2017年8月8日華北地區冰雹天氣的雷達回波特征和衛星云圖分析

曲婧琦

新巴爾虎右旗氣象局，內蒙古新巴爾虎右旗 021300

我國華北地區常年遭受冰雹災害，對農業、電力、交通產生了極大的危害，對我國經濟造成了極大的損失，通過分析了解冰雹發生的原因，可以更準確地預報冰雹天氣，提前預防各種風險，對減少氣象災害的影響具有重要的意義。多普勒天氣雷達、氣象衛星探測數據是業務上強對流的主要監測手段，可以實時連續監測，能了解強對流發展的過程，當滿足一定條件時，就能夠判斷會產生冰雹等強對流天氣，再通過外推法就可以判斷未來哪個區域下冰雹[1]。

1 天氣概況

2017年8月8日08:00～16:00全國只有銀川出現冰雹，截至20:00全國有5個區域出現冰雹，都位于華北地區，分別為山西北部和中部、陜西北部、遼寧西南部、北京和西安東部，且冰雹直徑都大于10 mm。此次華北地區冰雹主要是發生在8日20:00左右，冰雹過程具有范圍廣、強度強的特點。

2 環流背景

冰雹發生前期，500 hPa高度場上，我國氣壓場呈南高北低態勢，華南地區被副高占據，長江中下游、華北地區多短波槽活動，中高緯度地區為低值系統活動區，東北地區為冷渦活動區，冷渦中心位于黑龍江北部，冷中心位于蒙古國東部，溫度場落后于高度場，東北冷渦向南延伸的槽線位于黑龍江、吉林、遼寧中部，在河南東部地區存在一短波槽，華北地區出現冰雹的區域上空溫度場和高度場有很大的夾角，華北地區上空有較強的冷平流，風向以西風或者西北風為主，天氣形勢不穩定，有中尺度觸發系統即可誘發強對流。850 hPa風場上，東北冷渦對應的低值系統位于黑龍江中部，華北地區為弱風區域，平均風速為6 m/s左右，華北的北部內蒙古地區有8 m/s的北風，內蒙西部為8 m/s的西北風，山西、河北南部地區風速為3 m/s左右，在這一區域有一定的風速輻合，有利于對流的觸發，在溫度場上，冰雹發生的華北地區為暖中心，溫度在20℃以上，具有較好的熱力條件，能夠為對流提供較好的能量支撐。

3 雷達拼圖分析

由圖1可知，應用華北區域雷達拼圖對這次冰雹天氣進行分析可以看出，2017年8月8日19:00～20:00華北東部地區有零散回波逐漸增強，原因可能是能量充沛，而且地面有中尺度輻合系統，綠色為降雨區、紅色為雷雨區，冰雹云系加厚，區域也擴大，水汽條件更加充足，更加有利于冰雹云的形成，華北地區多處有雷雨，華中地區有2條對流帶，由冷空氣觸發，導致華中地區降雹，并且在此前一晚的暖濕氣流持續北上，與中國西部的對流層中層的干冷空氣相交，導致華北地區出現冰雹天氣[2]。

3.1 冰雹形成時的雷達回波特點

由8日19:00雷達拼圖可以看出，華北地區多處對流云旺盛，其中華北西部回波分布零散，而東部較為密集，20:00左右除秦皇島地區其他地區仍有明顯回波（圖1）。

3.2 冰雹形成時的雷達回波的移動

19:00，雷達回波出現在張家口南部、晉中、臨汾、秦皇島等地區（圖1a）。20:48，張家口南部、晉中、臨汾秦皇島處的回波消失并且分別移動至北京、邢臺、長治地區，整個華北地區的回波東移，在移動的過程中不斷有新的單體加入（圖1d）。

3.3 冰雹形成時的雷達回波的強度

19:00呼和浩特西部、張家口南部、保定北部、秦皇島及其南部、晉中和臨汾鏈接地帶、渭城南部、有較為強盛的雷達回波且均在45 dBz以上，整個華北東部回波較強，華北西部較為微弱。19:30，北京和寶雞的回波加強，且均在45 dBz以上（圖1b）。20:00左右華北東部的回波仍大于華北西部（圖1c、圖1d）。

4 衛星云圖分析

4.1 冰雹形成時的可見光圖像分析

在8日00:00可見光云圖中，華北上空伴有大量明亮的云團，多數呈現絲縷狀，雖然該云團紋理較為清晰，但云厚度較小，云中含水量較少，所以不足以提供產生冰雹的條件（圖2a）。直到18:00華北地區云團變化較大，云團增厚，含水量增多，整塊區域紋理清晰，邊界光滑，華北東部的云團呈橢圓狀，結構緊密范圍較廣，云頂亮度低，為本次降雹創造了良好條件（圖2b）[3]。

圖2 2017年8月08日00:00（a）、18:00（b）可見光衛星云圖

4.2 冰雹形成時衛星云圖中的水汽和云頂溫度分析

衛星水汽圖像能夠反映出整層大氣的水汽散布狀態，氣象衛星有3個不同波長對大氣整層水汽進行觀察。衛星輻射權重函數表示不同高度大氣層對到達衛星總輻射的貢獻比例，它能反映出垂直方向上懸浮在大氣中的水汽對輻射貢獻的相對大小，但是它不能反映地球表面對輻射率所做貢獻的大小。從不同波長整層大氣貢獻率來看，不同的波長，不同層次大氣對其貢獻率不同，即不同的波段能夠觀測不同大氣高度的水汽含量（圖3）。7.3 μm波長通道觀測的大氣輻射中，550 hPa左右的大氣對其貢獻最大；6.9 μm波長通道觀測的大氣輻射中，450 hPa左右的大氣對其貢獻最大；6.2 μm波長通道觀測的大氣輻射中，350 hPa左右的大氣對其貢獻最大。

圖3 衛星輻射權重函數

在圖4a中，6.2 μm通道水汽最大權重函數位于350 hPa，主要觀測對流層上層的水汽情況，在8日14:00冰雹發生前，華北地區有一東西向狹長的深色區域，表示華北地區上空存在很干的空氣，在對流層大氣中，干空氣能夠造成空氣中水汽蒸發，水汽蒸發吸熱，使得干區附近溫度較周邊低，即對流層上層干區也存在冷區。6.2 μm通道上的干區表示華北地區對流層高層有干冷空氣侵入，干冷空氣的侵入往往能夠增強整層大氣的不穩定性。在圖4b中6.9 μm通道水汽圖上，華北上空的干區強度下降，并伴有下沉運動，表明在450 hPa左右的大氣層中存在微弱的水汽；圖4c中，在7.3 μm通道的水汽圖上，華北上空水汽含量進一步增加。

圖4 2017年8月8日14:00 6.2 μm（a）、6.9 μm（b）、7.3 μm（c）通道水汽圖

以上分析表明，在冰雹發生前，華北地區上空對流層上層有干冷空氣侵入，對流層中層水汽較為豐富，這種上干冷下暖濕的大氣層結條件有利于不穩定能量的釋放，進而產生較強的對流。

在 圖5a中，8日11:20衛 星 云 圖上，華北北部地區有一片高溫區域之中存在溫度低于-30℃的云區，這些云區中間存在面積很小的云頂溫度-50℃左右的對流中心。以上分析表明，8日11:20左右，華北北部的對流云團已經開始發展。在圖5b中，月8日18:30華北地區呈遍地開花態勢，云圖上華北地區較多區域（藍色區域）溫度小于-50℃，且數量和面積較11:20有大幅度增加，表明這一時間華北地區對流云團得到較大發展，并且向南侵入山西河北地區，這與華北地區降水冰雹實況相符。

圖5 2017年8月8日11:20（a）和18:30（b）云頂亮溫圖

5 結論

（1）雷達拼圖中表現得非常明顯，中尺度輻合系統的充沛能量使零散回波逐漸增強，為冰雹天氣創造了良好的條件。而雷達回波強度的演變有時還要考慮地形的影響，在平原地區，強對流移動方向和速度不會發生太大變化，所以影響整個華北地區降雹的系統由西到東逐漸平移。

（2）在衛星云圖中，大面積強烈的對流云團，結構由散亂到緊密，外部邊緣逐漸清晰，存在云頂溫度-50℃左右的對流中心，這表明了云體內部垂直運動旺盛，對流云團強烈的發展是冰雹天氣的重要因素。