張振秀，陳 燾，朱淳源

(云南省 大理州氣象局，云南 大理 671000)

0 引言

冰雹是一種重要的災(zāi)害性天氣，由于其致災(zāi)嚴重一直受到廣大氣象工作者的重視，符琳等[1]研究中國近50年冰雹時空變化特征，藍渝等[2]分析得到華北區(qū)域冰雹天氣分型及云系特征。隨著雷達的應(yīng)用，在冰雹云的監(jiān)測識別預(yù)警方面有了很大進步，黃治勇等[3]研究表明在冰雹前風(fēng)垂直切變明顯，孫絲雨等[4]總結(jié)出來雙線偏振雷達觀測冰雹云的一些特征。目前應(yīng)用最多的是多普勒雷達資料，俞小鼎等[5]分析了多普勒天氣雷達與強對流天氣預(yù)警之間的關(guān)系，吳劍坤等[6]介紹了強冰雹的雷達回波特征有高懸的強回波、中高層回波懸垂和中氣旋，張秉祥等[7]建立了基于模糊邏輯原理的冰雹天氣識別算法。同時，冰雹預(yù)警指標的研究也有很大進展，王秀玲等[8]分析并歸納出唐山市冰雹云的雷達回波中心強度大多大于60 dBz、回波頂在8 km以上、垂直累積液態(tài)水在25 kg/m2以上。王若升等[9]分析得出甘肅平?jīng)霰⒅饕l(fā)生在17～22時，冰雹云回波強度大于50 dBz、強中心平均高度在6 km左右。段鶴等[10]總結(jié)出滇南冰雹的4個預(yù)報指標為弱切變、45 dBz高度以及0℃和-20℃高度。王令等[11]總結(jié)得出“大風(fēng)區(qū)”和“中氣旋”是經(jīng)常出現(xiàn)降雹的多普勒雷達徑向速度圖像特征。

但是，大多數(shù)人對于冰雹天氣的研究都是選取典型冰雹過程，李德俊等[12]對比分析了恩施山區(qū)強冰雹和短時強降水天氣過程中雷達產(chǎn)品特征，農(nóng)孟松等[13]對2012年早春廣西高架雷暴冰雹天氣過程進行分析，胡勝等[14]計算分析了廣東大冰雹風(fēng)暴單體的雷達回波特征，周泓等[15]對滇西地區(qū)6次典型降雹過程中的雷達回波和閃電活動特征進行了綜合分析，鄭艷等[16]對海南一次罕見大范圍強冰雹過程進行了綜合分析，周長青等[17]對湖南一次連續(xù)冰雹天氣過程個例進行分析，張桂蓮等[18]分析了東北冷渦背景下超級單體風(fēng)暴環(huán)境條件與雷達回波特征，楊淑華等[19]對脈沖風(fēng)暴造成的3次冰雹天氣過程進行對比分析。對于典型冰雹云的特征目前已經(jīng)有了很多了解，大多數(shù)情況下強冰雹都能被識別出來，但是，在分析冰雹過程時發(fā)現(xiàn)存在局地小冰雹天氣，這些冰雹過程天氣背景不明顯且雷達回波特征也不強，因此很難被識別預(yù)警而被忽略，但是它們?nèi)匀唤o農(nóng)業(yè)帶來災(zāi)害性影響，所以，本文選取2016和2017年7次局地小冰雹過程總結(jié)分析，以期能提高對冰雹天氣的識別預(yù)警能力。

1 氣候背景

1.1 環(huán)流特征

7個冰雹過程均受低壓系統(tǒng)的影響(圖1)，除2016年8月12日主要受西行臺風(fēng)影響外，其余6次的低壓系統(tǒng)均在印度半島沿海和孟加拉灣地區(qū)，并且2016年8月12日的冰雹發(fā)生在晚上23時左右，而其余6次都發(fā)生在午后。具體日期見表1，例1～6流場均經(jīng)過孟加拉灣到達云南，例1低壓槽在孟加拉灣東岸沿海，滇西北受槽前西南氣流影響，中緯度大槽偏南，在700 hPa上有弱切變，有明顯的降水系統(tǒng)，冰雹時期小時降水達45.1 mm。例2和3均受印度低壓影響，對比來看500 hPa上個例3印度低壓中心更靠近云南，例2降雹地區(qū)沒有測量站點故沒有具體雨量統(tǒng)計，但災(zāi)情記錄有伴隨降雨，例3小時降水達34.4 mm。例4、5和6在500 hPa上都為西北風(fēng)，這是由于緬甸一帶被高壓控制，自孟加拉灣來的西南氣流繞過高壓變?yōu)槲鞅憋L(fēng)，過程降水較少，例4為22.9 mm/h，例5為11.3 mm/h，由于例6高壓較強，氣流自孟加拉灣變?yōu)闁|南風(fēng)路經(jīng)青藏高原到達云南，故水汽較少，沒有產(chǎn)生降水。例7受西行臺風(fēng)影響，臺風(fēng)中心位于廣東，云南較臺風(fēng)中心較遠，小時降水量為13.5 mm。

圖1 500 hPa高空圖(a)2016年6月15日08時，(b)2016年7月9日08時，

1.2 熱力條件

利用NCEP資料計算總溫度[20]和Δθse(θse500-θse850)?？倻囟绕骄?4℃以上，冰雹發(fā)生前的總溫度相差不大，最大為例5的50.4℃，例7次之50.3℃，最小為例4的46.9℃，平均值為49.2℃。Δθse是位勢不穩(wěn)定的判據(jù)，負值越大表示位勢不穩(wěn)定度越強，7個過程中Δθse均在-10℃以下，負值最大為例7西行臺風(fēng)過程的-22.7℃，負值最小為例4過程-12.0℃。

1.3 穩(wěn)定度

計算分析K指數(shù)可以看到，滇西北地區(qū)夏季白天K指數(shù)較大，夜晚會有所降低。發(fā)生冰雹之前K指數(shù)逐漸增大，平均在45℃左右，最大為例2達46.1℃，最小例6為43.9℃。

1.4 水汽條件

計算850 hPa比濕來表示空氣濕度，最大為例2的18.2 g/kg，最小為例6的16g/kg，對應(yīng)雨量顯示例6無降雨，說明比濕能很好的預(yù)報降雨，同時比濕平均值為17g/kg。分析水汽通量散度可知，例1、4、5、6為明顯的水汽輻合，例2、3、7為輻散，同時可以看到輻合過程比濕較輻散過程的小。說明小冰雹過程需要一定的水汽條件，但要求不高，比濕達17 g/kg或者低層水汽輻合時就可能發(fā)生。

1.5 動力條件

垂直速度是表示大氣垂直運動的物理量，分析700 hPa的垂直速度可知，除例1為弱下沉運動外，其余6個過程低層都有明顯的上升運動，說明滇西北小冰雹過程具有較好的動力條件，同時垂直速度也是預(yù)報滇西北強對流天氣的重要指標之一。

表1 物理量特征

2 雷達回波特征

2.1 反射率因子演變特征

例1降雹地區(qū)為鶴慶縣六合鄉(xiāng)，16時在鶴慶北部有45 dBz的回波生成，高度在11 km以下，此回波緩慢向東南方向移動，強度不變，回波頂高和回波面積不斷增加。在16∶39時回波強度突然增加至50 dBz以上，6分鐘后在其南方突然出現(xiàn)一個回波強度達52.6 dBz的強回波，兩塊回波合并加強，回波強度達54.3 dBz，回波頂高達15 km，但是45 dBz的回波高度偏低。之后回波強度降低到50 dBz以下緩慢向東移動，在17∶08時強回波中心移向南部到達六合鄉(xiāng)地區(qū)，回波中心強度增強達53.6 dBz，45 dBz的強回波懸空達9.2 km，回波前部有入流缺口，回波頂高達15.2 km。17∶14時回波強度略微降低，45 dBz的強回波降低接地，回波頂高反而增高至17 km，回波中心發(fā)展成人字型，垂直剖面上出現(xiàn)穹隆結(jié)構(gòu)，保持大約15分鐘。之后，回波強度維持在50 dBz左右向東移動，回波高度逐漸降低，穹隆結(jié)構(gòu)消失，回波面積增大。

例2降雹地區(qū)為鶴慶縣龍開口鎮(zhèn)中江地區(qū)，14∶27時鶴慶中部地區(qū)開始生成大于45 dBz的塊狀強回波，回波中心強度迅速上升到50 dBz以上，但回波高度較低維持在13 km以下，45 dBz的強回波在6 km以下。15分鐘后回波突然降低至45 dBz以下，15∶02時在原回波的后方生成新的強回波，中心強度達57.5 dBz，回波頂高在14 km左右，45 dBz的強回波在8 km左右，但之后回波減弱。15∶26時在回波前部即降雹地區(qū)突然出現(xiàn)50 dBz以上的強回波，該回波出現(xiàn)時回波頂高就達16 km，并具有入流缺口和穹隆結(jié)構(gòu)，45 dBz的回波高度在7.2 km左右，15∶32時回波最強達58 dBz，45 dBz的回波高度在9.2 km，15分鐘后回波減弱東移。

例3降雹地區(qū)為鶴慶松桂，16∶26時松桂地區(qū)突然出現(xiàn)強回波，回波中心強度為47.6 dBz，回波頂高為10 km。16∶32時回波中心強度達50 dBz，回波頂高達13.8 km，45 dBz的回波懸空在7 km左右，回波前側(cè)為入流缺口。16∶38時回波最強為51.9 dBz，45 dBz的回波高達8.5 km，回波剖面出現(xiàn)穹窿結(jié)構(gòu)，持續(xù)10分鐘后回波減弱。

例4降雹地區(qū)為鶴慶金墩，15∶38時該地區(qū)出現(xiàn)大于45 dBz的塊狀強回波，回波頂高為12.5 km，45 dBz的回波懸空達6 km。之后回波強度不變面積減少，且回波高度升高，15∶56時回波頂高高達16 km。16∶01時在9 km的高空出現(xiàn)52.8 dBz的強回波，回波前沿有入流缺口，回波頂高達16 km，回波剖面出現(xiàn)穹窿結(jié)構(gòu)?；夭ㄏ驏|緩慢移動，強度和回波頂高不變，45 dBz的強回波高度降低接地，持續(xù)約15分鐘后回波減弱。

例5降雹地區(qū)為鶴慶金墩，15∶43在金墩地區(qū)突然出現(xiàn)強回波，該回波在前個體掃還在41 dBz左右，6分鐘后就高達50 dBz，且45 dBz以上強回波面積較大，懸空在8 km，但是回波頂高只到11 km。15∶49強回波達58 dBz，回波頂高升至13 km，但45 dBz的強回波高度不變且接地。15∶55回波持續(xù)升高，但兩個體掃后回波突然降低到45 dBz以下減弱消散。

例6降雹地區(qū)為鶴慶松桂，15∶48松桂地區(qū)有塊狀回波，回波強度35 dBz，回波頂高9.5 km。6分鐘后15∶54回波強度升高至56.4 dBz，回波頂高13.5 km，45 dBz的強回波高度達9.3 km，回波前沿有弱的缺口和穹窿結(jié)構(gòu)。之后回波開始減弱，16∶06時減弱至45 dBz以下。

例7降雹地區(qū)為鶴慶松桂，22∶39有大于45 dBz的強回波自東向西移動到松桂地區(qū)，回波中心強度為47.5 dBz，回波頂高9.7 km，強回波面積較小，45 dBz的強回波懸空達6.8 km。22∶51時回波強度上升至54 dBz，回波頂高達13.2 km，強回波頂高達8 km，強回波懸空且在2.4°仰角上有弱缺口，回波有穹窿結(jié)構(gòu)。之后回波開始緩慢減弱。

2.2 徑向速度特征

分析7個例子的徑向速度特征得到，冰雹發(fā)生時徑向速度在下層都為正負速度輻合結(jié)構(gòu)，而在中層強回波中心出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，在上層為輻散結(jié)構(gòu)。由此可知，在冰雹發(fā)生時當?shù)赜袕娏业纳仙\動，輻合和逆風(fēng)區(qū)是顯著特征，但是通過演變分析，輻合結(jié)構(gòu)和逆風(fēng)區(qū)出現(xiàn)時往往冰雹即刻就會出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)，故以此來指揮防雹作業(yè)提前性較小，但可以用來識別冰雹云。

3 結(jié)論和討論

本文利用NCEP再分析資料和大理新一代多普勒雷達資料對比分析7次局地小冰雹過程的天氣背景和雷達產(chǎn)品特征，得到以下結(jié)果：

(1)滇西北局地小冰雹過程受單一低壓系統(tǒng)影響，沒有大冰雹過程時明顯的輻合抬升機制。大多數(shù)發(fā)生在午后，但是持續(xù)時間短。當有水汽輸送時常伴隨強降水出現(xiàn)。

(2)滇西北地區(qū)夏季總溫度中午相對較大，冰雹發(fā)生前7個過程總溫度達49℃左右，位溫差均在-10℃以下，小冰雹過程均有較有利的熱力條件，熱力條件與強對流強度大小沒有直接相關(guān)性。

(3)滇西北地區(qū)夏季白天K指數(shù)較大，基本在40℃以上，夜晚會降低。冰雹發(fā)生前K指數(shù)增強，平均在45℃左右，小冰雹過程有較好的不穩(wěn)定條件，K指數(shù)是滇西北預(yù)報強對流天氣的重要指標之一。

(4)滇西北局地小冰雹過程需要一定的水汽條件，比濕達17 g/kg或者低層水汽輻合時均有可能發(fā)生，水汽條件要求相對較低。

(5)滇西北小冰雹過程具有較好的動力條件，多數(shù)有明顯的上升運動，垂直速度可以作為預(yù)報滇西北強對流天氣的重要指標之一。

(6)滇西北地區(qū)出現(xiàn)小冰雹天氣時雷達反射率因子一般達50 dBz以上，回波頂高達13 km以上。當45 dBz的強回波出現(xiàn)在高空不接地時，它會向上向下發(fā)展延伸，當向上延伸至7 km以上時有冰雹生成，而后45 dBz強回波接地時降雹，故45 dBz的強回波可作為冰雹的預(yù)警參數(shù)，但是從7個過程回波演變分析可以看到，滇西北地區(qū)小冰雹過程強回波出現(xiàn)突然且持續(xù)時間較短，強回波對于冰雹云識別有一定意義，但是對于防雹指揮來說預(yù)警時間較短。另外，穹窿結(jié)構(gòu)也是冰雹云的識別判據(jù)之一。

(7)冰雹發(fā)生時徑向速度在下層都為正負速度輻合結(jié)構(gòu)，而在中層強回波中心出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，在上層為輻散結(jié)構(gòu)，在冰雹發(fā)生時當?shù)赜袕娏业纳仙\動。

綜上所述，小冰雹過程系統(tǒng)較弱，具備與強對流過程一樣的不穩(wěn)定條件，有上升運動，但是水汽條件不足。小冰雹過程的雷達反射率因子在50 dBz以上，45 dBz的強回波高度達7 km，具有穹窿結(jié)構(gòu)，徑向速度低層輻合高層輻散、中層逆風(fēng)區(qū)，但是回波持續(xù)時間短，變化較快，面積較小，沒有典型的三體散射、鉤狀回波、中氣旋等特征。選取7次局地小冰雹過程進行分析總結(jié)，樣本容量不多，并且受到地域差異的影響，故研究結(jié)論存在很多不足之處，今后還需收集更多個例進行不斷分析研究。