李 超，彭小燕，林 應(yīng)，束艾青，顧沛澍，梅一清，岳夢琦

（1.南通市氣象局，江蘇 南通 226018；2.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；3.寧?？h氣象局，浙江 寧波 315600）

冰雹是江蘇南通地區(qū)重要災(zāi)害性天氣之一，具有發(fā)展迅猛、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，給本地農(nóng)業(yè)以及人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。近年來，俞小鼎等[1-6]利用強(qiáng)冰雹過程資料，圍繞有利于冰雹形成的環(huán)境場條件、多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征及預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)等開展了深入細(xì)致的研究，得到適合的0℃層高度、強(qiáng)風(fēng)垂直切變等背景條件有利于冰雹的出現(xiàn)，回波懸垂、三體散射、中氣旋等是出現(xiàn)大冰雹過程的雷達(dá)回波特征，并使得利用上述背景條件、雷達(dá)回波特征對冰雹天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警成為有效途徑。張桂蓮等[7-17]對一次強(qiáng)冰雹過程進(jìn)行深入研究，總結(jié)出強(qiáng)冰雹發(fā)生的環(huán)境背景特征及相關(guān)預(yù)報(bào)指標(biāo)，并進(jìn)一步分析雹暴超級(jí)單體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出超級(jí)單體模型，歸納出預(yù)報(bào)思路。鄭育琳等[18-22]通過對比分析兩次冰雹過程，得出兩次降雹的多要素不同特征，總結(jié)降雹原因，加深了對成雹機(jī)理的認(rèn)識(shí)。還有學(xué)者利用WRF模式對冰雹過程進(jìn)行數(shù)值模擬，以期對降雹過程有更深入的認(rèn)識(shí)。李根等[23-27]在對降雹過程的背景環(huán)境和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用WRF模式對降雹過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出地形升高、強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)等條件對冰雹的出現(xiàn)更有利，并篩選出降雹的特征物理量，有利于判斷冰雹的有無及降雹的強(qiáng)度。

在全球氣候變暖的背景下，冰雹天氣過程不斷增多，對農(nóng)業(yè)的危害也越發(fā)嚴(yán)重。雖然預(yù)報(bào)員在強(qiáng)對流天氣潛勢、類型識(shí)別等方面的預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)有了很大進(jìn)步，但在背景環(huán)境場存在不利條件的情況下，提前對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行甄別、預(yù)報(bào)依然是技術(shù)難點(diǎn)。有必要對不利環(huán)境場下發(fā)生的強(qiáng)冰雹天氣過程仔細(xì)分析，并利用模式進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，搞清冰雹成因及典型物理量特征。本文利用多種氣象資料，以高0℃層背景下的2018年5月16日南通北部冰雹天氣過程為例，分析該冰雹天氣過程的形成機(jī)制，總結(jié)氣象要素、多普勒雷達(dá)產(chǎn)品等特征；并應(yīng)用中尺度非靜力WRF模式，對過程進(jìn)行模擬診斷，分析冰雹的形成及維持機(jī)制，以期提高對此類冰雹過程預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確率和及時(shí)性。

1 降雹實(shí)況和環(huán)流背景分析

2018年5月16日白天南通全市升溫明顯，各站均出現(xiàn)高溫。17—20時(shí)，南通北部西起如皋市、東至如東縣沿海多地遭受冰雹襲擊，降雹持續(xù)近1 h，最大冰雹出現(xiàn)在如東河口鎮(zhèn)，直徑達(dá)30 mm；降雹點(diǎn)自西南向東北方向呈帶狀分布。受冰雹影響，如皋市、如東縣多地老式房屋屋頂損壞或倒塌，蔬菜大棚受損，小麥、玉米等農(nóng)作物大面積倒伏，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

冰雹等強(qiáng)對流天氣是中小尺度迅猛發(fā)展引起的，但它們的發(fā)生發(fā)展又與大尺度環(huán)流背景有著密切的聯(lián)系[9]。5月16日08時(shí)，500 hPa亞洲中高緯為兩槽一脊型，南通市處于河套東部冷低壓南伸槽的槽前西南急流中，西南急流軸自西南向東北伸至沿淮地區(qū)。此時(shí)700 hPa西風(fēng)槽槽線與850 hPa切變線重疊于魯、冀、豫三省交界處，南通市處于700 hPa西風(fēng)槽槽前、850 hPa切變線南側(cè)；同時(shí)中低層均存在中心最大風(fēng)速＞20 m/s的西南急流，南通市北部地區(qū)處于西南急流出口區(qū)左側(cè)。溫度場上，500 hPa南通市處于低溫帶中，冷中心為-8℃，而中低層處于溫度脊中，形成上冷下暖的溫度層結(jié)，南通市上空850與500 hPa溫差＞28℃。850 hPa露點(diǎn)場上，自鹽城經(jīng)泰州到鎮(zhèn)江一線等露點(diǎn)線分布密集，存在露點(diǎn)鋒（圖1）。南通市處于自四川省到黑龍江省的西南到東北向的低壓帶中；17時(shí)，自揚(yáng)州南部、經(jīng)泰州中部、到鹽城南部有地面切變線生成；此后，該切變線隨時(shí)間逐漸南壓，其東段在如皋市、如東縣境內(nèi)長時(shí)間維持，且切變線上有氣旋性渦旋生成并東移。

圖1 5月16日08時(shí)綜合形勢

總體來看，高空500 hPa有弱冷空氣滲透，疊加在中低層暖空氣上，近地層白天劇烈增溫，垂直方向上溫度直減率增加，上冷下暖的層結(jié)配置造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定；同時(shí)配合高低空急流、中低層切變線、露點(diǎn)鋒及地面切變線，高低空形勢配置為此次強(qiáng)對流的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力抬升條件，同時(shí)地面切變線的出現(xiàn)和長時(shí)間維持觸發(fā)了本次冰雹過程。

2 探空資料分析

此次冰雹天氣過程，雹暴單體在如皋市西部生成，向東北方向移動(dòng)發(fā)展，主要影響如皋市、如東縣的北部地區(qū)。因此，本文使用寶山、射陽探空站數(shù)據(jù)來分析雹暴環(huán)境條件。5月16日08時(shí)兩站近地面均存在淺薄的逆溫層，有利于聚積不穩(wěn)定能量；中高層存在明顯的干層，溫濕層結(jié)曲線表現(xiàn)為向上開口的“喇叭口”形狀[8]；整層水汽含量Pw、K指數(shù)和CAPE值均明顯高于南通冰雹天氣氣候統(tǒng)計(jì)值（表1），對冰雹的產(chǎn)生較為有利，但兩站的0℃層和-20℃層高度較氣候統(tǒng)計(jì)值明顯偏高。冰雹天氣的產(chǎn)生要求有適當(dāng)?shù)?℃層高度，0℃層高度太高時(shí)，對流作用在0℃層以上經(jīng)過的路程短，甚至達(dá)不到0℃層，冰雹不能完成自身凍結(jié)過程，不能形成降雹[3]。然而，為什么在高0℃層的背景下依然出現(xiàn)了直徑達(dá)30 mm的大冰雹？本文將從穩(wěn)定度、水汽、能量參數(shù)以及雷達(dá)產(chǎn)品特征等方面對冰雹的成因、特征進(jìn)行深入分析。

表1 5月16日08時(shí)寶山和射陽探空站熱力對流參數(shù)

3 冰雹成因分析

3.1 穩(wěn)定度條件

由于強(qiáng)對流天氣發(fā)生于傍晚前后，為了解強(qiáng)對流發(fā)生前最近時(shí)刻的環(huán)境條件，利用14時(shí)寶山、射陽2個(gè)探空站的地面溫度和露點(diǎn)溫度對08時(shí)探空圖進(jìn)行訂正。結(jié)果顯示，寶山站和射陽站的CAPE值分別為3 588和3 428 J/kg，較08時(shí)明顯增大，午后隨著地面溫度升高，熱力不穩(wěn)定明顯加強(qiáng)，有利于強(qiáng)對流風(fēng)暴的形成。

除熱力不穩(wěn)定外，動(dòng)力不穩(wěn)定對強(qiáng)對流的發(fā)展同樣重要。垂直風(fēng)切變作為判斷環(huán)境場動(dòng)力不穩(wěn)定的因子之一，對維持風(fēng)暴強(qiáng)度、對流風(fēng)暴有組織發(fā)展和傳播等均有重要作用[8]。5月16日08時(shí)寶山和射陽上空，對流層中低層垂直風(fēng)切變強(qiáng)，風(fēng)速隨高度明顯加大，同時(shí)自低層到高層風(fēng)向由南轉(zhuǎn)為西南，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，存在暖平流，有利于上升運(yùn)動(dòng)維持和發(fā)展。08時(shí)，0～6 km垂直風(fēng)切變寶山站為11.13 m/s，射陽站為19.76 m/s，可見，0～6 km垂直風(fēng)切變自南向北增大，南通市處于中等到強(qiáng)垂直風(fēng)切變環(huán)境中，為對流風(fēng)暴發(fā)展成超級(jí)單體風(fēng)暴提供了有利條件。

3.2 溫度條件

0℃層和-20℃層高度分別是云中冷暖云分界線高度和大水滴的自然冰化區(qū)下界[8]。一般0℃層高度在600 hPa左右，-20℃層高度在400 hPa左右有利于冰雹的生成。5月16日08時(shí)，400和600hPa高度寶山站分別為7 570和4 500 m，射陽站分別為7 520和4 450 m。對照表1中上述兩站08時(shí)的0℃層和-20℃層高度，均略高于兩站上空600和400 hPa高度。分析400～600 hPa溫度平流場可知，16日08—20時(shí)華東沿海地區(qū)600 hPa以上高度受冷平流影響，越向高層，冷平流越強(qiáng)；14時(shí)400 hPa泰州南部存在冷平流中心，中心強(qiáng)度達(dá)-15×10-4℃/s，寶山站和射陽站上空冷平流強(qiáng)度為-9×10-4～-12×10-4℃/s。16日白天寶山站和射陽站上空600 hPa以上高度存在明顯冷平流，促使0℃層和-20℃層高度下降，接近于600和400 hPa高度，形成適宜冰雹生成的條件。

3.3 水汽條件

強(qiáng)對流天氣的發(fā)生需要熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定條件及水汽條件。由圖2a可知，850 hPa西南急流建立了南起孟加拉灣、北到東北地區(qū)的水汽通道，16日08時(shí)南通市處于水汽通量大值區(qū)中，并且北部水汽輸送強(qiáng)于南部；同時(shí)，在杭州灣存在水汽通量的輻合中心，南通市處于水汽通量輻合區(qū)中，輻合強(qiáng)度達(dá)10 g·cm-2·hPa-1·s-1。在冰雹發(fā)生前，中低層強(qiáng)盛的西南急流已向南通市輸送大量水汽，并且其北部水汽條件優(yōu)于南部，這是南通北部發(fā)生冰雹天氣的原因之一。由圖2b可知，北方滲透南下的弱冷空氣與強(qiáng)盛的西南暖濕氣流相遇，江淮之間等溫線、等露點(diǎn)線密集，存在較大的溫度和濕度梯度，濕斜壓強(qiáng)迫作用加強(qiáng)，對對流的觸發(fā)和維持有重要貢獻(xiàn)；南通市北部處于溫度、濕度梯度大值區(qū)中。低層較強(qiáng)的水汽輸送是強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展的重要條件之一，溫濕梯度大值區(qū)與冰雹落區(qū)有較好的對應(yīng)。

圖2 5月16日08時(shí)850 hPa水汽通量場（a，色斑，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）疊加水汽通量散度場

3.4 θse特征分析

θse能同時(shí)表征大氣的能量和潛在不穩(wěn)定，是用能量學(xué)方法研究強(qiáng)對流天氣的有效參數(shù)[9]。圖3a為16日14時(shí)850、1 000 hPa的假相當(dāng)位溫場。冰雹發(fā)生前，850 hPaθse高能舌由安徽省東部向西北方向伸展，覆蓋江蘇省江淮之間地區(qū)；1 000 hPa安徽省東部θse高能舌向西北方向伸展，江蘇省東部沿海地區(qū)處于θse鋒區(qū)中。850 hPaθse高能舌說明該區(qū)域高溫高濕，積聚大量不穩(wěn)定能量；1 000 hPaθse鋒區(qū)更有利于聚積中低層不穩(wěn)定能量，同時(shí)觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放。南通市北部處于850 hPaθse高能舌與1 000 hPaθse鋒區(qū)重疊區(qū)。圖3b為16日14時(shí)θse沿32°N的垂直變化情況，黑色虛線框包含降雹地區(qū)，近地面到500 hPaθse隨高度升高明顯減小，對流性不穩(wěn)定很強(qiáng)，有利于強(qiáng)對流的發(fā)生。同時(shí)，本次過程在低層θse暖濕中心之上，中層迭加一個(gè)330 K的θse干冷中心，中低層形成明顯的θse梯度區(qū)，促進(jìn)對流性不穩(wěn)定強(qiáng)烈發(fā)展。16日南通市北部地區(qū)上空高溫高濕，條件不穩(wěn)定很強(qiáng)，有利于冰雹的出現(xiàn)；850 hPaθse高能舌和1 000 hPa鋒區(qū)的重疊區(qū)與降雹區(qū)對應(yīng)較好。

圖3 5月16日14時(shí)850 hPa（綠線）、1 000 hPa（黑線）假相當(dāng)位溫θse場（a）沿32°N假相當(dāng)位溫θse緯向剖面（b，單位：K）

4 雷達(dá)回波特征分析

4.1 回波反射率垂直剖面特征分析

為觀測降雹超級(jí)單體的垂直結(jié)構(gòu)，對18：43的1.5°雷達(dá)回波沿圖4a中紅線做垂直剖面，該剖線穿過鉤狀回波區(qū)域及最強(qiáng)回波區(qū)。由圖4b可見，該超級(jí)單體回波頂垂直伸展至16 km，7.5 km（-20℃層高度，圖4b中藍(lán)線）高度以上最大反射率因子強(qiáng)度＞65 dBZ，且65 dBZ大值區(qū)最高達(dá)9 km。垂直剖面前側(cè)3 km以下為寬廣的入流弱回波區(qū)域，其上空對應(yīng)強(qiáng)回波，形成明顯的懸垂結(jié)構(gòu)，表明超級(jí)單體中的強(qiáng)斜升氣流循環(huán)托舉雹胚，使雹胚表面不斷凝結(jié)過冷水珠形成大冰雹。

圖4 5月16日18：43（a）1.5°PPI（b）垂直剖面反射率

4.2 三體散射現(xiàn)象

三體散射現(xiàn)象的出現(xiàn)是存在強(qiáng)冰雹的充分非必要條件[11]。18：09低仰角未觀測到三體散射長釘特征，直至抬高仰角至4.3°，三體散射長釘特征逐漸明顯，6.0°仰角觀測到了明顯的三體散射現(xiàn)象（圖5中白色箭頭所指）。長釘長度約10 km，產(chǎn)生長釘?shù)淖畲蠓瓷渎室蜃訌?qiáng)度在65 dBZ以上。同時(shí)，還觀測到旁瓣回波（圖5中黃色箭頭所指）。上述兩種虛假回波的出現(xiàn)，從側(cè)面說明該雹暴單體內(nèi)含有20 mm以上的強(qiáng)冰雹。

圖5 5月16日18：09 6.0°PPI三體散射現(xiàn)象探測

4.3 垂直積分液態(tài)含水量（VIL）產(chǎn)品分析

統(tǒng)計(jì)自降雹對流單體生成直至其主體移出南通市期間，對流單體的最大垂直積分液態(tài)含水量VIL值的變化情況。17：47前VIL值變化不定，由17：30的30 kg/m2經(jīng)5 min后躍升至55 kg/m2，之后又降至45kg/m2，直至17：47再次上升至60 kg/m2。17：47后VIL值維持在60 kg/m2以上，與如皋市降雹的時(shí)間對應(yīng)較好。18：09對流單體的最大VIL值首次＞70 kg/m2，此后2個(gè)體掃，其VIL值又降至70 kg/m2以下；直至18：26對流單體最大VIL值維持在70 kg/m2以上達(dá)3個(gè)體掃，18：43 VIL值再次降至70 kg/m2以下。18：26—18：38，VIL穩(wěn)定維持70 kg/m2以上的高值，與如東袁莊鎮(zhèn)、河口鎮(zhèn)等地出現(xiàn)直徑達(dá)30 mm的冰雹時(shí)間段基本重合。降雹前約15 min，VIL值存在躍升情況；VIL值達(dá)到或超過60 kg/m2所出現(xiàn)的時(shí)間與降雹開始時(shí)間對應(yīng)較好；VIL穩(wěn)定維持70 kg/m2以上高值的時(shí)段與降大冰雹的時(shí)段基本重合。

5 高分辨率數(shù)值模擬及診斷分析

5.1 模式設(shè)計(jì)和資料介紹

為對此次冰雹過程進(jìn)行精細(xì)化分析，本文利用常規(guī)觀測資料和歐洲中心水平分辨率為0.25°×0.25°、時(shí)間分辨率為1 h的ERA5再分析資料，采用中尺度非靜力WRF模式，模式背景場采用NCEP的FNL水平分辨率為0.25°×0.25°、時(shí)間分辨率為6 h再分析資料。WRF模式采用蘭伯特投影，中心位置為（34°N，120°E），水平分辨率為1 km×1 km，經(jīng)向和緯向均設(shè)置2 007個(gè)格點(diǎn)，垂直方向設(shè)置41層，氣壓層頂為10 hPa。由于網(wǎng)格已精細(xì)化到云尺度，故沒有采用積云對流參數(shù)化方案，其他的主要微物理參數(shù)化方案采用New Tiedtke、長波輻射方案采用RRTM、短波輻射方案采用Dudhia及邊界層采用YSU方案。模擬時(shí)間為5月16日08—20時(shí)，為獲得精細(xì)化分析資料，逐小時(shí)輸出一次模擬結(jié)果。

5.2 模擬效果分析

5.2.1 環(huán)流場分析

圖6為WRF模式模擬的5月16日14時(shí)200、500和850 hPa環(huán)流場。由圖6a可知，南通市處于200 hPa西南大風(fēng)速區(qū)出口的右側(cè)，風(fēng)速上具有反氣旋性切變，高空存在輻散；中低層處于低壓槽前部，存在輻合，上下層配置有利于維持和加強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)。500 hPa（圖6b）流場上，低渦主體東移至山東中部，其攜帶的弱冷空氣南壓至江蘇省淮河以北地區(qū)；而850 hPa（圖6c）流場上，低渦移至魯冀豫三省交匯處，較500 hPa低渦移速慢，中低層呈現(xiàn)前傾形勢，環(huán)境場條件有利于強(qiáng)對流的發(fā)生。

圖6 5月16日14時(shí)200 hPa（a）、500 hPa（b）、850 hPa（c）模擬環(huán)流場

5.2.2 地面風(fēng)場分析

圖7為16日17時(shí)地面實(shí)況風(fēng)場和模擬風(fēng)場。17時(shí)，鹽城南部至揚(yáng)州南部有一條東北—西南走向的切變線存在，南通市處于其南側(cè)，全市以西南風(fēng)為主（圖7a）。此時(shí)對流單體尚未出現(xiàn)，隨著切變線南壓，對流發(fā)生發(fā)展，可見此切變線是本次強(qiáng)對流過程的觸發(fā)系統(tǒng)。由WRF模擬地面風(fēng)場（圖7b）可見，17時(shí)海安站風(fēng)向已轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，地面切變線位于南通市如皋—如東北部地區(qū)，與強(qiáng)對流發(fā)生地點(diǎn)對應(yīng)較好；切變線兩側(cè)風(fēng)向近乎180°轉(zhuǎn)變，輻合較實(shí)況更強(qiáng)烈，更有利于強(qiáng)對流的觸發(fā)和維持。

圖7 5月16日17時(shí)地面實(shí)況（a）和模擬風(fēng)場（b）

5.2.3 探空曲線分析

由于探空資料的限制，根據(jù)WRF模式模擬的輸出場，繪制了南通地區(qū)14和17時(shí)探空曲線圖（圖8）。14時(shí)（圖8a），南通地區(qū)對流有效位能為2 200 J/kg，濕度層結(jié)呈上干下濕的特征；垂直方向上自低層至高層風(fēng)速增大，存在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，同時(shí)風(fēng)隨高度略有順轉(zhuǎn)，即存在弱暖平流，為降雹的發(fā)生提供了層結(jié)和斜壓不穩(wěn)定條件。此時(shí)，-20℃層高度為7.6 km，0℃層高度為4.5 km，適合冰雹初期的增長。17時(shí)（圖8b），南通地區(qū)對流有效位能減小為38 J/kg，表明17時(shí)前對流有效位能已經(jīng)釋放，南通地區(qū)已有強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)；垂直方向上，低層至高層風(fēng)向順轉(zhuǎn)近90°，暖平流較14時(shí)明顯加強(qiáng)；中高層濕度較14時(shí)進(jìn)一步減小，表明有干入侵。對流有效位能的釋放、風(fēng)垂直切變的加強(qiáng)及明顯干入侵對強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展有較好的指示意義。

圖8 5月16日14時(shí)（a）和17時(shí)（b）南通模擬探空曲線

5.2.4 雷達(dá)回波模擬分析

圖9為5月16日17—19時(shí)逐小時(shí)雷達(dá)實(shí)況回波圖和相應(yīng)時(shí)段WRF模擬的雷達(dá)回波圖。17時(shí)，鹽城南部有較強(qiáng)回波東移發(fā)展，南通北部未有回波生成（圖9a）；而模擬雷達(dá)圖顯示（圖9b），如皋、海安上空已有零星的對流單體（簡稱a）生成，強(qiáng)度＞45 dBZ；同時(shí)鹽城南部有颮線正東移南壓。18時(shí)，如皋、如東境內(nèi)有強(qiáng)塊狀回波向東北方向移動(dòng)，最大回波強(qiáng)度達(dá)60 dBZ（圖9c）；而模擬雷達(dá)圖中（圖9d），對流單體a快速向東北方向移動(dòng)，與鹽城南部的颮線相結(jié)合，強(qiáng)度有所加強(qiáng)，達(dá)55 dBZ以上；同時(shí)如皋境內(nèi)有2個(gè)對流單體生成，強(qiáng)度＞50 dBZ，向東北方向移動(dòng)。19時(shí)，超級(jí)單體主體移出如東，結(jié)束對南通市的影響（圖9e）；而模擬雷達(dá)圖中（圖9f），原在如皋新生的2個(gè)對流單體東北向移動(dòng)與東移南壓的颮線相疊加，使得颮線南部對流再次發(fā)展增強(qiáng)。由WRF模擬雷達(dá)回波圖可見，本次南通市北部的冰雹過程是局地不斷生成的對流單體與颮線相結(jié)合，促使颮線南段對流增強(qiáng)，颮線系統(tǒng)再次發(fā)展的過程。模擬的強(qiáng)回波影響位置與實(shí)況對應(yīng)較好，但強(qiáng)度偏弱，總體來看WRF模式較好地再現(xiàn)了本次冰雹影響過程。

圖9 5月16日17時(shí)（a、b）、18時(shí)（c、d）、19時(shí)（e、f）雷達(dá)實(shí)況（a、c、e）和模擬（b、d、f）回波（單位：dBZ）

6 結(jié)論與討論

利用多種氣象資料，對高0℃層背景下的2018年5月16日發(fā)生在南通市北部首次大冰雹天氣從環(huán)流背景、水汽、熱力、不穩(wěn)定度等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析；并結(jié)合中尺度非靜力WRF模式，對過程進(jìn)行模擬診斷，初步分析了冰雹的形成機(jī)制，得到以下主要結(jié)論：

（1）高空有弱冷空氣滲透，疊加在中低層暖空氣上；近地層白天劇烈增溫，垂直方向上溫度直減率增加，上冷下暖的層結(jié)配置造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定。本次強(qiáng)對流的動(dòng)力抬升條件是由高低空急流、中低層切變線、露點(diǎn)鋒及地面切變線等系統(tǒng)相配合提供的。地面切變線是本次冰雹過程的觸發(fā)系統(tǒng)。

（2）在高0℃層的背景下，高CAPE值、中低層較強(qiáng)的風(fēng)垂直切變、600 hPa以上高度存在明顯冷平流、低層較強(qiáng)的水汽輸送配合及邊界層θse隨高度明顯減小有利于冰雹天氣的出現(xiàn)。深層垂直風(fēng)切變、溫濕梯度大值區(qū)及邊界層θse鋒區(qū)與高能舌重疊區(qū)對降雹區(qū)具有更好的指示意義。

此次冰雹天氣過程，從雷達(dá)回波圖中觀測到典型的入流V型缺口、鉤狀回波等特征；從回波反射率垂直剖面圖中觀測到高聳的強(qiáng)回波懸垂，多仰角多次出現(xiàn)三體散射回波及旁瓣回波，對超級(jí)單體內(nèi)含有20 mm以上的強(qiáng)冰雹有指示意義。由VIL產(chǎn)品可見，降雹前15 min左右，VIL值存在躍升情況；VIL值達(dá)到或超過60 kg/m2所出現(xiàn)的時(shí)間與降雹開始時(shí)間對應(yīng)較好；VIL穩(wěn)定維持70 kg/m2以上高值的時(shí)段與降大冰雹的時(shí)段基本重合。

（3）WRF模式較好地再現(xiàn)了本次冰雹過程的天氣背景條件，高空輻散、低空輻合，中低空呈前傾形勢，有利于冰雹等強(qiáng)對流天氣的出現(xiàn)。地面風(fēng)場方面，位于南通市北部的地面切變線兩側(cè)風(fēng)向近乎180°轉(zhuǎn)變，輻合強(qiáng)烈，為強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)和維持提供條件。探空曲線方面，對流有效位能的釋放、風(fēng)垂直切變的加強(qiáng)、暖平流的增強(qiáng)及明顯干入侵對強(qiáng)對流的發(fā)展增強(qiáng)有指示意義。雷達(dá)回波方面，本次南通市北部的冰雹過程是局地不斷生成的對流單體與颮線相結(jié)合，促使颮線南段對流增強(qiáng)，颮線系統(tǒng)再次發(fā)展的過程。模擬的強(qiáng)回波影響位置與實(shí)況對應(yīng)較好，但強(qiáng)度偏弱，總體來看WRF模式較為成功地再現(xiàn)了本次冰雹影響的全過程。

本次冰雹過程分析對新型探測資料使用較少，今后將采用雙偏振雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、衛(wèi)星等多源新資料對冰雹過程展開研究，探究冰雹最新預(yù)報(bào)指標(biāo)；并利用WRF模式模擬冰雹單體，進(jìn)一步明晰超級(jí)單體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及降雹的具體位置及時(shí)間。