江西冰雹卫星云图特征分析

范小军，马中元，黄龙飞，辛玮琪，洪丽霞，宋 雄

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.宜丰县气象局，宜丰 336300；3.景德镇市气象局，景德镇 333000)

0 引言

江西冰雹是春季主要的强对流天气之一。在卫星云图上，江西冰雹主要表现为中尺度对流系统MCS云系结构，对应于雷达拼图CR产品上是典型的超级单体回波。卫星云图探测范围广阔，且此雷达响应速度快，因此，研究卫星云图强对流云系特征具有重要的意义。

国内不少专家学者对冰雹、雷暴大风等强对流天气的云图特征和雷达特征进行了大量研究与分析，取得了丰硕的研究成果。例如：侯建忠[1]等研究云图特征指出，若云系右侧出现新的中尺度对流云图，预示着新云团未来发展加强迅速。彭军[2]等认为“S”型云系边界凹处对应系统性降水中心，低涡云系南段对应强对流中心。张杰[3]等研究指出在高能高湿环境条件下，由于辐合抬升作用，对流单体生成、不断长大、有规律排列、相互合并发展成不同大小和形状的单体风暴、多单体风暴、飑线、MCC，结构密实且不均匀，伴随激烈地闪的同时产生冰雹大风和短时强降水等强对流天气。陈刚毅[4]等利用GMS-5的TBB(亮温)非线性时间序列资料，对湖北武汉“98.7”特大暴雨进行了定常与非定常特征计算和判断分析，结果与实际降雨的变化趋势吻合。陈鲍发[5]等研究得出江西WebGIS雷达拼图上冰雹的4个预报着眼点。马中元[6-8]等研究得出飑线移动前方不断产生具有“前伸”、TBSS和虚假回波结构的局地雹云超级单体回波群，这些飑前中小尺度系统是产生此次冰雹灾害的主要回波系统；副高边缘雷达回波特征主要有两种：一是南北向短带回波，有时会发展为弓状回波；二是强回波单体，超级单体和复合单体回波。研究成果多为从天气背景、层结条件、中小尺度天气系统、单部雷达回波产品等方面进行论述，很少使用多部雷达拼图产品和回波系统廓线来描绘回波演变。描述冰雹回波系统的移动规律，可为监测预警江西冰雹天气提供理论依据[9-13]。

文章使用常规天气资料、卫星云图、TBB资料和雷达拼图等资料，对2021-03-30—2021-03-31江西罕见大冰雹天气进行分析，试图了解江西冰雹卫星云图演变特征，为江西冰雹等强对流天气的监测预警提供分析依据。

1 资料来源

地面要素资料来源于江西省自动气象站要素显示平台；天气背景资料、探空数据和卫星云图数据来源于MICAPS平台；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图平台；冰雹资料来源于国家站记录、微信群视频、图片和乡镇村信息员灾情调查资料。

2 天气实况与天气背景

2.1 天气实况

2021-03-30—2021-03-31，江西出现罕见的大冰雹天气。冰雹自西向东横扫铜鼓、宜丰、上高、高安、奉新、新建、南昌市、南昌、进贤、余干、乐平、景德镇和婺源等地，其中铜鼓、南昌市等地还出现罕见大冰雹，最大雹径超过10 cm，呈放射状，普通雹径也在20～50 mm。此次江西大冰雹事件，无论是超级单体回波的强度、维持时间、影响范围和冰雹直径都是历史罕见的。

30日20：00至31日20：00，大冰雹所经之地，国家站记录极大风速≥17.2 m/s有7站，最大风速23.3 m/s(南昌市)；区域站记录极大风速≥17.2 m/s有33站，最大风速23.3 m/s(南昌市)。此次过程最大风速发生在赣州市信丰县(28.0 m/s)，但远离大冰雹发生地。

30日20：00至31日20：00，大冰雹所经之地，国家站记录雨量≥30.0 mm/24 h的有9站，最大雨量91.1 mm/24 h(景德镇)；区域站记录雨量≥30.0 mm/24 h的有183站，最大雨量103.0 mm/24 h(景德镇市官庄村)。

2.2 天气背景

2021-03-30T20：00，强对流天气的重要天气系统有中层和低层西南急流、地面倒槽、低层切变线，同时伴有低层暖脊、“上干下湿”等有利于强天气发生的温湿条件。水汽条件充沛、大气层结极不稳定且伴有较强的不稳定能量。此次过程的不同点是强对流发生时，高空低槽并没有明显东移，这与中低层切变线和地面辐合线、西南急流、倒槽等条件有关，属于典型暖区强对流天气型特征[14-16]。

3 FY4A云图特征

3月30—31日是江西中北部冰雹天气过程，十多个县市出现冰雹、雷暴大风、强雷电和短时强降水天气，南昌市冰雹直径和密度都是罕见的，国家站记录雹径为60 mm，但实况照片测量却超过100 mm。余干县玉亭镇百湖村和南昌县塘南镇西联村发生雷击事件，伤亡2人。此次冰雹过程，铜鼓是首站入境地，经过宜丰影响下游地区。

3.1 30日中尺度对流系统MCS影响

30日20：00，在湖南东北部晴空区有一条东北—西北走向的积云线，江西南部有中尺度对流系统MCS发展，MCS对江西中北部冰雹影响不大，故不分析；20：30，晴空积云线快速发展，21：00移至江西铜鼓边界，并发展成为对流云系；21：30，对流云系朝东北偏东方向移动，进入铜鼓境内；22：00—22：30，对流云系发展成为中尺度对流系统MCS，铜鼓境内部分乡镇出现大冰雹；23：00—23：30，MCS影响宜丰北部，部分乡镇出现冰雹；31日00：00，MCS移出宜丰后，得到进一步发展加强；00：30—02：00，MCS影响新建、南昌等地，南昌市出现罕见大冰雹，然后，MCS朝东北方向移入赣东北地区。

3.2 31日多条对流云带影响

31日17：30，在湖南与江西交界处(铜鼓附近)有积云A发展；18：00—18：30，积云A发展成为对流云带，影响铜鼓和宜丰；19：00，A对流云带发展迅速，铜鼓再次出现冰雹；与此同时，湖南境内出现积云B发展；19：30，A对流云带继续东移影响宜丰等地，部分乡镇出现冰雹；积云B发展；20：00—20：30，A对流云带继续影响下游地区，积云B发展成为对流云带；21：30—22：00，A对流云带有所减弱；B对流云带发展，再一次造成铜鼓、宜丰等地出现冰雹。

由此可见，30日在湖南东北部晴空区有积云线存在，晴空积云线快速发展成为对流云系，进一步发展成为中尺度对流系统MCS，铜鼓境内部分乡镇出现大冰雹，宜丰北部部分乡镇出现冰雹；MCS移出宜丰后，得到进一步发展加强，新建、南昌等地出现罕见大冰雹。31日积云A发展成为对流云带，影响铜鼓和宜丰，造成铜鼓、宜丰出现冰雹；湖南境内出现积云B发展成为对流云带，又一次造成铜鼓、宜丰等地出现冰雹。

4 MCS中尺度对流系统TBB特征和雷达拼图回波特征

卫星云图和雷达拼图是监测强天气的有效手段。TBB黑体亮温等值线能够清晰反映中尺度对流系统MCS的分布和演变；在雷达拼图上，MCS表现为超级单体、回波带上超级单体和强单体回波特征。云图和回波相结合，可以较准确地反映冰雹系统的MCS特征和超级单体、带上超级单体、带上强单体回波特征，为识别冰雹天气提供分析依据。

4.1 MCS黑体亮温TBB特征

2021-03-30，江西境内(赣南和赣北)出现2次中尺度对流系统MCS活动，其中赣南A-MCS发生时间早，TBB黑体亮温和结构比赣北B-MCS强，但形成的冰雹灾害不同。A-MCS只造成会昌县局部乡镇出现冰雹，B-MCS却造成赣北和赣中北部出现大范围冰雹天气，其中，铜鼓、南昌等地出现罕见大冰雹。

30日21：00(图1a)，B-MCS在湖南和江西交界处(铜鼓附近)产生，此时TBB亮温只有-70～-83 ℃，是B-MCS初生发展阶段；A-MCS比较强，TBB亮温达到-96 ℃，赣南会昌部分乡镇出现冰雹，因此，A-MCS是比较经典的冰雹云MCS。22：00(图1b)，B-MCS面积扩大，但TBB亮温变化不大，进入铜鼓，造成铜鼓部分乡镇出现冰雹天气；A-MCS移至江西南部省界附近，亮温有所减弱。23：00(图1c)，B-MCS发展壮大，TBB亮温达到-96 ℃，铜鼓、宜丰北部乡镇继续出现冰雹天气；A-MCS移出江西，并逐步减弱。31日00：00(图1d)，B-MCS继续发展壮大，TBB亮温达到-109 ℃，南昌等地出现罕见大冰雹。

图1 2021-03-30T21：00—2021-03-31T00：00 TBB卫星云图

由此可见，B-MCS是影响江西北部大冰雹的中尺度对流系统，TBB亮温在-70～-109 ℃，铜鼓、宜丰、新建和南昌等地部分乡镇出现大范围冰雹天气；当TBB亮温达到-109 ℃时，南昌等地出现罕见大冰雹。

4.2 雷达拼图超级单体和带上强单体回波特征

30日22：10(图2a)和23：10(图2b)，影响赣北的冰雹回波系统表现为孤立经典超级单体回波结构，雷达拼图CR回波中心回波核达到70 dBz，60 dBz强回波面积较大，30～60 dBz的回波梯度较大(距离越短梯度越大)，在沿高空风云砧方向有“前伸”回波结构。这是经典超级单体回波特征，造成铜鼓、宜丰部分乡镇出现冰雹天气。

31日18：20(图2c)和19：10(图2d)，影响赣北的冰雹回波系统表现为在不连续回波带上(被定义为飑线回波带)，有若干个超级单体、弱超级单体和强单体回波存在，弱超级单体比经典超级单体要偏弱一些，强单体回波比弱超级单体回波偏弱一些，主要区别是回波强度和强回波面积很难达到经典超级单体程度，但弱超级单体和强单体回波都可以形成中等以下冰雹天气[17-22]。在飑线回波带上出现的超级单体和强单体回波称为带上超级单体、带上强单体回波等。

图2 2021-03-30T22：10—2021-03-31T22：30 江西冰雹雷达拼图回波特征

31日20：10(图2e)、21：20(图2f)、22：00(图2g)和22：30(图2h)，都属于回波带上超级单体或强单体回波结构，回波带上有若干个发展进程不同的超级单体或强单体回波，CR回波强度达到60～65 dBz，很少达到70 dBz，带上超级单体和强单体回波造成沿途不断出现冰雹天气。

5 结束语

文章使用常规天气资料、卫星云图、TBB资料和雷达拼图等资料，对2021-03-03—2021-03-31江西罕见大冰雹天气进行分析，在对卫星云图TBB黑体亮温与雷达拼图回波强度进行对比分析时，发现30日21：00赣南A-MCS中尺度对流系统的TBB黑体亮温，明显低于31日00：00赣北B-MCS中尺度对流系统的TBB黑体亮温，但A-MCS只造成南昌部分乡镇出现冰雹，而B-MCS却造成赣北多地出现冰雹，其中南昌出现罕见大冰雹。通过雷达拼图CR回波强度对比，发现A-MCS的回波强度明显低于B-MCS的回波强度，这就说明，TBB黑体亮温揭示MCS对应的超级单体回波存在偏差。这个偏差需要多个例子进行分析和检验。