红河州2019年春季3次冰雹天气特征分析

赵红珍 李鑫焱

摘要 利用蒙自站探空资料、文山雷达站资料、普洱雷达站资料、NECP 2.5°×2.5°再分析资料、EC 0.75°×0.75°再分析资料、中央气象台高空实况资料，对红河州2019年春季3次冰雹过程进行分析。结果表明，3次冰雹过程均为高空急流，配合南支槽东移引起的强对流天气;3次过程均构成“上干下湿”的不稳定层结条件，且上升运动越强，越有利于降雹;降雹前，红河州地区0℃层高度在4.5 km左右，-20℃层高度则分布在7～8 km;雷达图上，出现小冰雹的雷达回波也会出现回波顶偏移、弱回波区、“假尖顶”等回波特征，2 km以下会出现50 dBZ以上强回波中心，基本速度图上会伴随广阔的大风区。

关键词 冰雹;水汽通量散度;干入侵;假相当位温;雷达回波

雷电、冰雹、大风等强对流天气是云南省显著的气象灾害天气，而冰雹是在有利的天气形势下，中小尺度系统触发产生的强对流天气，突发性和局地性明显，预报难度大。李红梅[1]研究表明，云南2012—2016年降雹呈逐年加重趋势，降雹主要集中在春夏季，红河是冰雹频发的次多区。2019年1—4月，红河州冰雹灾害共造成直接经济损失4 142万元，占经济总损失的44%，是造成红河州1—4月经济损失的最主要灾害。

冰雹的预报预警难度较大，造成的经济损失严重，因此冰雹预报预警一直是国内外气象专家研究的重点之一。强对流天气产生的条件为水汽条件、不稳定层结条件和抬升力条件，同时较强的垂直风切变条件和中层干冷空气的入侵，更有利于产生冰雹[2-4]。为准确预报冰雹天气，气象专家们研究出了多种算法指标，如段鹤等[5]指出的回波弱切变特征，VIL特征可提前几十分钟预报冰雹，同时，欧阳首承教授提出的结构分析法对冰雹的预报预警也具有明显的指示意义。李湘等[6]研究表明，强回波核所在高度能够很好地反映出降雹对流单体风暴中心的伸展高度，可将春季南支槽型35～40 dBZ强回波核高度作为云南灾害性冰雹预警的指标之一，不同天气型的冰雹灾害在雷达回波特征上也有明显的差异，但当雷达回波中心强度达到50 dBZ，则预示很有可能出现冰雹天气。笔者对红河州2019年春季3次冰雹过程的天气背景、大气层结条件和雷达图像特征进行分析，以期进一步提高对红河州地区冰雹的预报能力。

1资料方法和天气实况

多普勒雷达资料选取文山站雷达资料，探空资料选取蒙自探空站（56985）数据，根据个例发生时间，若冰雹发生在08：00—14：00，则取当日08：00探空资料，发生在14：00—20：00，则用14：00资料拖动订正，发生在20：00至次日08：00，用20：00探空资料。另外参照严红梅等的研究方法，用0～6 km的风矢量差代表深层垂直风切变。

2019年2月至4月20日，红河州13个县市共出现8次冰雹天气过程，最大冰雹直径3 cm，8次冰雹个例分布情况见表1，值得一提的是，3月19日凌晨金平县降雹厚度达到28 cm，属历史罕见。从分布情况可以看出，2019年春季红河州冰雹以小冰雹为主，降雹时间主要集中在14：00以后，凌晨次之，可见下午时段为红河州地区降雹的高发期，午后强对流的发生应该重点关注。

2月17日、3月19日、4月8日的冰雹天气过程降雹面积较广，最大直径超过2 cm，造成的经济损失较为严重，因此该文着重对这3次冰雹过程进行分析，以期提高冰雹天气的预报能力。为方便描述，将其分别简称为“217”、“319”、“408”冰雹天气过程，由于3月19日出现了2次冰雹过程，将上午出现的简称为“319a”，下午出现的简称为“319b”。

2环流背景分析

2月17日红河州受浅槽东移影响。200 hPa高空场上红河州受西风急流控制，滇中大部平均风速达到50 m/s以上。500 hPa高空场上红河州位于短波槽前的西偏南气流控制，同时孟湾东部存在明显的冷温槽，利于槽的稳定维持，云南地区位于大风核区，滇中以东地区风速达到了26 m/s以上，中南半岛附近及其以西地区副高脊线较常年偏南。高空急流辐散区与槽前上升区叠加在一起产生强烈的上升运动，对冰雹的产生起着重要作用。700 hPa上红河州受平直的西风气流控制。整层分析，2月17日红河州上空处于不稳定阶段。

3月18—19日，200 hPa高空场上，红河州受明显的西南急流控制，云南省大部风速在40 m/s以上，18日较19日南风分量明显。500 hPa上，红河州受南支槽东移影响，属槽前西南气流控制，平均风速约为20 m/s，但副高脊线整体较常年明显偏北，利于暖湿气流向红河州地区输送。700 hPa上受偏西气流控制。

4月8日，200 hPa高空场上红河州同样受西南急流控制，急流轴风速约为40 m/s，500 hPa上红河州仍受南支槽前西南气流控制，平均风速小于20 m/s，南支槽在东移过程中加深，中南半岛附近及其以西地区副高脊线位置接近常年。700 hPa上受偏西气流控制，但滇东地区暖脊明显，构成“上冷下暖”结构。

对比3次冰雹过程的天气特征，均存在明显的高空急流，并配合南支槽的东移，高空急流散区的抽吸作用利于低层气流的辐合上升，同时也有利于对流云的发展和维持，槽前的西南气流利于孟湾的水汽向云南地區输送，中低层均为偏西气流控制，但中层干燥，水汽的缺少反而会使雷暴对流活动增强[7]。不同的是，“319”过程对比另外2个过程，副高较常年偏强，脊线位置偏北，气层不稳定程度相对较强，500 hPa上“217”过程存在明显的急流区域，该过程的影响区域也比另外2个过程广。

3水汽条件

水汽通量代表了单位时间内通过单位面积所输送的水汽量，水汽通量散度可明显表征水汽的辐合辐散程度，水汽输送是产生冰雹天气的必要条件。2月17日冰雹过程发生前，红河州地区近地面水汽通量散度为-1×10-7 g/（s·hPa·cm2），700 hPa附近为水汽通量辐散区，中心值达到3.5×10-7 g/（s·hPa·cm2），低层比湿>6 g/kg，600～700 hPa比湿为2～3 g/kg。3月19日02：00冰雹发生前，红河州地区近地面水汽通量散度为-2×10-7 g/（s·hPa·cm2），700 hPa附近为水汽通量散度为1.5×10-7 g/（s·hPa·cm2），低层水汽通量达到了11 g/kg，600～700 hPa比湿为4～6 g/kg;20：00红河州区域无明显水汽通量辐合辐散区，降雹区（103°～104°E）近地面比湿仍>10 g/kg，600～700 hPa比湿>4 g/kg。4月8日，仅在101°～102°E低层有-1×10-7 g/（s·hPa·cm2）的水汽通量辐合，红河州区域的750 hPa以上均为水汽通量辐散，800 hPa以下比湿>11 g/kg，600～700 hPa比湿为4～7 g/kg。

结合上述分析，几次冰雹过程均构成了“上干下湿”的湿度条件，“319”过程湿度条件比其他过程强，不仅有大的比湿值，低层还有明显的水汽辐合，由此判断不断的水汽辐合是造成持续降雹的重要原因。

4不稳定层结条件

4.1假相当位温

假相当位温可反映出大气的热力条件，其值越大空气越暖湿，反之越干冷。对850 hPa至200 hPa作θse剖面，可以明显看出干冷空气和暖湿空气在垂直方向的大致分布情况，θse低值区即为干空气主体。对3次冰雹过程发生区域沿23°N作剖面，“217”过程较其他过程500～700 hPa具有更广阔的干冷空气入侵，表现为101°～108° E均有干空气主体，低值中心值也更低，达到320 K，在该种条件下，“217”过程的降雹范围也比其他过程大。“319”过程中，对于红河州区域（101°～104° E，下同），凌晨降雹前，除500～600 hPa有干冷空气入侵，在850 hPa附近有中心值高于336 K的大值区存在，表明有明显的暖湿气流汇入，上干冷下暖湿的特征更加明显，降雹强度也最强。“319b”过程虽然在中高层有干冷空气入侵，但700 hPa以下等值线向下弯曲，低层无明显的暖湿气流，反而有干空气入侵，对应的降雹强度和范围也较小。“408”过程在600 hPa以下表现出大范围的大值区，表明暖湿层深厚，中高层干空气入侵不明显，低值中心值还在330 K左右。

对比发现，3次过程表现出中高层有干冷空气入侵，但强度不同，干空气入侵的范围和强度与降雹的范围和强度对应较好，此外，若低层有暖湿气流的配合，上干冷下暖湿的不稳定层结条件更加明显，降雹强度也更强，但只有深厚的暖湿层反而不利于大强度冰雹的形成。

4.2垂直运动条件

“217”过程（图1a），红河州区域内（101°～104° E，下同），低层为辐合区域，中高层为辐散，对应区域的600 hPa以下均为上升运动，最强上升运动在700 hPa附近，达到0.3 Pa/s，低层的同等高度上，气温较其他区域高，热量条件充足，利于强对流天气的产生。“319a”过程（图1b），102° E附近为明显的上升运动区，在103°～104° E几乎整层为下沉运动，构成次级环流，利于上升运动的发展和维持，辐散辐合区与次级环流机构基本对应，101°～103° E近地面温度较高，与冰雹发生区域相对应。“319b”过程（图1c），红河州区域仅近地面有弱上升运动，降雹范围和强度均较小。“408”过程（图1d），101°～105° E区域上升运动与下沉运动构成次级环流，低层弱辐合，冰雹出现在上升运动区。

过程对比发现，冰雹均与上升运动相配合，而次级环流的出现利于上升运动的维持和发展，“319a”过程与“408”过程均有次级环流，但“319a”过程环流的强度更强，低层配合3×10-5/s的辐合，辐合强度高于“408”过程，由此分析次级环流的强度、低层辐合程度与降雹的程度和持续时间有正相关关系。

4.3探空指标分析

通过蒙自站探空资料分析表明（表2），降雹前K指数均在30℃以上;“408”过程降雹前的SI指数甚至达到了-4.52℃，但“319a”过程降雹前SI指数大于0，SI指数的指示意义不明显;降雹前的对流有效位能均达到了700 J/kg以上，14：00的拖动订正可达1 000 J/kg以上，不稳定能量充足;除“217”过程，降雹前的0℃层高度均在4.5 km左右，-20℃层高度则分布在7～8 km。“319”过程的垂直风切变明显大于另外2个过程，降雹强度也大于另外2次过程，表明垂直风切变对冰雹的产生起着重要作用，强的垂直风切变有利于对流的维持和发展，垂直风切变越大，越有利于产生冰雹。

5雷达回波特征分析

通过文山天气雷达（CINRAD/CC，104.25° E，23.467° N，海拔1 790 m），思茅雷达（CINRAD/CC，101.02° E，22.825° N，海拔1 923.6 m）对在红河州地区产生冰雹天气的不同过程的对流单体进行雷达回波特征分析。

2月17日15：00—16：00，红河州个旧和蒙自地区降雹，分析其雷达回波特征，可发现为同一对流单体东移过程中不断发展产生。14：50左右，该单体位于元阳境内，最强回波达到40 dBZ，15：05，强回波东移至个旧境内，开始出现45 dBZ以上的强回波，15：11（图2a），强回波中心达到50 dBZ以上，对其做垂直剖面，发现无明显的回波悬垂特征，35 dBZ以上回波伸展到4 km左右，对流单体发展高度不高，但50 dBZ以上强回波中心及地，基本速度图上，回波多处出现了速度模糊，此时个旧地区开始出现2 mm左右的冰雹，并伴随着18 m/s以上的雷暴大风，降雹持续了约6 min，在此期间50 dBZ以上强回波中心触及地面特征明显。对流单体以约24 m/s的速度向东快速移动，发展成西南—东北向的线状回波，0.5°仰角上的50 dBZ以上强回波一直存在，15：34在蒙自境內出现钩状回波特征，做起剖面发现回波略有倾斜，15：40（图2b），单体发展更加旺盛，钩状回波愈加明显，0.5°仰角上强回波发展至55 dBZ以上，垂直剖面上出现了明显的回波顶偏移特征，低层弱回波区明显，35 dBZ以上回波发展至约6 km高度，假尖顶回波明显，有回波悬垂特征，蒙自地区出现了直径约2 cm的冰雹。

3月19日05：16（图3a），绿春南部监测到明显的强对流回波，最强回波强度超过35 dBZ，05：40，强回波移动到屏边与越南交界处，回波强度仍维持在35 dBZ以上，06：21最强回波发展至55 dBZ，对其做剖面，无冰雹特征出现，回波在东移过程中不断发展增强，06：27（图3b），强回波东移至金平县城西侧铜厂地区，0.5°仰角上55 dBZ以上强回波面积明显增大，沿其移动方向做反射率因子剖面（图3c），50 dBZ以上回波发展至4 km以上，铜厂地区出现冰雹。06：39，强回波移动至金平县城上空且没有减弱的趋势，抬高仰角后发现明显的回波顶偏移，对其做剖面（图3d），50 dBZ以上强回波发展至6 km以上，出现弱的“假尖顶”回波特征，明显的65 dBZ以上回波出现在2 km以下，金平县城开始降雹，并伴随极大风速为19.5 m/s的大风，观测到最大直径为3 cm，强回波在金平县城附近停留了接近3个体扫的时间，且强度没有明显减弱，造成其冰雹堆积厚度达28 cm，此后回波继续东移，强度有所减弱，金平县西部的多个乡镇，屏边、河口部分乡镇出现冰雹，但冰雹直径明显减小，强度也较弱。

4月8日02：00以后，红河州个旧、蒙自、屏边等地区出现冰雹天气，最大直径约2 cm，分析其雷达回波特征发现：02：23，文山雷达监测到元阳境内有对流单体东移，最强回波在40 dBZ，对其做垂直剖面，最强回波为40 dBZ，但是回波发展高度较高，回波顶在8 km左右。02：28，对流单体迅速发展，出现大面积超过50 dBZ的强回波，回波顶高度迅速发展到8 km以上，东移到个旧和元阳交界处时，出现了55 dBZ以上强回波及地特征，且出现了“假尖顶”回波现象，但由于监测站点稀疏，无法判断是否降雹。02：46，有新的对流单体生成，并迅速发展。02：57（图4a），新对流单体移至个旧上空，回波顶高度超过8 km，50 dBZ以上强回波中心及地，此时个旧城区已经在降雹，原来的单体回波并没有减弱的趋势且继续东移。03：14在蒙自出现弓形回波特征，且红河州东南部上空回波出现了线状回波特征，屏边东部回波出现强回波顶偏移特征，35 dBZ强回波发展高度接近8 km。03：55（图4b），线状回波经过屏边县城上空，低层弱回波区明显，回波顶偏移及“假尖顶”回波特征明显，且出现回波悬垂，屏边县城开始降雹。基本速度图上，随着强对流回波的移动，广阔的大风区持续存在，金平的南部地区出现了速度模糊，最大速度约为23 m/s。

根据上述分析，产生冰雹的对流单体发展均比较旺盛，基本速度图上基本会伴随出现广阔的大风区，局部出现速度模糊，同时发展速度较快，往往1个体扫就会发展至50 dBZ以上，强回波发展高度较高，35 dBZ以上强回波可发展至4 km以上，出现降雹时，2 km以下会出现50 dBZ以上强回波中心明显的降雹，不一定是2 cm以上直径的大冰雹，反射率因子剖面图上也会出现回波悬垂、低层弱回波区、回波顶偏移及“假尖顶”回波等回波特征。3月19日冰雹过程相比另外2次过程，对流单体发展更加旺盛，且生命时间长，在金平县城上空停留了较长时间，导致金平县出现了历史罕见的大强度降雹天气。但由于部分雷达资料的缺失，“319”过程只能选取普洱雷达站的资料，金平县城距离普洱雷达约225 km，由于地形作用和雷达回波衰减等原因，部分雷达回波特征无法准确识别。

6结论

（1）从影响系统对比，3次冰雹过程均为高空急流，配合南支槽东移引起的强对流天气，其中3月19日凌晨降雹过程因副高比常年偏强，暖湿气流的明显输送，导致降雹强度更强。

（2）降雹前，3次过程均构成“上干下湿”的不稳定层结条件，3月19日凌晨降雹过程水汽条件较其他过程好，低层连续的水汽辐合利于降雹的持续。

（3）从假相当位温的垂直分布可以看出3次冰雹过程的中高层均有干冷空气的入侵，干冷空气的入侵范围越大，降雹范围也越大，当中高层干冷空气入侵配合低层暖湿气流的输送时，更有利于强对流天气的发生和降雹。

（4）冰雹产生于上升运动区，次级环流的出现利于上升运动的维持和发展，低层辐合与上升运动越强，越有利于冰雹的形成。

（5）探空图上，K指数也能较好地反映大气层结稳定度，但SI指数对红河州地区3次降雹的指示意义不是很好;对流有效位能均达到700 J/kg以上時，对流发展旺盛，0～6 km垂直风切变越大，越有利于大冰雹的出现，“319”过程垂直风切变较大，降雹强度也较大;降雹前，红河州地区0℃层高度约在4.5 km左右，-20℃层高度则分布在7～8 km。

（6）雷达图上，产生冰雹的对流单体最强回波在50 dBZ甚至60 dBZ以上，同时发展迅速，2 cm以下直径冰雹的反射率因子剖面图上也会出现回波悬垂、低层弱回波区、回波顶偏移及“假尖顶”回波等回波特征，出现降雹时，2 km以下会出现50 dBZ以上强回波中心，并伴随着广阔的大风区，此外，35 dBZ强回波发展高度越高，越有利于冰雹的发展。3月19日凌晨降雹过程强回波的长时间停留，导致金平出现历史罕见的强降雹天气。

由于对比的过程少，上述结论还有待于进一步检验和完善，探空站点稀疏、雷达资料不完善等原因的限制，对冰雹强度和落区的预报还需要不断总结探讨。

参考文献

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责任编辑：郑丹丹