2020年“3·24”重庆城区冰雹天气形成原因与雷达回波演变特征

陈红梅， 刘洪良

(重庆市合川区气象局， 重庆 401520)

冰雹是从发展强盛的积雨云中降落到地面的冰球，是一种季节性明显、局地性强，且来势凶猛、持续时间短，以机械性伤害为主的气象灾害[1]。冰雹常常伴随狂风、暴雨等其他天气现象，会给农林牧业、通信交通、房屋建筑物以及人民生命安全等造成严重的损失。冰雹天气的预报和预警一直是短临预报的难点，是气象工作者研究的热点与难题，也是提高气象防灾减灾能力的迫切需要。近年来，针对冰雹等强对流天气，国内外学者做了大量的研究，并取得了一定的进展与成果。有研究表明，降雹一般发生在低空急流前部与高空急流垂直投影相交的区域[2]，垂直累积液态水含量(VIL)对冰雹的存在有着较好的指示作用[3]，回波强度、回波顶高、冰雹指数、VIL等是对判别冰雹云有较高应用价值的特征指数[4]。随着观测网络的建设和探测技术的快速发展，利用新一代天气雷达产品对冰雹等强对流的监测和分析取得了越来越多的研究成果[5-7]，揭示了冰雹形成的机理和其演变的规律，为冰雹的监测和预报预警服务发挥了重要作用。为进一步提高防灾减灾能力，减轻或避免因冰雹造成的灾害损失，笔者以2020年3月24日(3·24)夜间发生在重庆城区的冰雹天气为例，利用重庆市永川多普勒雷达资料，结合天气形势、物理量场诊断资料，深入分析冰雹天气的形成原因与雷达回波演变特征，为重庆今后类似强对流天气的潜势预报、临近预警提供参考。

1 天气实况

2020年3月24日22:30至25日08时，重庆城区受到强对流天气影响，出现雷雨天气，雷雨时伴有6～7级阵性大风、短时强降水和冰雹，最大小时雨量达45.3 mm，25日01时出现在渝北石坪(图1)，中心城区大部分地方出现罕见的冰雹，直径普遍在1 cm左右。由于此次冰雹天气出现在重庆中心城区，造成的影响相对较大。

2 环流形势

从3月24日20时的中尺度分析(图2)看出，200 hPa上存在明显的西南高空急流，重庆地区位于高空急流的左侧。500 hPa上四川盆地中东部有高空槽东移，重庆处于高空槽前，随着高空槽发展，槽后冷平流加强并扩散到槽前，槽前的正涡度平流有利于低空低值系统的发展。700 hPa上西南急流位于重庆的东南部，此次冰雹天气主要出现在700 hPa以下强烈发展的暖湿平流中，从强对流概念模型看属于低层暖平流强迫类[8]。高低空急流的耦合造成强烈的垂直上升运动，形成较强的风垂直切变，有利于热力不稳定增长、水汽条件的输送。850 hPa上重庆中心城区的左侧有切变线存在，温度脊位置接近切变线，地面到850 hPa为热低压控制，空气暖湿且不稳定显著。中低层上重庆大部分地区处于湿区，中心城区在湿区的边缘，湿度条件相对较好。

3 物理量特征

3.1 探空分析

分析低层和中层温差，可以判断温度层结导致的热力不稳定。通过3月24日20时沙坪坝探空图(图3)分析可知，850 hPa和500 hPa温差达29℃，大于25℃的阈值，垂直温度梯度较大，热力不稳定条件较好。从探空层结稳定度参数看，3月24日20时SI指数为—1.99℃，K指数为31.3℃，△Qse850～500达8.09℃，CAPE值608 J/kg，显示存在强对流潜势。并且0℃高度为4.1 km，—20℃高度为6.7 km，0℃与—20℃高度差为2.6 km，适宜的高度和两者间的厚度差达到降雹的参数条件。

从图3还可以看出，低层的垂直风切变较强，925 hPa东北风为4 m/s，700 hPa时为西南风为18 m/s，垂直风切变达22 m/s，高低空强的垂直风切变和强烈的上升运动有利于不稳定倾向加大。低层风随高度的顺转，说明低层有暖平流；500 hPa以上风向变化不大，稍逆转，但风速随高度的增加逐渐增大，说明上层有冷平流。上干冷下暖湿的不稳定层结条件，加上垂直风切变大，有利于热力不稳定层结的形成和加强。

3.2 地面触发机制

大量观测和研究表明，边界层辐合线是触发对流天气的重要中尺度系统，对流天气倾向于在边界层辐合线附近发生[5]。由3月24日22:10沙坪坝区域站风场和温度场(图4)看出，在重庆渝北有一条地面辐合线，低层辐合使不稳定能量得以释放，为此次冰雹天气提供了很好的触发机制，随后即22:17开始，对流在渝北南部触发出来，并在辐合线附近发展。

4 雷达资料

在冰雹发生阶段，最显著的回波特征就是多单体风暴组成线状对流。从6月24日23:54对流回波与低空急流(图5)看出，线状对流位于低空急流出口区左侧，与低空急流平行，随低空急流东移而移动，两者具有很好的对应关系。对流单体首先在渝北生成，然后向西南方向传播，在引导气流作用下再向东偏北方向移动，传播与移动方向相互抵消，促成对流成清楚的线状，并长时间维持在主城附近。虽然单体尺度较小，但发展较快，1个体扫就达50 dBz，强度最大达65 dBz。

多普勒雷达具有较高的时间和空间分辨率，根据观测到的实时雷达回波发展趋势及强度，可以及时发布预警，做好短临服务。由3月24日22:18—48雷达回波演变(图6)看出，对流单体A，首先于22:18在渝北东边发展，从剖面图上可以看出回波单体从东边开始发展，并且强度较强，达35 dBz。22:24单体A向上向下伸展，在其后部又有一个单体B生长，B也是先从东边开始发展。22:30单体A基本发展成型，后面又有单体迅速发展。22:36单体A和单体B趋于合并，单体A质心有明显下降，55 dBz强回波处于接地状态，此时冰雹处于降落过程。22:42单体E又发展到45 dBz，22:48单体E和D进一步发展加强，冰雹持续降落。

VIL值表示将反射率因子转换为等价的液态水值，是假设所有反射率因子返回都是液态水引起，通过经验关系得出。VIL可以用于判别强对流天气造成的暴雨、冰雹等灾害性天气。VIL跃增是冰雹独特的特征，VIL的跃升对冰雹临近预报具有一定的指示意义。此次冰雹等强对流天气发生前，在冰雹出现的代表站沙坪坝站VIL值快速升高，在3月24日15:20—44，VIL值由20 kg/m2跃增到60 kg/m2。

5 小论

通过2020年3·24重庆城区冰雹天气分析表明：1) 本次强对流天气属于低层暖平流强迫类，主要影响系统为500 hPa低槽，700 hPa西南急流，地面至850 hPa热低压和850 hPa温度脊。2) 探空CAPE、K、SI等指数指示意义较好，不稳定能量的积聚，适宜的0℃层、—20℃层高度以及地面辐合线的触发，有利于冰雹的形成。3) 此过程线状对流与700 hPa西南急流对应较好，呈东北-西南向，位于低空急流左侧，且与低空急流平行。4) 此次过程冰雹多发生在多单体风暴阶段，最大反射率因子超过65 dBz，且50 dBz回波扩展到—20℃层以上的高度。5) VIL垂直液态水含量从20 kg/m2跃增到60 kg/m2，VIL跃升对冰雹临近预报具有一定的指示意义。