滇西北局地小冰雹天气分析

张振秀，陈 焘，朱淳源

(云南省 大理州气象局，云南 大理 671000)

0 引言

冰雹是一种重要的灾害性天气，由于其致灾严重一直受到广大气象工作者的重视，符琳等[1]研究中国近50年冰雹时空变化特征，蓝渝等[2]分析得到华北区域冰雹天气分型及云系特征。随着雷达的应用，在冰雹云的监测识别预警方面有了很大进步，黄治勇等[3]研究表明在冰雹前风垂直切变明显，孙丝雨等[4]总结出来双线偏振雷达观测冰雹云的一些特征。目前应用最多的是多普勒雷达资料，俞小鼎等[5]分析了多普勒天气雷达与强对流天气预警之间的关系，吴剑坤等[6]介绍了强冰雹的雷达回波特征有高悬的强回波、中高层回波悬垂和中气旋，张秉祥等[7]建立了基于模糊逻辑原理的冰雹天气识别算法。同时，冰雹预警指标的研究也有很大进展，王秀玲等[8]分析并归纳出唐山市冰雹云的雷达回波中心强度大多大于60 dBz、回波顶在8 km以上、垂直累积液态水在25 kg/m2以上。王若升等[9]分析得出甘肃平凉冰雹主要发生在17～22时，冰雹云回波强度大于50 dBz、强中心平均高度在6 km左右。段鹤等[10]总结出滇南冰雹的4个预报指标为弱切变、45 dBz高度以及0℃和-20℃高度。王令等[11]总结得出“大风区”和“中气旋”是经常出现降雹的多普勒雷达径向速度图像特征。

但是，大多数人对于冰雹天气的研究都是选取典型冰雹过程，李德俊等[12]对比分析了恩施山区强冰雹和短时强降水天气过程中雷达产品特征，农孟松等[13]对2012年早春广西高架雷暴冰雹天气过程进行分析，胡胜等[14]计算分析了广东大冰雹风暴单体的雷达回波特征，周泓等[15]对滇西地区6次典型降雹过程中的雷达回波和闪电活动特征进行了综合分析，郑艳等[16]对海南一次罕见大范围强冰雹过程进行了综合分析，周长青等[17]对湖南一次连续冰雹天气过程个例进行分析，张桂莲等[18]分析了东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征，杨淑华等[19]对脉冲风暴造成的3次冰雹天气过程进行对比分析。对于典型冰雹云的特征目前已经有了很多了解，大多数情况下强冰雹都能被识别出来，但是，在分析冰雹过程时发现存在局地小冰雹天气，这些冰雹过程天气背景不明显且雷达回波特征也不强，因此很难被识别预警而被忽略，但是它们仍然给农业带来灾害性影响，所以，本文选取2016和2017年7次局地小冰雹过程总结分析，以期能提高对冰雹天气的识别预警能力。

1 气候背景

1.1 环流特征

7个冰雹过程均受低压系统的影响(图1)，除2016年8月12日主要受西行台风影响外，其余6次的低压系统均在印度半岛沿海和孟加拉湾地区，并且2016年8月12日的冰雹发生在晚上23时左右，而其余6次都发生在午后。具体日期见表1，例1～6流场均经过孟加拉湾到达云南，例1低压槽在孟加拉湾东岸沿海，滇西北受槽前西南气流影响，中纬度大槽偏南，在700 hPa上有弱切变，有明显的降水系统，冰雹时期小时降水达45.1 mm。例2和3均受印度低压影响，对比来看500 hPa上个例3印度低压中心更靠近云南，例2降雹地区没有测量站点故没有具体雨量统计，但灾情记录有伴随降雨，例3小时降水达34.4 mm。例4、5和6在500 hPa上都为西北风，这是由于缅甸一带被高压控制，自孟加拉湾来的西南气流绕过高压变为西北风，过程降水较少，例4为22.9 mm/h，例5为11.3 mm/h，由于例6高压较强，气流自孟加拉湾变为东南风路经青藏高原到达云南，故水汽较少，没有产生降水。例7受西行台风影响，台风中心位于广东，云南较台风中心较远，小时降水量为13.5 mm。

图1 500 hPa高空图(a)2016年6月15日08时，(b)2016年7月9日08时，

1.2 热力条件

利用NCEP资料计算总温度[20]和Δθse(θse500-θse850)。总温度平均在44℃以上，冰雹发生前的总温度相差不大，最大为例5的50.4℃，例7次之50.3℃，最小为例4的46.9℃，平均值为49.2℃。Δθse是位势不稳定的判据，负值越大表示位势不稳定度越强，7个过程中Δθse均在-10℃以下，负值最大为例7西行台风过程的-22.7℃，负值最小为例4过程-12.0℃。

1.3 稳定度

计算分析K指数可以看到，滇西北地区夏季白天K指数较大，夜晚会有所降低。发生冰雹之前K指数逐渐增大，平均在45℃左右，最大为例2达46.1℃，最小例6为43.9℃。

1.4 水汽条件

计算850 hPa比湿来表示空气湿度，最大为例2的18.2 g/kg，最小为例6的16g/kg，对应雨量显示例6无降雨，说明比湿能很好的预报降雨，同时比湿平均值为17g/kg。分析水汽通量散度可知，例1、4、5、6为明显的水汽辐合，例2、3、7为辐散，同时可以看到辐合过程比湿较辐散过程的小。说明小冰雹过程需要一定的水汽条件，但要求不高，比湿达17 g/kg或者低层水汽辐合时就可能发生。

1.5 动力条件

垂直速度是表示大气垂直运动的物理量，分析700 hPa的垂直速度可知，除例1为弱下沉运动外，其余6个过程低层都有明显的上升运动，说明滇西北小冰雹过程具有较好的动力条件，同时垂直速度也是预报滇西北强对流天气的重要指标之一。

表1 物理量特征

2 雷达回波特征

2.1 反射率因子演变特征

例1降雹地区为鹤庆县六合乡，16时在鹤庆北部有45 dBz的回波生成，高度在11 km以下，此回波缓慢向东南方向移动，强度不变，回波顶高和回波面积不断增加。在16∶39时回波强度突然增加至50 dBz以上，6分钟后在其南方突然出现一个回波强度达52.6 dBz的强回波，两块回波合并加强，回波强度达54.3 dBz，回波顶高达15 km，但是45 dBz的回波高度偏低。之后回波强度降低到50 dBz以下缓慢向东移动，在17∶08时强回波中心移向南部到达六合乡地区，回波中心强度增强达53.6 dBz，45 dBz的强回波悬空达9.2 km，回波前部有入流缺口，回波顶高达15.2 km。17∶14时回波强度略微降低，45 dBz的强回波降低接地，回波顶高反而增高至17 km，回波中心发展成人字型，垂直剖面上出现穹隆结构，保持大约15分钟。之后，回波强度维持在50 dBz左右向东移动，回波高度逐渐降低，穹隆结构消失，回波面积增大。

例2降雹地区为鹤庆县龙开口镇中江地区，14∶27时鹤庆中部地区开始生成大于45 dBz的块状强回波，回波中心强度迅速上升到50 dBz以上，但回波高度较低维持在13 km以下，45 dBz的强回波在6 km以下。15分钟后回波突然降低至45 dBz以下，15∶02时在原回波的后方生成新的强回波，中心强度达57.5 dBz，回波顶高在14 km左右，45 dBz的强回波在8 km左右，但之后回波减弱。15∶26时在回波前部即降雹地区突然出现50 dBz以上的强回波，该回波出现时回波顶高就达16 km，并具有入流缺口和穹隆结构，45 dBz的回波高度在7.2 km左右，15∶32时回波最强达58 dBz，45 dBz的回波高度在9.2 km，15分钟后回波减弱东移。

例3降雹地区为鹤庆松桂，16∶26时松桂地区突然出现强回波，回波中心强度为47.6 dBz，回波顶高为10 km。16∶32时回波中心强度达50 dBz，回波顶高达13.8 km，45 dBz的回波悬空在7 km左右，回波前侧为入流缺口。16∶38时回波最强为51.9 dBz，45 dBz的回波高达8.5 km，回波剖面出现穹窿结构，持续10分钟后回波减弱。

例4降雹地区为鹤庆金墩，15∶38时该地区出现大于45 dBz的块状强回波，回波顶高为12.5 km，45 dBz的回波悬空达6 km。之后回波强度不变面积减少，且回波高度升高，15∶56时回波顶高高达16 km。16∶01时在9 km的高空出现52.8 dBz的强回波，回波前沿有入流缺口，回波顶高达16 km，回波剖面出现穹窿结构。回波向东缓慢移动，强度和回波顶高不变，45 dBz的强回波高度降低接地，持续约15分钟后回波减弱。

例5降雹地区为鹤庆金墩，15∶43在金墩地区突然出现强回波，该回波在前个体扫还在41 dBz左右，6分钟后就高达50 dBz，且45 dBz以上强回波面积较大，悬空在8 km，但是回波顶高只到11 km。15∶49强回波达58 dBz，回波顶高升至13 km，但45 dBz的强回波高度不变且接地。15∶55回波持续升高，但两个体扫后回波突然降低到45 dBz以下减弱消散。

例6降雹地区为鹤庆松桂，15∶48松桂地区有块状回波，回波强度35 dBz，回波顶高9.5 km。6分钟后15∶54回波强度升高至56.4 dBz，回波顶高13.5 km，45 dBz的强回波高度达9.3 km，回波前沿有弱的缺口和穹窿结构。之后回波开始减弱，16∶06时减弱至45 dBz以下。

例7降雹地区为鹤庆松桂，22∶39有大于45 dBz的强回波自东向西移动到松桂地区，回波中心强度为47.5 dBz，回波顶高9.7 km，强回波面积较小，45 dBz的强回波悬空达6.8 km。22∶51时回波强度上升至54 dBz，回波顶高达13.2 km，强回波顶高达8 km，强回波悬空且在2.4°仰角上有弱缺口，回波有穹窿结构。之后回波开始缓慢减弱。

2.2 径向速度特征

分析7个例子的径向速度特征得到，冰雹发生时径向速度在下层都为正负速度辐合结构，而在中层强回波中心出现逆风区，在上层为辐散结构。由此可知，在冰雹发生时当地有强烈的上升运动，辐合和逆风区是显著特征，但是通过演变分析，辐合结构和逆风区出现时往往冰雹即刻就会出现或已经出现，故以此来指挥防雹作业提前性较小，但可以用来识别冰雹云。

3 结论和讨论

本文利用NCEP再分析资料和大理新一代多普勒雷达资料对比分析7次局地小冰雹过程的天气背景和雷达产品特征，得到以下结果：

(1)滇西北局地小冰雹过程受单一低压系统影响，没有大冰雹过程时明显的辐合抬升机制。大多数发生在午后，但是持续时间短。当有水汽输送时常伴随强降水出现。

(2)滇西北地区夏季总温度中午相对较大，冰雹发生前7个过程总温度达49℃左右，位温差均在-10℃以下，小冰雹过程均有较有利的热力条件，热力条件与强对流强度大小没有直接相关性。

(3)滇西北地区夏季白天K指数较大，基本在40℃以上，夜晚会降低。冰雹发生前K指数增强，平均在45℃左右，小冰雹过程有较好的不稳定条件，K指数是滇西北预报强对流天气的重要指标之一。

(4)滇西北局地小冰雹过程需要一定的水汽条件，比湿达17 g/kg或者低层水汽辐合时均有可能发生，水汽条件要求相对较低。

(5)滇西北小冰雹过程具有较好的动力条件，多数有明显的上升运动，垂直速度可以作为预报滇西北强对流天气的重要指标之一。

(6)滇西北地区出现小冰雹天气时雷达反射率因子一般达50 dBz以上，回波顶高达13 km以上。当45 dBz的强回波出现在高空不接地时，它会向上向下发展延伸，当向上延伸至7 km以上时有冰雹生成，而后45 dBz强回波接地时降雹，故45 dBz的强回波可作为冰雹的预警参数，但是从7个过程回波演变分析可以看到，滇西北地区小冰雹过程强回波出现突然且持续时间较短，强回波对于冰雹云识别有一定意义，但是对于防雹指挥来说预警时间较短。另外，穹窿结构也是冰雹云的识别判据之一。

(7)冰雹发生时径向速度在下层都为正负速度辐合结构，而在中层强回波中心出现逆风区，在上层为辐散结构，在冰雹发生时当地有强烈的上升运动。

综上所述，小冰雹过程系统较弱，具备与强对流过程一样的不稳定条件，有上升运动，但是水汽条件不足。小冰雹过程的雷达反射率因子在50 dBz以上，45 dBz的强回波高度达7 km，具有穹窿结构，径向速度低层辐合高层辐散、中层逆风区，但是回波持续时间短，变化较快，面积较小，没有典型的三体散射、钩状回波、中气旋等特征。选取7次局地小冰雹过程进行分析总结，样本容量不多，并且受到地域差异的影响，故研究结论存在很多不足之处，今后还需收集更多个例进行不断分析研究。