连南县三江镇一次冰雹天气过程的短临预报思路分析

魏睿 张琳

摘要    利用MICAPS再生图像资料、ECMWF_FINE模式与多普勒雷达探测等图像产品资料，对2016年4月17日三江镇发生的1次小范围强对流过程的天气环流背景、各物理量及多普勒雷达回波变化过程进行了短临预报思路分析。结果表明，本次强对流天气过程环流背景复杂;大量的不稳定能量集聚与适合的0 ℃层与-20 ℃层为冰雹的生长提供了有利的条件;存在下湿上干的不稳定层结与强烈的风速辐合通道加上适宜的风切变环境和地形抬升作用;雷达组合反射率与雷暴中心VIL的回波特征预示了本次冰雹的出现。

关键词    强对流天气;冰雹;物理量;雷达特征;广东连南;三江镇

中图分类号    P456.1        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）06-0177-04                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Analysis  on  Nowcasting  Thought  of  a  Hailstorm  Process  of  Sanjiang  Town  in  Liannan  County

WEI Rui    ZHANG Lin

（Meteorological Bureau of Liannan Yao Autonomous County，Liannan Guangdong 513300）

Abstract    Using MICAPS regeneration image data，ECMWF_FINE mode and Doppler radar images production，this paper analyzed the nowcasting thought of small scale process of strong convective weather of Sanjiang Town in Liannan County on April 17，2016，including irculation background，various physical quantities and the Doppler radar echo change process.The results showed that the strong convective weather process had a complex circulation background;a large number of unstable energy accumulating and suitable 0 ℃ and -20 ℃ layer provided favorable conditions for the growth of hail;there were unstable stratification of wet lower layer and dry upper layer，a strong wind speed convergence channel and appropriate wind shear environment with the orographic lifting effect;radar combination alberto and the VIL echo characteristics of thunderstorms center indicated that the hail storms would occur.

Key words    strong convective weather;hail;physical quantities;radar characteristic;Liannan Guangdong;Sanjiang Town

由大氣中的对流不稳定层结造成的，并伴有强降雨、大风、冰雹、龙卷风等的天气现象被称为对流性天气[1]。作为华南汛期中常见的天气过程，常给经过的地区带来强降水、雷雨大风、冰雹等灾害性天气，是预报员所要关注的重点对象之一。在预报过程中，常用MICAPS软件、ECMWF_FINE模式等图像产品资料帮助预报员判断强对流天气对局地的影响时间、过程强度等。多普勒天气雷达能探测到传统雷达不能探测到的一些大冰雹特征，如弓形回波、后侧入流缺口和有界弱回波区等[2-3]。Zrnic[4]在1987年提出了三体散射特征（TBSS）的概念，Amburn等[5]观测到VIL回波特征对判断强对流天气过程中是否会出现冰雹有着极大的贡献。

连南瑶族自治县（下称连南县）位于广东省西北部清远市的北部，与连州县、连山县等地毗邻。连南县境内崇山峻岭，连绵百余里，总面积的87%为山地，地势北、西、南高，东部低平，山脉多由北向西南走向[6]。三江镇是连南县的县城所在地，是县的政治、经济、文化中心。其位于县境的东北部，西南北三面群山环抱，东面较平坦[7]。

本文利用上述工具与资料，参考相关学者的研究[8]，对2016年4月17日三江镇发生的1次小范围强对流过程的天气环流背景、各物理量及多普勒雷达回波变化过程进行一次简单的天气过程分析，为此后预报强对流过程时提供一些预报思路与历史依据。

1    过程概况

2016年4月17日，受强对流云团影响，连南县部分乡镇出现了短时强降水、冰雹、雷雨大风等强对流天气，各地普降小到中雨，局部大雨，其中连南观测站（三江）12：10—13：20出现阵雨;12：36—12：44持续了8 min的大风，最大风速28.8 m/s（11级）;12：37—12：45记录到了8 min的冰雹，最大直径40 mm。

此次强对流天气造成连南县部分房屋受损，无人员伤亡。受灾情况：三江镇损坏水泥屋267间，城西第一岭基水圳崩30 m，太子参损失0.67 hm2。

2    環流形势实况分析

广东的强对流天气过程常常是在中层500 hPa中高纬两槽一脊，低纬孟加拉湾有低槽，槽前有小槽东移，低层为偏南气流的形势下发展，在高层冷平流低层暖平流的作用下逐渐形成不稳定层结[9]。由4月17日8：00的MICAPS图可以看出，此次强对流天气过程中500 hPa由槽前多波动西南气流控制，850 hPa存在渐强西南气流与切变线影响，地面受低压槽的偏南气流的共同影响，为广东省带来局部的灾害性天气。

3    数值预报物理量条件分析

3.1    水汽条件

在850 hPa和925 hPa高度层上，广东省受西南方向的水汽入侵，整体水汽通量辐合增强、移速加快、水汽含量增多，为整个广东省的强对流天气提供了有利的水汽条件（图1）。

由表1看出，清远市上空为1个下湿上干的层结，一旦遇上良好的触发条件则有利于强对流天气过程、尤其是冰雹的发生。

3.2    不稳定能量条件

ECMWF_FINE模式的图像资料显示，在4月16日0：00至4月17日12：00（世界时）之间，K指数、CAPE值、SI指数指明广东省西部与北部存在充足的不稳定能量。

在图2（a）可见，连南县观测站上方蕴含着大量的潜在不稳定能量，为强对流天气过程的发展提供了有力的能量条件;4月17日12：00（世界时），此时潜在不稳定能量已被释放出来，大气层结趋于稳定，见图2（b）。

在广东，适宜大冰雹生长的物理量平均值是0 ℃层高度4 505 m，-20 ℃层高度7 632 m[8]。在图2（a）中，0 ℃层在4 500～5 000 m之间，-20 ℃层比400 hPa层的7 553 m略高，接近历史的平均值，说明此时的天气条件为冰雹成长提供了有利的环境。

3.3    抬升系统

由垂直速度填色图可知，500 hPa、700 hPa与850 hPa高度层平面连成了一条贯穿华南地区的垂直速度高值带，即此时华南上空形成一条竖直向上的风速辐合带，并形成一个明显的斜压系统，是强对流天气的一个明显的特征。

风切变图和涡度图也存在类似的特征，此时高低层垂直风切变在30～50°之间，且存在低层辐合、高层辐散的自下往上的风速通道。高空辐散使得低层低压环流能够维持和发展而不被填塞，是强风暴维持和发展的重要条件[9]。

此外，强天气过程的发生发展不仅与有利的大尺度天气背景、高温、高湿和层结不稳定条件等大气状况有密切联系[10]，往往还受地形条件影响[11-12]。连南的山地环境为自西北而来的不稳定气团产生了摩擦、抬升作用，使其不稳定能量被抬升聚合，同时低层暖湿气流也被抬升到高空，使其湿层厚度增加，为冰雹的生长提供适宜的环境。

根据以上条件可以初步判断出，在4月17日8：00—14：00（北京时）之间，连南县较大可能会出现雷暴，短时大风和短时强降水等强对流天气，局地伴有冰雹。

4    多普勒雷达回波分析

4.1    组合反射率

本次分析用的雷达回波图取自于广西省梧州市多普勒雷达组合反照率图，经过挑选与裁剪，重点在于突出本雷暴单体的变化过程及在连南县三江镇影响与离开时间。

4月17日10：21，见图3（a），有雷暴单体出现在广西省梧州市雷达图像的北部，其中心反照率达50 dBZ以上;其后该单体继续往东南偏东方向运动，于10：51，出现钩状回波特征，后侧出现了入流缺口的冰雹特征，雷暴中心强度达60 dBZ，见图3（b）;12：04，2个雷暴单体合成一条回波带，出现明显的弓状回波特征，并且形成了有界弱回波区，见图3（c）;12：22，呈现明显的三体散射特征，见图3（d）;12：34，雷暴单体影响连南县三江镇，实况于12：36（北京时）开始记录到大风，12：37有冰雹降落，随后雷暴单体继续往东南偏东方向移动，见图3（e）;于12：46，单体中心30 dBZ以上强度区离开连南县三江镇，见图3（f）。

4.2    垂直累积液态水含量

垂直积分液态水含量（VIL）反映了风暴单体的综合强度，对于大冰雹的潜势具有较好的指示作用[13]，大冰雹往往对应高VIL值[14]，VIL跃增的特性可作为判断降雹的指标之一[15]。

根据梧州的多普勒雷达VIL图可知，4月17日10：57，雷达中心上方出现雷暴单体，其雷暴中心约为30 kg/m2左右;11：28，雷暴中心VIL第1次突降至最高20 kg/m2左右;而在11：52，雷暴中心VIL第1次跃增至40 kg/m2;12：04，雷暴中心VIL第2次突降到15～20 kg/m2，随后在12：34雷暴中心VIL第2次跃增至60 kg/m2左右，并为三江镇带来冰雹天气;12：46，VIL高值区离开三江镇，同时降雹结束。