一次冰雹天气的多普勒雷达产品分析

摘要 利用长乐新一代天气雷达（CINRAD/SA）产品等，分析了福建省莆田市2012年4月11日的一次冰雹过程。结果表明：2012年4月11日的莆田地区冰雹天气主要影响系统是低层有切变配合冷空气影响。三体散射回波的出现对冰雹天气的出现具有很好的预警意义。风暴低层前侧有弱回波区，风暴发展阶段垂直液态含水量VIL出现跃增；冰雹发生在弱回波区、垂直累积液态含水量大值区重合的区域内；地面到500 hPa之间属于中等强度的垂直风切变，使暖湿气流源源不断地输送到发展中的上升气流中去，从而有利于相对风暴气流的发展。

关键词 冰雹；多普勒雷达；天气形势；三体散射

中图分类号 P458.1+21.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）21-0240-02

冰雹是春季常见的一种强对流天气，并且会给农业生产带来危害，造成巨大损失。但由于冰雹突发性较强，所以冰雹的短时临近预报为一难点[1-3]。2012年4月11日，受低层有切变配合冷空气影响，莆田市出现了雷暴强对流异常天气过程，在15：00―15：15莆田市西天尾镇、梧塘镇等地出现了1～2 cm的冰雹降雹过程。在此次冰雹过程中利用长乐新一代天气雷达（CINRAD/SA）回波资料进行跟踪，本文对此次降雹过程回波演变特征等进行分析总结。

受地面切变影响，4月11日午后，莆田市部分乡镇遭受了汛期以来的第1场雷雨冰雹天气袭击，15：00―15：20左右西天尾镇、梧塘镇等乡镇部分村落出现雷雨冰雹天气。

1 天气形势分析

1.1 形势背景分析

地面弱冷空气东路扩散南下，低层冷切逐渐东移，夜间华南暖切发展东伸，配合大的垂直风切变，造成莆田市有较强的辐合抬升条件；低层有暖脊发展，暖平流明显，地面增温增湿，有暖平流配合冷空气影响，莆田市层结不稳定，中南部CAPE值较大，大于2 000 J/kg；莆田市低层湿度条件好，南部700 hPa以上较干。综合考虑，莆田市部分县市有强对流天气（图1）。

1.2 探空曲线分析

层结稳定度方面，福建省层结不稳定，中南部较大。从11日8：00福州站探空图看出福州地区有K值达38 ℃的高能量舌，SI指数为-1.21 ℃的弱的不稳定结构，925 hPa为西南风，风速较小（6 m/s），850 hPa以上为偏西风，风速较大（>12 m/s），有一定的垂直风切变，风随高度顺时针旋转，有暖平流（图2）。由于强对流天气有明显的日变化，随着下午气温的升高，高层冷空气的加入，层结的不稳定性也会在午后达到最强。T（850～500 hPa）值为26 ℃，0 ℃层高度在700 hPa附近，-20 ℃层高度则在400 hPa以下，这都符合福建省主要灾害性天气分析预报中的单站降雹指标。

1.3 水汽条件

比湿方面，中南部低层湿度条件好，南部700 hPa以上较干。由图3可明显看出，此次强对流天气过程前期，莆田市处暖湿气流控制，华南有湿舌东伸至福建，莆田市4月11日8：00―20：00 850 hPa比湿达到12 g/kg。由图4可看出，ΔP325 ℃，地面高温高湿，低层丰富的水汽为冰雹、暴雨等强对流天气的产生提供充足的水汽和能量条件。

1.4 能量条件

850 hPa总温度梯度对强降水有很好的指示作用，总温度梯度大的区域预示后期该区域有利出现强对流天气等强天气。图5为4月11日8：00―20：00 850 hPa的总温度场，从图5可以清晰看出，11日8：00 850 hPa的总温度场最大值中心位于广东与广西交界处，中心达到65 ℃以上。分析11日20：00的总温度场，发现总温度中心北伸至福建省中南部，莆田市上空的总温度达到了64 ℃左右，并且总温度梯度迅速增大，梯度大值区维持在福建省中北部，低层高能区为暴雨的产生提供充足的能量条件。19：00―20：00莆田市仙游县站2 h降水量达54.5 mm，说明总温度梯度对强降水有较好的指示作用。

1.5 抬升条件

散度分析表明，福建中部动力抬升条件好。4月11日14：00，通过GFS散度分析，925 hPa福建中部沿海为负散度大值区，莆田市925 hPa散度达-1.4×10-5/s。4月11日20：00 925 hPa负散度大值区往东发展入海，福建中部散度迅速变成零值，低层辐合不明显，莆田市降水逐渐减弱。4月11日14：00，200 hPa福建西部为正散度大值区。说明低层在福建中部及沿海有强辐合上升动力条件，高层存在辐散，有利触发对流发展，引发强对流、短时强降水天气。

2 雷达资料产品分析

2.1 雷达回波特征

此次降雹过程发生在莆田西天尾镇、梧塘镇等地。产生此次降雹的风暴单体是从江西中北部发展起来的局地对流单体东移过来的，在整个偏东移动过程中风暴基本以单体的形式出现，风暴后期几块对流体合并移入海上逐渐消亡。从组合反射率产品可以看出，11：30风暴在莆田北部逐渐发展起来，强回波中心都在55 dBZ以上，在14：00三明东部的风暴中心已达74 dBZ，在14：55莆田中北部强回波中心超过70 dBZ。莆田此次降雹过程就出现在15：00―15：20，持续约20 min。15：30莆田降雹结束后，强回波中心由74 dBZ降至60 dBZ，强回波中心高度降至6 km以下。此风暴一直向偏东方向移动，后期几块对流体合并移入海上逐渐消亡。

2.2 “三体”散射现象分析

在此次冰雹过程中未观测到“V”型缺口和明显的钩状回波，但观测到三体散射（也称辉斑回波）现象，所谓的“三体散射现象”是当雷达波束遇到非常大的湿冰雹时发生的雷达微波散射假象[4]。TBSS（三体散射长钉）的虚假回波位于从强反射风暴核沿着雷达径向向外一定距离，通常具有较低的反射率因子值（一般小于20dBZ）。出现三体散射现象是探测大冰雹的一个很好的指示性指标。

在此次冰雹过程中，从反射率图（图6）可观测到此现象。在15：01 0.5°、1.5°和2.4°仰角（高度约3.2、5.8、7.4 km）的反射率图上可看到该现象。在三体散射特征最明显的2.4°仰角上，其长度大约为15 km，造成三体散射的反射率因子核心强度达67 dBZ。在0.5°仰角上的三体散射现象不太明显，主要由于冰雹发生地离长乐雷达站较远，并且仰角较低。

自低到高的反射率因子大值区仍然有明显的向东南倾斜。由15：01雷达反射率因子垂直剖面图（图6）可看出，在垂直结构上，高层的强反射率因子核处于低层强反射率因子核区东部的弱回波区之上，呈现悬垂结构，表示此风暴有降雹的潜势。强的反射率因子区从9 km左右高度一直扩展到2 km，其中下部代表冰雹下降的区域。最强的区域位于弱回波区上部，其值超过60 dBZ。其回波顶高超过12 km，沿剖面方向的水平尺度约12 km。

15：01在莆田出现三体散射现象之后，15：01―15：20在莆田西天尾镇、梧塘镇等地出现冰雹，有关研究表明，出现三体散射是降冰雹的充分条件，在此次过程中基本得到验证[5-6]。因此，在降雹过程中都出现了三体散射现象，三体散射现象是降雹的指示性标志，在这次过程中为冰雹的短临预报的准确性起了较强的指示作用。

2.3 垂直积分液态含水量（VIL）

VIL是判别强降水及其降水潜力、强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气的有效工具之一。从垂直积分液态含水量产品中可以看出，VIL值在降雹过程中都大于40 kg/m2，在14：55风暴发生时达最大值50～55 kg/m2，到15：13减小至30～35 kg/m2。在此次降雹过程中VIL值出现跳跃，反映了冰雹粒子在生长区并长大。因此，垂直积分液态含水量（VIL）出现大值对冰雹也有一定的指示性。

2.4 风的垂直廓线（VAD）

从2012年4月11日长乐雷达站14：25―15：25风廓线可以看出，长乐站地面为东南风，925 hPa以上为西南风，14：55―15：01，700 hPa以上为西南急流（12 m/s），风向随高度增加顺时针旋转，风速逐渐增大，地面到925 hPa风向陡然从东南转到西南风。地面到500 hPa之间的垂直风切变矢量之差为16 m/s，属于中等强度的垂直风切变[1]，使暖湿气流源源不断地输送到发展中的上升气流中去，从而有利于（下转第245页）

（上接第241页）

相对风暴气流的发展。以上信息表明未来可能产生强风暴。

3 结语

分析结果表明，此次强对流天气的主要影响系统是对流层低层850 hPa的切变线，并伴有冷空气渗漏，强对流天气随切变东移而结束。低层的辐合和高层辐散的抽吸作用也是强对流天气的产生维持的重要原因，但低层辐合更重要。在降雹过程中都出现了三体散射现象，三体散射现象是降雹的指示性标志，在这次过程中为冰雹的短临预报的准确性起了很大的指示作用。垂直积分液态含水量（VIL）出现大值对冰雹也有一定的指示性。地面到500 hPa之间属于中等强度的垂直风切变，使暖湿气流源源不断地输送到发展中的上升气流中去，从而有利于相对风暴气流的发展。在临近时通过雷达实时监控，加上区域自动站资料，以及对各类数值预报、物理量预报最新资料进行分析，以短时临近预报方式对强对流落区做精细化补充较可行。

4 参考文献

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