2018年5月20日局地冰雹回波特征分析

彭 莎，馬中元，陳鮑發，張 萍，桂園園

(1.鷹潭市氣象局，335000，江西，鷹潭；2.江西省氣象科學研究所，330046，南昌；3.景德鎮市氣象局，333000，江西，景德鎮)

0 引言

進入2018年，江西強風雹天氣趨于嚴重，3月4日、3月15日、4月5日、5月6日、5月18日均出現了區域性的風雹天氣過程，呈現出頻率高、強度大的總體特征。5月20日，遂川、上高等國家站出現雷暴大風，同時目擊者報告有多處冰雹記錄。

對于江西的強風雹天氣，許多專家均有研究。馬中元[1-5]等研究了江西對流風暴的9種觸發系統與形成機制，指出在雷達回波上表現為南北走向的回波帶結構，回波強度≥50 dBZ、“指狀”“弓狀”“前伸”“TBSS”和假象回波結構為局地風雹云特征。許愛華[6-9]等從天氣形勢與云型特征進行了分類，并提出了相應的預報指標。朱乾根[10]等在理論上對強對流天氣產生的機制與對流參數特點進行了系統性申述。俞小鼎[11]等從多普勒雷達理論與應用實例對強對流天氣的成因與特征進行了系統性的總結。這些均為此次強風雹天氣過程提供了理論依據與參考。

本文將使用Micaps常規資料和江西WebGIS雷達拼圖平臺上的雷達回波資料，分析5月20日強天氣過程，以期找出強對流天氣的成因及WebGIS雷達拼圖上的冰雹預警指標。

1 災情與天氣概況

表1是5月20日江西省重要天氣報的內容，強天氣以雷暴大風為主，分布在國家站(縣站)上，而在區域站上出現了更多的雷暴大風、強降水等天氣。局部冰雹沒有記載，依靠當地志愿者記錄到的冰雹視頻為依據，如：撫州市金溪縣滸灣鎮15:10冰雹、撫州市宜黃縣黃陂鎮19:50冰雹、新余市峽江縣交界18:10冰雹、宜春市豐城縣鐵路鎮19:10冰雹等。

表1 2018年5月20日江西省重要天氣報記錄表

5月20日08:00(圖1)，從850～500 hPa贛中、贛南均為高壓脊控制，僅贛西北受925～850 hPa的切變線影響。導致贛中、贛州中午以前以晴為主，特別是贛州附近氣溫上升迅速，14:00前后，贛州市附近的氣溫已升至35～37 ℃。而此時低層925～850 hPa的切變線逐漸南壓，500 hPa低槽東移，高層200 hPa在江西中部有明顯分流區，在低槽前部，地面倒槽形成的輻合線與低層切變線交匯之處，動力抬升加上好的熱力條件，出現強雷電、大風、冰雹等強對流天氣。

圖1 2018年5月20日08:00天氣系統配置圖

從08:00南昌探空圖可以看到(圖2)，有“上干下濕”的濕度結構。

圖2 2018年5月20日T-logP(a)08:00(c)20:00和V-3θ(b)08:00(d)20:00圖

南昌層結很不穩定，沙氏指數(SI)08:00為-3.54 ℃，K指數38 ℃；至20:00，不穩定還在繼續發展，(SI)降至-4.12 ℃，K增到42 ℃，按天氣學原理[10]，(SI)在-3 ℃以下時，由于空氣極不穩定，極易出現強風暴等強對流天氣。K指數在5月份達40 ℃以上，表明不穩定能量較大。T850～500hPa達26～27 ℃，即有較強的溫度遞減率；Td(850hPa)達16～19 ℃，水汽充沛。底層為弱的偏東風，中層500 hPa由08:00時8 m/s的西南風增至20:00時16 m/s的西南風，即風垂直切變明顯增強。強風垂直切變，增強了風暴的抽吸作用，導致上升氣流增強，是冰雹發生的重要條件之一。同時，V-3θ上，08:00—20:00在200 hPa附近，超低溫在發展，20:00時200 hPa出現了“陡直”的超低溫現象結構，表明高層變冷，對強對流天氣發展有利。

從以上分析看到，弱脊導致的贛中、贛南在5月20日上午氣溫上升明顯，增強了這些地區的熱力不穩定等熱力條件，而空氣極不穩定、風垂直切變增強，在低槽、低層切變線與地面倒槽等動力抬升機制的觸發下，不穩定能量釋放，強雷電、大風、冰雹等強對流天氣隨即發生。

2 冰雹回波特征

2.1 撫州市金溪縣滸灣鎮冰雹

2018年5月20日15:10左右，有志愿者記錄，在撫州市金溪縣滸灣鎮出現冰雹。從冰雹發生前后的WebGIS回波拼圖上可以看到(圖3)，是由小塊對流單體發展、壯大導致。14:30在七里崗附近有小塊對流單體生成，14:40強度增至40 dBz以上，14:50強回波面積明顯增大，15:00出現60～65 dBz回波(粉紅色)，且40 dBz以上面積繼續迅速增大，東側與東南側60～65 dBz的強回波(粉紅色)與30～35 dBz(黃色)回波之間的梯度增強，回波中心有少量紫色回波(65～70 dBz)出現。15:10，粉紅色強回波面積達最大，冰雹產生。15:20，粉紅色回波面積有所縮小，中心紫色回波(65～70 dBz)消失，15:30回波強度大部降至60 dBz以下。

圖3 2018年5月20日撫州市金溪縣滸灣鎮冰雹回波特征圖

此次冰雹由回波單體迅速發展導致，從逐10 min回波圖上看到，幾乎每過10 min強回波范圍就增加1倍以上，至60～65 dBz的強回波(粉紅色)的面積最大時出現冰雹。與同時的強回波相比，也有少量的60～65 dBz的強回波在不同的回波塊中出現，但面積較15:10發生冰雹時小。根據計算，冰雹發生時60～65 dBz強回波面積達10 km×10 km以上。

2.2 撫州市宜黃縣黃陂鎮冰雹

19:50，撫州市宜黃縣黃陂鎮出現冰雹，從WebGIS回波拼圖上看到(圖4)，由塊狀強回波突然增強導致。19:00在黃陂鎮及其西南角有2塊回波，中心強度均在50～55 dBz。19:10，西南角的回波中心有60～65 dBz(粉紅色)點出現。19:20，黃陂鎮的回波強度與面積明顯減弱，而在西南角塊狀回波中的西北方向有60～65 dBz(粉紅色)發展，19:30，小塊60～65 dBz回波(粉紅色)又移到東南角，此時原黃陂鎮的回波強度進一步減弱，至19:40該塊回波整體強度降至35 dBz以下。19:50西南方向的塊狀回波在移到黃陂鎮時，粉紅色回波面積突然增大，據計算達5 km×5 km附近，冰雹降落。20:00，回波強度整體降至55 dBz或以下。

圖4 2018年5月20日撫州市宜黃縣黃陂鎮冰雹回波特征圖

從宜黃冰雹的回波圖中看到，出現冰雹時60～65 dBz強回波面積較小(粉紅色)，未達到典型冰雹出現時的強回波范圍(10 km×10km)。強回波生消快，從60 dBz以上強度降至30 dBz以下，不到20 min，預報難度大。

2.3 新余市峽江縣交界冰雹

18:00，新余市峽江縣出現冰雹，也由小塊單體迅速發展導致(圖5)。17:40，在峽江縣的西面硯溪鎮有小塊對流回波生成，10 min后，回波迅速增強，強度達60～65 dBz，18:00，60～65 dBz強回波面積達10 km×10 km以上，回波中心出現65～70 dBz回波核(紫色)，冰雹產生。之后，18:10-18:20回波核(紫色)一直存在，在60～65 dBz強回波覆蓋的部分地區伴有冰雹天氣。18:30，回波核(紫色)消失，60～65 dBz強回波范圍縮小；之后，直到19:00強回波區(粉紅色)消失。

圖5 2018年5月20日新余市峽江縣交界冰雹回波特征圖

從峽江縣冰雹來看，60～65 dBz強回波面積達10 km×10 km以上，回波中心出現65～70 dBz紫色回波核，冰雹產生。由于65～70 dBz(紫色)強回波核面積較大，強天氣持續時間也較長。

2.4 宜春市豐城市鐵路鎮冰雹

19:10，豐城市鐵路鎮冰雹，同樣由小塊單體迅速發展導致(圖6)。18:30，鐵路鎮有對流單體生成，10 min后，單體強度發展至50～55 dBz。18:50，回波單體中有7成(粉紅色)強度達60～65 dBz，20 min后的19:10，60～65 dBz面積明顯增大(粉紅色)，達10 km×10 km左右，中心出現65～70 dBz回波核(紫色)，冰雹出現。19:20，回波核面積(紫色)縮小，19:30回波強度降至60 dBz以下，冰雹過程結束。

圖6 2018年5月20日宜春市豐城縣鐵路鎮冰雹回波特征圖

從豐城冰雹來看，60～65 dBz(粉紅色)面積明顯增大，達10 km×10 km左右，且中心出現紫色回波核，冰雹降落。其強回波持續時間弱于峽江冰雹，但明顯長于宜黃冰雹，與60～65 dBz面積(粉紅色)大小有關，同時與65～70 dBz回波核(紫色)所占強回波面積比例有關，面積越大、比例越大，強回波維持時間越長。

3 結論與討論

使用Micaps常規資料和江西WebGIS雷達拼圖平臺上的雷達回波資料，分析5月20日強天氣過程，得到以下結果。

1)5月20日上午贛北、贛中的弱脊，導致日照增溫，為此次過程提供了極好的熱力條件。同時層結處極不穩定狀態，風垂直切變逐漸增強，不穩定能量加大，水汽充沛，在低層切變線與地面倒槽等動力抬升機制的觸發下，不穩定能量釋放，導致出現強雷電、大風、冰雹等強對流天氣。

2)5月20日冰雹天氣大部由小塊單體迅速發展導致，其發展模式表現為強度迅速增強，范圍在10 min中增大1倍以上，當回波強度達60～65 dBz，且60～65dBz范圍達到10 km×10 km附近，且有65～70 dBz的強回波核(紫色)時，冰雹出現。

3)60～65 dBz強回波范圍越大，中心紫色強回波核占強回波比例越大，強風雹維持時間就越長。位于塊狀回波內的生消較快、面積較小的強中心(60～65 dBz)，也可能出現局地冰雹，但強風雹維持時間短，預報難度也大。