滇西南一次冬季降雹過程C波段雷達資料分析*

2023-10-11 13:55:00楊秀平

海峽科學 2023年8期

字冉孔震李志楊秀平劉可

(1.西雙版納州氣象臺,云南西雙版納傣族自治州 666100;2.西雙版納州氣象科技服務中心,云南西雙版納傣族自治州 666100;3.西雙版納州人工影響天氣中心,云南西雙版納傣族自治州 666100)

0 引言

云南省地處低緯高原地區,受西南暖濕氣流影響,全年各月都有冰雹發生,主要集中在2—5月,占全年冰雹日數的58.1%,最多月份為4月,月平均13天[1]。滇西南是冰雹發生最頻繁區域,集中出現在春冬季節,占總降雹日數的90.9%,主要降雹時間出現在午后至傍晚,時間尺度1～30min,約80%的降雹是在10min之內完成[2]。

近年來,冬季冰雹在滇西南地區多發,造成民房、農作物、市政設施等不同程度受災,經濟損失嚴重。2012年12月26日、2013年2月3日、2015年1月11日、2018年12月9日和2022年1月19日,受南支槽影響,滇西南地區的景洪市、勐海縣和勐臘縣部分鄉鎮午后至傍晚時段出現降雹,造成多個村受災。其中,2015年1月11日19時15分至23時左右的降雹過程持續時間長、范圍廣、冰雹顆粒大,聚集在地面15～20cm厚,受災31個村民小組6095人,844hm2經濟作物受損,直接經濟損失2015萬元。滇西南地區的普洱市近年亦頻繁受到冬季雹災的影響。2017年2月2—3日,江城縣、寧洱縣和景谷縣先后出現冰雹等強對流天氣,其中2月2日22時45—55分,江城縣城氣象觀測站觀測到冰雹最大直徑為19mm,平均重量為2.2g。3日16時38—43分,寧洱縣氣象局縣城測站出現冰雹等強對流天氣,其中冰雹最大直徑為30mm,造成蔬菜、烤煙、咖啡、民房等不同程度受損。2021年12月31日02—05時,孟連縣勐馬鎮、公信鄉局地出現冰雹天氣,持續時間20min左右,冰雹大小約10mm左右。2021年12月23日23時—24日0時、24日02—03時,思茅區云仙鄉降冰雹,造成農作物、房屋受雹災。2022年1月19—20日,普洱、版納、文山、玉溪等多地先后出現雷暴、冰雹、大風和短時強降水等強對流天氣,冰雹最大直徑達50mm,最大風力達20.2m/s,最大短時強降水出現在勐海縣打洛板鎮,為28.5mm,造成多地不同程度受災,經濟損失嚴重。

本文對2022年1月19日滇西南地區西雙版納境內的冰雹天氣過程的多普勒雷達回波特征進行分析,以期能為探索滇西南冬季冰雹天氣雷達回波預警提供參考。

1 降雹實況

受南支槽和高原槽東移影響,2022年1月19日08—22時,云南省玉溪、普洱、西雙版納和文山等地先后出現了冰雹、陣性大風、短時強降水和雷電等局地強對流天氣,其中,降雹實況如表1所示。本次冰雹局地性較強,大小不均,有記錄最大冰雹直徑為50mm,出現在普洱市思茅區云仙鄉。本次滇西南地區降雹時段主要集中在19日08—10時及13—20時,前一時段主要出現在普洱北部的景谷和鎮沅,后一時段集中在15—20時,主要位于普洱中部一線(西盟—瀾滄—思茅—寧洱—江城),以及西雙版納的勐海—勐臘。由于兩個時段間隔較長,下午時段降雹較為集中且強度較大,本文重點分析15—21時之間降雹的強對流單體的雷達演變特征。

表1 2022年1月19日08時至20日08時

2 環流形勢及環境條件分析

2022年1月19日,500hPa云南省受南支槽以及東移高原槽的共同影響,700hPa上西南暖濕急流強盛,水汽條件好,大氣易形成上干下濕的不穩定層結,午后低緯高原太陽輻射強烈,有利于大氣層不穩定發展,在有利條件和地形抬升作用下,非常有利于雷暴觸發,產生較大范圍的冰雹天氣過程。19日08時,500hPa形勢場(圖1a)上南支槽位于孟加拉灣上空,經向度較弱,滇西南上空風速達30m/s以上且伴隨有強勁的高空急流(300hPa上,風速大于40m/s),高原東側有短波活動,700hPa同樣配合有南支槽,滇西南處于槽前西南低空急流控制,低層有明顯暖濕水汽輸送(圖1c);19日20時,隨著高原東移短波槽的同位相疊加,控制云南大部的南支槽移動緩慢且強度加深,滇西南地區槽前的偏南風分量增強(圖1b),動力抬升條件穩定,且19日08—20時滇西南地區低層風速大于12m/s的西南急流穩定維持,水汽充沛(圖1d);近地面925hPa滇東地區處于大陸冷高壓底后部,滇西南處于西南風與東南風輻合區;19日08—20時的普洱、14—19時的西雙版納西北部均存在明顯地面輻合線。本次滇西南地區較大范圍的冰雹天氣過程就是由南支槽造成的,降雹發生在700hPa西南低空急流區內(圖1c、1d),這與2004年1月9日云南出現24站冰雹天氣過程類似[1-2]。段旭等[3]發現當高低空同時出現急流時,若有風雹天氣,兩支急流軸線有一明顯夾角;李英[4]在分析強對流天氣出現的低空急流若干特征時指出,當低空急流區伴隨輻合上升運動時,有利于冰雹天氣的發生、發展,本次過程環流形勢恰符合上述條件。此外,低緯高原午后太陽輻射強烈,地面氣溫迅速上升,有利于大氣層不穩定發展,易產生空氣熱對流,利于上升運動的發展,這也是云南午后到傍晚出現冰雹較多的原因之一。

(a)08時500hPa形勢場和300hPa大風區(陰影)(b)20時500hPa形勢場和300hPa大風區(陰影)

19日08—20時,滇西南地區環境條件有利于冰雹等強對流天氣發生。19日08時、20時,普洱市思茅探空站對流參數(表2)顯示,CAPE值為由133.1J/kg增大至331.5J/kg,K值為35.6℃升至36.1℃,0～6km垂直風切變較大,由19.4m/s升至20.7m/s,零度層高度在3342～3400m,-20℃層高度在6421～6332m。這表明,19日08—20時爆發對流性的可能在不斷增大,環境條件均有利于冰雹等強對流天氣發生。

綜上,高原東側短波槽、南支槽疊加,配合低層西南急流形成了滇西南低層暖濕、中高層干冷的不穩定大氣層結,在地面輻合線和地形抬升條件下,非常有利于本次雷暴觸發,產生冰雹等強對流天氣。

表2 2022年1月19日08時、20時思茅探空站物理量值

3 多普勒雷達回波演變特征

通過對滇西南環流場和環境條件的分析,發現19日08—20時均非常有利于產生雷暴,本文將通過西雙版納龍林C波段雷達回波特征具體分析西雙版納勐臘(A)、普洱思茅—寧洱(B)產生冰雹的雷暴。雷暴A產生于西雙版納勐臘南部的層狀、積狀混合云系,且并非孤立單體雷暴,在其發展移動過程中至少存在4個雷暴,即為一雷暴群。在17時28分,位于勐臘南部及境外上空(圖2a)可分辨出有4個較強但尺度小的單體雷暴,分別為a1、a2、a3、a4。其中,a1最強反射率因子達60.5dBz,反射率因子空間梯度非常大,a2、a3、a4在東移過程中減弱并入a1,在18時14分,上述4個雷暴群合并為雷暴A(圖2b),并持續發展,此時最強反射率因子達56.5dBz。此時勐臘縣城周邊有新雷暴單體(b1)生成并發展,18時19—31分,雷暴A及b1東移過程中發展并逐漸合并加強(圖2c),18時37分,雷暴A繼續迅速發展(圖2d),水平反射率因子達65dBz以上的強回波區向西向南擴,在65dBZ強回波區徑向上出現強度8dBZ的異常回波(TBSS)特征,勐臘鎮開始降雹;18時42分,雷暴A此時最強反射率因子達71dBz,TBSS特征維持(圖2e)。從該時刻整層垂直剖面看到,在3.6、5.0km高度“弓”形回波特征顯著,其最強反射率因子對應低層為明顯有界弱回波區;19時05分,強回波東移出勐臘境內,強度逐漸減弱,TBSS特征消失。本次過程TBSS特征從冰雹臨近一直持續到冰雹過程結束,該特征達到云南夏季強冰雹重要指標[5]。從垂直剖面看(圖2c～圖2e),整個雷暴移動過程中均有明顯的高懸反射率因子特征,18時31—42分雷暴雖然維持強勁的上升運動,但其最強回波伸展高度均在3～4km之間,即均處在普洱0℃高度層附近,且由于勐臘南部氣溫明顯高于思茅,這可能是此次過程雷暴A雖最強回波反射率因子中心強于普洱B,但并未產生直徑較大冰雹的原因之一。

(a)17時28分

(b)18時14分

(d)18時37分

(e)18時42分

影響普洱市境內瀾滄—思茅—寧洱—江城一線的為兩個冰雹單體(B、b1)。雷暴單體B 12時22分產生于普洱西盟東部地區,此時屬層狀—積狀混合云體,在12時34—52分東移進入瀾滄后迅速增強,13時10分后,最強反射率因子達55dBz,反射率因子梯度非常大(圖3a),且維持強度繼續東移,至13時58分,瀾滄西部生成新對流單體b1(圖3b),強度不斷增強,東移路徑與單體B接近, 13—14時在瀾滄縣竹塘鄉觀測到直徑5～10mm的冰雹。14時10分,單體B移入景谷境內且強度仍在不斷增強,14時46分,最強反射率因子達到65dBz以上(圖3c),且持續7個體掃,于14時58分進入思茅區北部,15時22分最強達68.5dBz,形成較為明顯的鉤狀回波(圖3d)。15時40分,單體B開始移出思茅境內(圖3e),但強度繼續維持65dBz以上;單體b1在東移過程中減弱至35dBz,但在進入思茅再次迅速加強,兩者并未合并而是各自東移發展,16時04分,單體b1出現最強回波中心達65dBz以上(圖3f),其移動路徑與B相近,其最大VIL值由上一時次22kg/m2躍增到31kg/m2(圖4),這是預警滇南地區出現強冰雹的重要指標之一[1]。從實況上看,思茅云仙鄉16時前后出現直徑達30～50mm的強冰雹,此時單體B仍維持強度65dBz以上,位于寧洱境內出現較明顯的“長釘”特征。16時10分前后,寧洱同心鎮那柯里降雹,在同心鎮境內,回波中心強度大于65dBz,在0.5°～3.3°仰角層上沿強中心雷達徑向后側20km左右位置出現了由于冰雹衰減導致的“V”型缺口(圖5)。該缺口較大,從實況看冰雹直徑超過10mm。單體b1維持55dBz強度以上至16時52分才移出思茅,本次過程兩個冰雹單體B、b1影響思茅期間,15—17時自西向東依次在云仙蘆山村、云仙挖令村、云仙大箐村出現小雞蛋大小尺寸的冰雹。以上分析可看到,冰雹單體B自生成后始終維持55dBz以上強度,一路向東移,進入思茅達最強,移出思茅后才逐漸減弱。但單體b1經歷了由弱到強、再到弱再增強的變化過程,兩者四周總是伴有范圍較大的積狀—層狀混合云降水回波,因此,該回波所到之處也產生了短歷時強降水。