2014.3.28梅州一次冰雹过程分析

张达文，马夏妮

(梅州市气象局，广东 梅州 514000)

2014.3.28梅州一次冰雹过程分析

张达文，马夏妮

(梅州市气象局，广东 梅州 514000)

利用天气图、多普勒雷达图等资料，运用天气学原理等方法，对2014年3月28日梅州的一次冰雹过程分析后得出：冰雹过程是在500 hPa南支槽前强西南气流、850 hPa西南急流、925 hPa和地面辐合的系统下产生的；中层干冷，低层暖湿的大气层结及低层明显的垂直风切变、适宜的0 ℃层均有利于冰雹的发生；冰雹的移动方向是西南—东北，最强回波达到65 dBZ以上，但维持时间较短；具有钩状回波和弱回波特征，有明显的逆风区且都位于回波移动的右侧；垂直液体水含量(VIL)值在雹云发展成熟时维持在40 kg/m2以上，最大时能达到50 kg/m2；回波顶高度维持在11 km以上，最大时达到14 km。

梅州；冰雹；雷达

冰雹是梅州春季常见的自然灾害，它发生时通常伴有雷雨、大风和短时强降水等强对流天气，虽然其尺度较小、生命史也较短，但易造成较严重的灾害，给农业、电力和人民生活等带来不利影响，严重的冰雹还会造成人员伤亡，因此研究冰雹天气具有重要意义。全国各地对冰雹个例的研究越来越多，对其形成机制有了更深的认识。本文通过对各种有利于冰雹产生的环流形势及对此次冰雹过程的多普勒雷达回波特征进行分析，希望得出一些有助于提高冰雹预报预警的方法。

1 过程概述

2014年3月28日下午，受强雷雨云团影响，梅州中北部部分地区出现了短时强降水、雷雨大风等强对流天气(图1a)，其中在14:00到15:00，平远县城、蕉岭县广福镇和16:30左右在梅江区城北镇均出现了冰雹。蕉岭县广福镇受此次冰雹影响较严重，出现7级左右的大风(15.6 m/s),受灾农田约53.33 hm2，其中受灾较为严重的烟田25.33 hm2。因此，本文着重分析影响蕉岭县广福镇的冰雹。

此次影响广福镇的冰雹具有生成快、移动快、生命史短、尺度小的特征，持续时间仅有10 min左右，影响范围仅限于广福镇(约为50 km2)，这种发展迅速、生命史短、尺度小的冰雹的预报和预警仍是个难题。

图1 (a) 梅州27日20：00至28日20：00雨量(单位：mm) (b) 蕉岭广福镇20日风速小时分布(单位：m/s)

2 天气形势及大气稳定度分析

2.1 天气形势

3月28日08：00，500 hPa广东上空处于南支槽槽前西南气流中(见图2a)，且槽前的西南风非常大，达到20 m/s以上，有效保持了水汽的输送，之后南支槽东移北抬。850 hPa(见图2b)切变线维持在长江流域一带，广东上空主要受切变线南侧西南急流中[1]，急流风速达14～16 m/s[2]。

3月28日08：00，925 hPa风场在梅州中北部地区有非常明显西南风及东南风辐合(见图3a)，从3月28日14：00海平面气压场上看(见图3b)，西南低槽发展，广东处于东高西低的气压梯度场中，并且在广东中部到福建北部有明显的辐合线存在。

图2 (a) 3月28日08：00，500 hPa高度场及风场(单位：dagpm) (b) 850 hPa风场(单位：m/s)

图3 (a) 3月28日08：00，925 hPa风场(单位：m/s) (b)14：00海平面气压场及风场(单位：hPa，m/s)

2.2 大气稳定度及适合冰雹生长的环境

温度—对数压力图解是当前气象台站普遍使用的一种热力学图解，它能反映出测站上空的气压、气温、湿度等气象要素的垂直分布状况，并用来判定层结稳定度，分析云层，确定对流层顶的位置，以及求算各种温、湿特征量等。因此，它在天气分析和天气预报工作中有着广泛的应用。

梅州没有探空站，由于广福镇离江西赣州比较近，所以分析时采用赣州站的探空资料。从3月28日08：00赣州站温度对数压力图来看(见图4)，在低层1 000～500 hPa均非常暖湿(T～Td非常小)，到500 hPa，Td呈直线骤减(T～Td突然增大)并一直延续到450 hPa左右，Td线呈喇叭口状，这表明大气低层比较暖湿，中层比较干冷，这种低层暖湿中层干冷的层结状态非常有利于冰雹的形成。同时从垂直风场上看，1 000～500 hPa由南风转为西南风非常明显，并且风速随高度增加，这说明在大气低层，风随高度顺时针旋转，风速随高度增大，表明风切变比较大，有利于右移单体风暴的产生[3]。

图4 3月28日08：00赣州站探空曲线示意

对流有效位能(CAPE)，代表地表边界层的空气所具有的能量，体现了不稳定能量的大小，CAPE值越大，说明大气层结越不稳定。K指数用于分析大气稳定程度的气象学单位，其计算公式为：

K=(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)

(1)

K指数计算式中第一项表示温度直减率，第二项表示低层水汽条件，第三项表示中层饱和程度,因此，K指数可以反映大气的层结稳定情况。K指数越大，层结越不稳定。在3月28日14：00华南CAPE值分布上(见图5a)，在冰雹和短时强降水发生的地区的CAPE非常大，明显比其他地区高，在1 200 J/kg以上。同时在冰雹和短时强降水发生区域的K值非常大，在42 ℃以上。这都表明在3月28日下午梅州北部地区大气层结非常不稳定，有利于冰雹的发生[4]。

按经验，冰雹的形成云内0 ℃层的高度一般在600 hPa上下为宜，因为在这种条件下，既可以保证云体可以发展得较高，有利于冰雹生成，同时冰雹块长大后下落时也不至于因暖层较厚而被融化成雨滴。从图4可得知，云内0 ℃层在600 hPa左右，不太高也不太低，有利于冰雹的形成[5]。

3 多普勒雷达资料分析

多普勒雷达，又名脉冲多普雷雷达，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达。本文中使用的雷达产品是梅州雷达站(WSR—98d)新一代多普勒雷达产品，提供了较高灵敏度及较高分辨率的反射率因子、平均径向速度及谱宽3种基数据，并且对基数据经过算法处理生产了径向速度图、垂直液体水含量等产品，这些数据和产品对强对流天气预报预警具有非常重要的指示意义。本文着重从反射率因子、径向速度图和垂直液体水含量等方面对此次冰雹过程进行分析。

3.1 反射率因子及剖面图

反射率因子，表示单位体积中降水粒子直径6次方的总和。其值大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和密度分布，用来表示气象目标的强度，产品上数据的单位用dBZ表示。反射率因子产品一直作为雷达的标准输出，利用反射率因子，可以确定回波强度，确定风暴结构和强弱以及强降水带。而反射率因子随时间的变化可以用来确定降水回波移动以及未来趋势(增强，减弱，降水何时开始、结束等)。

图6 3月28日14：00—15：00， 1.5°仰角反射率因子示意(单位：dBZ)

通过分析3月28日14：00—15：00梅州多普勒雷达反射率因子图(图6)，由于此次冰雹强度和尺度较小，没有明显的三体散射回波特征。单体风暴14：00从平远县泗水镇开始发展，此时回波最强强度仅有40～45 dBZ，之后往东北方向移动，强度逐渐加强，14：42移至广福镇，并且中心强度加强到50 dBZ以上，最大强度达到65 dBZ以上(范围很小)[6-9]，此时正是雹云发展最旺盛的时候，但60 dBZ以上强度维持时间较短，14：54便消失了，同时单体风暴移动速度比较快，在14：54就移出梅州进入福建省。

在雹云发展最旺盛时期(图7)，可以看到此时的回波有明显的类似菜豆结构(钩状回波)特征，强降水和冰雹正发生在类似菜豆的强回波处，钩状处有明显的强上升气流，这是在垂直强风切变条件下产生的。强回波都处于雹云移动的右侧，但没有明显的三体散射回波特征。

图7 14：42，1.5°仰角反射率因子示意(单位：dBZ)

通过对比14：42， 0.5°、1.5°和2.4°仰角反射率因子，在0.5°仰角雹云中心右侧为弱回波区，而在1.5°和2.4°仰角上则为强回波区(见图8)，这表明在高层强回波位置悬垂于低层弱回波去之上，形成弱波区(WER)的分布特征，且位于回波移动的右侧。

图8 3月28日14：42，0.5°(a)、1.5°(b)和2.4°(c)仰角反射率因子示意(单位：dBZ)

3.2 速度图

通过分析14：00—15：00速度图发现，在14：12，雹云发展阶段中就出现逆风区，一直到14：54，其上空都有逆风区存在，但范围很小，且逆风区一直维持在回波移动方向的右侧(见图9)。

3.3 回波顶高及垂直液体水含量

回波顶(ET)是在≥18 dBZ反射率因子被探测到时，显示以最高仰角为基础的回波顶高度。对流的强弱一般和回波伸展高度有关，所有ET产品可以分析估计对流发展与否，以及对流相对强弱的情况，在对流风暴中，最高的回波顶高对应最强烈的风暴，回波顶越高，对流伸展高度也越高，对流发展也越旺盛。

垂直液体水含量(VIL)表示将反射率因子数据转换成等价的液态水值。用于反映降水云体中垂直柱体的液态含水总量分布。VIL是判别强降水及降水能力、强对流天气和冰雹等灾害天气的最有效工具之一。尤其是冰雹单体能导致很强的VIL，有助于识别冰雹单体和超级单体风暴。

图10 3月28日14:42回波顶高度和垂直液体水含量(单位：km，kg/m2)

通过分析回波顶高度及垂直液态水含量图(图10)得知，此次冰雹发生时(14：42)的回波顶最大高度为12 km以上，最大垂直液体水含量在45 kg/m2以上；从整个过程来说(图11)回波顶高度都一直维持在较高(11 km以上)，冰雹发生时能达到14 km的高度，而垂直液态水含量上看，发展阶段时VIL值在40 kg/m2以下，发展成熟时维持在40 kg/m2以上，最大时能达到50 kg/m2，在预警冰雹时可作为参考依据之一[10]。

4 结语

1) 此次冰雹是在500 hPa南支槽前强西南气流、850 hPa西南急流中、925 hPa和地面辐合的系统下产生的，无明显冷空气影响。

2) 中层干冷，低层暖湿的大气层结及低层明显的垂直风切变和适宜的0 ℃层，大的CAPE值和K值，均有利于冰雹的发生。

3) 通过分析此次冰雹的雷达基本反射率因子及速度图得知：冰雹的移动方向是西南—东北，最强回波达到65 dBz以上，但维持时间较短；具有钩状回波和弱回波特征，有明显的逆风区且都位于回波移动的右侧。

4) 此次冰雹过程的VIL值在雹云发展成熟时维持在40 kg/m2以上，最大时能达到50 kg/m2；回波顶高度维持在11 km以上，最大时达到14 km。

[1] 伍志方, 庞古乾. 2012年4月广东左移和飑线内超级单体的环境条件和结构对比分析[J]. 气象, 2014, 40(6):655-667.

[2] 王华, 孙继松, 李津. 2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析[J]. 气象, 2007, 33(2): 49-56.

[3] 周志敏, 万蓉, 崔春光, 等. 风廓线雷达资料在一次冰雹过程分析中的应用[J]. 暴雨灾害, 2010, 29(3): 251-256．

[4] 郭媚媚, 赖天文, 罗炽坤, 等. 2011年4月17日广东强冰雹天气过程的成因及特征分析[J]. 热带气象学报, 2012, 28(3): 425-432.

[5] 农孟松, 赖珍权, 梁俊聪, 等. 2012年早春广西高架雷暴冰雹天气过程分析[J]. 气象, 2013, 39(7):874-882.

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[10] 李文娟. 一次中气旋冰雹天气过程的诊断分析[J]. 气象科技, 2006, 34(3): 291-295.

(本文责任编辑 马克俊)

Analysis of a Hail Process over Meizhou City on March 28,2014

ZHANG Dawen，MA Xiani

(Meteorological Bureau of Meizhou City,Meizhou 514000，China)

A hail process over Meizhou City on March 28, 2014 is analyzed by using synoptic charts, Doppler radar maps and other data. The results show that the hail process occurres under strong southwest airflow before the southern trough in 500hPa,southwest jet in 850hPa,convergence in 925hPa and the ground; Dry and cold in the middle, moist atmosphere and lower apparent vertical wind shear, and appropriate 0℃ layer are conducive to the occurrence of hail; The movement of hail is from northeast to southwest, and the strongest echo reached more than 60dBZ, while maintaining for a short time; The echo, located right hand of the echo, has hooked echo and weak echo characteristics, also with obvious upwind; Vertical liquid water content value(VIL)is above 40 kg/m2before the mature of a hailstorm and the heaviest can reached 50 kg /m2; Echo top height remained above 11 km, and the heaviest is 14 km.

meizhou; hail; radar

2016-11-04;

2016-11-24

张达文(1985)，男，本科，工程师，主要从事天气预报工作。

P426.64

：B

：1008-0112(2016)012-0008-06