別為55 dBz，5 km，10 km。模擬所得的雷達回波中心強度，高度以及回波頂高分別為60 dBz，6．5 km，11 km。可見，模擬所得的冰雹云的雷達回波中心強度，高度以及回波頂高等與實測回波基本符合。通過模擬得到的最大冰雹含水量為 2．5 g/m3。

2 冰雹云的演變過程

2.1 氣流場的分析

從第1 min開始出現上升氣流，上升氣流的速度不斷增大，在開始階段上升氣流在冰雹云內的分布是對稱的。9 min時出現速度為2 m/s的下沉氣流，上升氣流的速度繼續增大，下沉氣流的速度也在不斷增大，在15 min時下沉氣流速度達到最大值為6 m/s。22 min時，最大上升氣流速度達到最大，為18．5 m/s，最大下沉氣流速度為5 m/s。22 min之后雹云發展強盛，底層輻合增強。從28 min開始上升氣流速度減小，上升氣流逐漸減弱，底層輻散氣流逐漸增大，第30 min時，底層輻散系統達到最大，云中基本為下沉氣流控制，云體逐漸減弱直至消散。

2.2 總含水量的分析

第6 min開始出現最大含水量為1 g/m3，中心位置達3．5km。云頂高度4．5 km。含水量范圍不斷擴大，中心含水量數值不斷增大，云頂高度逐漸升高。12 min時，云頂高度達6km，總含水量的最大值為 2．5g/m3，中心位置達 4．5km。16 min時，云頂高度達7．5 km，總含水量的最大值為5g/m3。中心位置達5 km。含水量的范圍繼續擴大，云頂高度逐漸升高。20 min時，云頂高度達8 km，總含水量的最大值為5 g/m3。中心位置達5．5km。21min，最大含水量達到最大值為10 g/m3，云頂高度達 9．5 km，中心位置達 5．5 km。中心高度在0℃（6 km）附近，變化較小。云頂高度繼續增高，含水量范圍逐漸減小。24 min時，云頂高度達11．5 km，達到最大值，總含水量的最大值為7 g/m3。中心位置達4．5 km。含水量范圍繼續減小，云頂高度下降，含水量的范圍逐漸集中在地面。28 min時，云頂高度達5 km，總含水量的最大值為5 g/m3。中心位置達1 km。總含水量逐漸減小，含水量范圍主要集中在地面，直到38 min含水量徹底消失。

2.3 云水含量的分析

14min之前含水量范圍變化小，中心高度變化較小，大致位于4.5 km，中心值不斷增大。14，15min時含水量中心值達到最大為4g/m3，中心位置為4．5km。之后中心值減小，中心高度升高。分析云水含量和最大上升氣流隨時間的變化可知，云水含量隨時間的變化與上升氣流最大值隨時間的變化較為一致。

2.4 雨水含量的分析

21min至23min含水量中心產生多個，但持續時間不長。24 min時，中心位置達6 km，含水量的最大值為1．5 g/m3。含水量范圍逐漸較小。28min時，中心位置達5．5km，含水量的最大值為0．1g/m3。最大雨水含量中心位置基本保持不變，最大含水量先增大后減小，20 min增大到最大值，31 min雨水徹底消失。在整個模擬過程，云內雨水基本位于0℃以上。

3 冰雹胚胎的分析

3.1 粒子含水量的分析

（1）凍滴含水量的分析

凍滴含水量最早出現在16 min，中心值為0．01 g/m3，中心高度為7 km，含水量的范圍隨著時間不斷擴大，含水量的中心值增大。19min至22min出現兩個含水量中心。在20 min時，凍滴含水量中心值達到最大為5 g/m3，中心高度約為6 km。另一個含水量中心值為2．5 g/m3，中心高度為7．5 km。含水量的范圍繼續擴大，含水量中心值逐漸減小。24 min時，凍滴含水量中心值達2 g/m3，中心高度達6 km。26 min時，含水量的范圍開始減小。 28 min時，凍滴含水量中心值達1 g/m3，中心高度達5.5km。32min時，凍滴含水量中心值達0.5g/m3，中心高度達5 km，含水量的范圍繼續減小，中心值不斷降低，直至第40min時完全消失。

（2）霰含水量的分析

霰含水量最早出現在15 min，中心值為0.01 g/m3，中心高度為7km，含水量的范圍隨著時間不斷擴大。在32 min時，霰含水量中心值達0.1g/m3，中心高度達8 km。之后，含水量范圍逐漸減小，中心高度不斷降低，直至48 min徹底消失。霰的含水量在整個發展過程中變化較小，中心含水量變化范圍較小。

（3）冰雹含水量的分析

冰雹含水量最早出現在17 min，中心值為0.1 g/m3，中心高度為6.5 km，含水量的范圍隨著時間不斷擴大。在21 min時，出現兩個含水量中心，冰雹含水量中心值達最大為2.5 g/m3，中心高度達6.5 km，另一個含水量中心值為1 g/m3，中心高度為7.5 km。22 min-23 min均出現兩個含水量中心。在24 min時，冰雹含水量中心值達1 g/m3，中心高度達7.5 km。地面附近開始出現冰雹，地面附近冰雹含水量逐漸增大。在28 min時，冰雹含水量中心值達0.5 g/m3，中心高度達5 km。在32 min時，冰雹含水量中心值達0.1 g/m3，中心高度達4.5 km。地面附近冰雹含水量減小。直至38 min冰雹完全消失。

4 冰雹形成和增長過程的分析

冰雹形成后首先通過撞凍過冷雨水（CLrh）和碰并凍滴（CLfh）來增長。冰雹撞凍過冷雨水（CLrh）增長過程在21 min達到峰值，冰雹碰并凍滴（CLfh）增長過程在20 min時達到峰值，隨著云中過冷雨水迅速減少，冰雹撞凍過冷雨水（CLrh）增長過程也很快地減弱。冰雹碰并凍滴（CLfh）增長過程也很快減弱。之后冰雹通過撞凍云滴（CLch）繼續增長。由冰雹增長過程的質量產生率的變化曲線可知，冰雹主要通過冰雹撞凍過冷雨水（CLrh）和冰雹撞凍云滴（CLch）增長形成。即冰雹主要通過撞凍過冷水增長。