一次冰雹天气过程分析

赖师美，张达文

（1.广东省平远县气象局，广东 平远 514600；2.广东省梅州市气象局，广东 梅州 514021）

冰雹是广东前汛期（4—6 月）较为常见的强对流天气，具有水平尺度小、生命周期短，但强度大、破坏性强的特点，影响波及农业、电力、通讯等各行各业，并危及人民生命财产安全.因此，深入了解冰雹形成机理，开展冰雹天气过程分析，进行经验总结对往后冰雹的监测、预警意义重大，利于防灾减灾能力的提升.曾数军等［1］在对花都2012 年4 月12 日发生的冰雹天气过程进行分析发现中等偏强的风速垂直切变和高空辐散可提供动力条件，多普勒雷达等有钩状回波、VIL 值突变等特征.此外，还有很多专家学者利用再分析资料、多普勒雷达资料对冰雹等强对流天气进行研究，对冰雹等强对流天气监测预警具有很好的指导作用［2-6］.

2015 年4 月19 日夜间到20 日早晨，受高空槽和冷空气影响，梅州出现中到大雨、局部暴雨到大暴雨，19 日20 时—21 日8 时梅州市录得100 mm 以上降水的站点有1 个，为五华县华阳镇（102.5 mm），50～100 mm 的站点有5 个.另外20 日下午梅州市南部出现大面积强对流天气，五华、丰顺、兴宁部分乡镇出现冰雹大风天气，其中16—17 时五华观测场录得11 级短时大风（29.6 m/s）并出现一小时32 mm 的短时强降水，且伴有直径2 cm 大小的冰雹.笔者利用MICAPS 探空资料、地面资料和多普勒雷达资料对此次冰雹过程进行分析，旨在总结分析冰雹发生时的环流背景、物理量、回波特征等情况，为冰雹预测预警提供参考.

1 冰雹天气过程的环流背景分析

1.1 环流背景

图1 梅州19 日20 时—21 日8 时雨量（左）及20 日16 时—20 日17 时3 秒极大风速（右）

此次强对流天气过程是一次全省性的强对流天气过程，在清远及广东沿海地区出现了大面积的冰雹天气，在大尺度环流上有比较明显天气系统影响.

图2（左）20 日8 时200 hPa 广东处于南亚高压北侧，广东东部有非常明显的扇形流场，特别是粤东地区处于扇形流场出口的强辐散场中，并且广东全省都处于高空急流右侧，有利于低层暖湿气流辐合抬升.图2（右）20 日8 时500 hPa 高空槽位置在云南一带，广东省处于槽前强西南气流中，20 日高空槽明显东移.

图2 4 月20 日8 时200 hPa 流场及500 hPa 高度场及风场

从图3（左）20 日8 时700 hPa 上看，温度露点差T-Td＞10 ℃的干区（绿实线区域）分布在粤东沿海一带；而850 hPa 风场在20 时8 时T-Td ≤1℃的湿区分布在清远、珠三角及珠三角以东的沿海地区，表明在低层湿度大. 700 hPa 西南急流旺盛，一直延伸到浙江一带，华南地区并伴有深槽东移.从图3（右）20日8 时850 hPa 上看，有切变线南压，切变线南侧广东沿海一带西南急流明显.

图3 20 日8 时700 hPa 风场（干区：带★实线区域）及850 hPa 风场（湿区：虚线区域）

从图4（左）20 日8 时925 hPa 风场来看，广东沿海一带有较强的西南急流，在广东全省范围内切边线明显南压；从图4（右）19 日20 时—20 日20 时锋面变化来看，19 日夜间开始有西路冷空气南下，20 日冷锋快速南下.

图4 20 日8 时925 hPa 风场（左）及19 日20 时至20 日20 时锋面变化（右）

1.2 冰雹天气过程的环流背景小结

此次冰雹过程发生在：（1）200 hPa 高空急流右侧扇形强辐散流场中，500 hPa 有明显高空槽东移；（2）850 hPa 和925 hPa 有切变线南下，切变南侧西南急流明显，700 hPa 有槽东移；（3）20 日有冷锋快速南下.

2 冰雹天气过程的物理量分析

2.1 K 指数及局地温度变化

K 指数是用于分析大气稳定程度的气象学单位，可以反映大气层结稳定情况，当K 指数越大时，层结越不稳定.从图5（左）18 日20 时—20 日8 时汕头、河源K 指数变化来看，河源探空一直维持较高，在20日8 时达到36℃，有利于对流的发生；而汕头探空K 值变化幅度较大，在20 日8 时只有17℃，并不理想，反映出北面冷空气入侵与南面暖湿气流造成的梅州南部层结不稳定.

从图5（右）16—20 日五华最低以及最高气温变化上看，从18 日起五华最低和最高气温均较高，18日以后最低气温在20℃以上，最高气温在27℃以上，前期增温明显，20 日有冷空气南下影响，冷暖交汇容易引发强对流天气.

图5 18—20 日河源、汕头K 指数变化及16—20 日五华最低最高气温变化

2.2 探空分析

鉴于梅州本次冰雹主要出现在南部地区，因此主要分析汕头探空站资料.

汕头站4 月20 日8 时TlogP 图（见图6），呈现出喇叭状，上干下湿的层结曲线，850 hPa 以下湿度非常大（T-Td 小），之后湿度迅速减小（T-Td 增大）.从低层到高层风随高度顺转，低层为西南风，400 hPa 转为西风，250 hPa 以上转为西北风，风切变大，有利于强对流的维持和加强；从CAPE 值上看，8 时CAPE 值并不大，只有839.4 J/kg，采用中午11 时温度30 ℃，露点温度23 ℃订正后，CAPE 明显增大，达到1 712 J/kg，说明中午前后能量充足，有利于强对流天气的发生. 0 ℃层在600 hpa 左右（4.5 km），-20℃层400 hpa（8 km）左右，有利于雹胚的发展.

图6 20 日8 时汕头tlogp 图及11 时订正后tlogp 图

2.3 冰雹天气过程的物理量分析小结

此次冰雹物理量特征：（1）20 日8 时河源站K 值在36 ℃，但汕头只有17 ℃，并不理想；前期局地增温明显，冷空气南下后冷暖交汇有利于对流天气的发生；（2）20 日8 时汕头TlogP 图呈现出喇叭状，上干下湿的层结曲线结构；（3）0 ℃层在600 hpa 左右（4.5 km），-20 ℃层400 hpa（8 km）左右，有利于雹胚的发展；（4）从低层到高层风随高度顺转，风切变大；CAPE 值不大，订正后CAPE 值较大.

3 冰雹天气过程的回波分析

3.1 反射率因子

从组合反射率因子上看（见图7），造成此次冰雹的强回波是在河源生成并发展的，14：54 在河源上空有两个强风暴，造成冰雹的是强风暴1，强度上看，强风暴2 比强风暴1 要强，移动方向强风暴以向东移动为主，强风暴2 以东南方向为主.16 时强风暴1 移到梅州五华县与河源紫金县交界处，强度迅速加强，回波中心强度达到69 dBz，之后强风暴以东移方向为主，强度继续维持，在五华北部、兴宁南部、丰顺中部地区造成冰雹和雷雨大风天气；而强风暴2 进入梅州以后强度有所减弱，但同样给五华中南部地区造成大面积的雷雨大风天气.此次冰雹风暴的尺度较小，影响范围只有10 km 左右.

图7 14：54、16：00、16：42、17：30 组合反射率因子/dBz

从16：42 五华上空不同仰角的反射率因子上看（见图8），在光标处可以知道，强回波中心随高度向移动方向右侧倾斜，特别是在9.9 °以上仰角倾斜明显（强回波中心高度7.7 km）.由于冰雹风暴尺度和强度相对较小，在反射率因子上并没有出现明显的三体散射特征.

图8 16：42 五华上空不同仰角下反射率因子/dBz

从图9 各个时次垂直液态水含量看，在14：54 冰雹风暴垂直液态水含量并不高，只有25 kg/m2，到16时迅速增加到58 kg/m2.通过图10 可以看到冰雹风暴从16—18 时，垂直液态水含量一直维持在50 kg/m2以上，组合反射率因子强度维持在65 dBz 以上.

图9 14：54、16：00、16：42、17：30、18 时：18 分垂直液态水含量/kg·m-2

图10 冰雹风暴组合反射率因子及垂直液体水含量时间变化图

3.3 径向速度及回波顶高

此次冰雹过程中径向速度图上中气旋特征并不明显，仅在16：42，1.5°仰角上在五华上空出现45 m/s的大风区，其余仰角与时次不明显；再分析其回波顶高度（18.3 dBz 所在高度），冰雹发生时回波顶高度一直维持在14 km 左右，见图11.

图11 16：42，1.5°仰角径向速度/m·s-1 及回波顶高度/km

在短临上判断是否有冰雹，首要考虑的是反射率因子强度，强度如果在65 dBz 以上，结合垂直液态水含量值，如果其在50 kg/m2以上，可以考虑发布冰雹预警.三体散射及中气旋虽然是判断冰雹的良好指标，但结合近几年梅州发生的冰雹天气，反射率因子的三体散射特征并不明显，而中气旋时有时无.

3.4 冰雹天气过程回波分析小结

此次冰雹回波特征：（1）冰雹风暴以偏东移动为主，最大反射率因子强度为69 dBz，尺度较小；强回波中心随高度向移动方向右侧倾斜；（2）冰雹风暴垂直液态水含量一直维持在50 kg/m2以上，组合反射率因子强度维持在65 dBz 以上；（3）径向速度图上中气旋特征并不明显，冰雹发生时回波顶维持在14 km左右.

4 结论

（1）此次冰雹过程是发生在200 hPa 高空急流右侧扇形辐散流场、500 hPa 高空槽前、低层切边线及南侧强西南急流、地面有冷锋快速南下的环流背景中；（2）前期局地增温明显，汕头TlogP 图呈现喇叭状层结曲线，风切变较大，订正后的较大的CAPE 值和适宜雹胚发展的0 ℃层和-20 ℃层高度有利于冰雹的发生发展；（3）冰雹风暴以偏东移动为主，组合反射率因子强度维持在65 dBz 以上，VIL 值一直维持在50 kg/m2以上；强回波中心随高度向移动方向右侧倾斜；径向速度图上中气旋特征并不明显，冰雹发生时回波顶高维持在14 km 左右.