冰雹過程多普勒天氣雷達產(chǎn)品特征分析

肖妙妮 胡英超 李志強

（湖南省婁底市氣象局 湖南婁底 417000）

2007年7月23日7 時～8時左右，受中低層切變影響，湘中以北少數(shù)縣市出現(xiàn)了強對流天氣；本次冰雹過程是一次局地強對流天氣過程，湖南寧鄉(xiāng)的夏鐸鋪、煤炭壩、南田坪、東湖塘、望城的蓮花鎮(zhèn)、坪塘、長沙、瀏陽等地區(qū)不同程度地遭受冰雹、雷雨大風和局地強降水的襲擊。此次過程均造成了重大經(jīng)濟損失。長沙多普勒天氣雷達對這次過程進行了連續(xù)跟蹤觀測，收集了較完整的資料。本文通過分析這些資料，對此次降雹過程的回波特點進行歸納、總結(jié)，希望為以后冰雹、雷雨大風強對流天氣短臨預報和預警服務提供參考。

1 天氣形勢背景

此次過程發(fā)生在夏季，歐亞中高緯為一槽一脊型。降雹區(qū)域均位于高空槽前，且中低層均可看出西南急流，亞洲中低緯低槽位于印度半島，副高西極點偏東，位于120°E附近，湖南省上空從高層到低層為上干下濕，垂直分布特征明顯，并且干層厚度大于濕層厚度從100hPa～500hPa是完整干層，溫度露點差達20℃以上，僅850hPa有一淺薄的濕層，而這層淺薄的濕層是隨著低空急流建立后才增濕的，850hPa、700hPa的切變線和500hPa的槽線處于同一位置，呈迭加形勢，可見上升氣流明顯，從而造成降水不明顯，局地對流強的特點。

2 反射率產(chǎn)品分析

反射率回波隨時間變化，利用基本反射率產(chǎn)品進行分析。07:55左右開始有對流性回波單體在桃江縣牛田鎮(zhèn)生成，隨后其西面寧鄉(xiāng)崔坪縣的對流單體東移與其合并，在東移的過程中不斷加強，強反射率因子達50dBZ，并且可以明顯看到“弓狀”回波后部出現(xiàn)一個“V”型缺口，表明大風急流所在；回波強度達到65dBZ，08：10分地面下了小冰雹并伴有大風，碗口粗的大樹被大風刮倒。08:02徑向速度圖上有弱中氣旋生成，08:06在6.0°反射率回波圖上首次出現(xiàn)了三體散射回波特征（圖略），持續(xù)時間30min左右。08:12在0.5°仰角的反射率圖出現(xiàn)倒“V”型缺口，最強回波中心為 65dbz，并沿入流方向的垂直反射率因子上表現(xiàn)出弱回波結(jié)構，這是超級單體的典型特征[1]，與倒“V”型缺口對應的是速度圖上的中氣旋（見圖1）。08:15超級單體“V”型缺口、中氣旋特征消失，超級單體開始向普通單體風暴演變，最強回波中心為55dbz，08:30分左右移出湖南，影響江西。

由此可見，此次過程是由普通單體風暴發(fā)展成多單體風暴，再演變成超級單體風暴，并該超級單體風暴符合成熟的中氣旋的概念模型，最后又減弱為多單體強風暴。

圖1 7月23日07:510.5°仰角0.5°反射率圖

3 三體散射特征

三體散射是產(chǎn)生冰雹的必要非充分條件[2]，若探測到三體散射，可以對其下游地區(qū)發(fā)布冰雹預警。此次過程中，三體散射現(xiàn)象首次出現(xiàn)在07:20，沿雷達徑向伸展的釘狀回波長度達20km，高度為6.8km，且維持時間長，有4個體掃，對應在寧鄉(xiāng)的東湖塘開始降雹，直徑最大為18mm,07:40該三體散射消失；08:10再次出現(xiàn)三體散射現(xiàn)象，高度為3.0km，只維持了1個體掃，088:30三體散射現(xiàn)象消失，實況對應的望城的蓮花鎮(zhèn)、坪塘、長沙、瀏陽等地區(qū)不同程度地遭受冰雹、雷雨大風和局地強降水的襲擊。

圖2 7月23日 07:18、07:30、07:366.0°反射率因子圖

4 徑向速度產(chǎn)品特征（V）

主要應用中-r尺度系統(tǒng)的多普勒雷達速度圖像特征原理進行分析：

4.1 同時刻不同高度的速度圖特征

07:17 分的不同仰角徑向速度圖可以看，均存在逆風區(qū)，逆風區(qū)的周圍存在中小尺度的氣旋性反氣旋性輻合或輻散。0.5°仰角（1.2km）有個27m/s的正速度中心，表明低空急流明顯，1.5°（2.0km）仰角有明顯的氣旋性輻合，而6.0°（7.0km）仰角有個明顯的輻散（見圖3）。正負速度差值47m/s，根據(jù)成熟中氣旋的概念模型,在靠近地面附近的大氣邊界層內(nèi)，中氣旋的徑向速度特征為輻合式氣旋性旋轉(zhuǎn)，再上面一些是純粹的氣旋性旋轉(zhuǎn)，在中上層為氣旋式旋轉(zhuǎn)輻散，上層為純粹的輻散[3]。這個超級單體基本符合成熟的中氣旋概念模型。

圖3 7月23日07:17分1.5°、6.0°仰角速度圖

4.2 不同時刻同一高度的速度圖特征圖：

以1.5°仰角為例，07：24有中氣旋生成，07：30大片負速度區(qū)內(nèi)開始出現(xiàn)一小塊正速度區(qū)，出現(xiàn)了所謂的逆風區(qū)，此時最大正速度中心達到20m/s，隨著時間的推移，正速度區(qū)越來越大，07：17正速度區(qū)明顯大于負速度區(qū)，最大的正速度中心為27m/s。07：47后連續(xù)7個體掃徑向速度圖都觀察到中氣旋的存在,08:05該中氣旋才消失，表明這是一個成熟的中-r尺度的氣旋，整體向右移動。

4 垂直液態(tài)水含量產(chǎn)品(VIL）

在短時預報中VIL是一個很重要的參數(shù)，其值越高，出現(xiàn)災害性天氣的可能性越大。此次冰雹過程中，VIL值在07：20分為45kg·m2，07：26分增加到 64kg·m2，VIL 快速躍增，6min 增加 19kg·m2，07：32分為 65kg·m2，07：45達到了最強，為 71kg·m2，隨后10min內(nèi)，地面下了小冰雹并伴有大風，之后VIL值迅速減弱，08：20分，最強僅為 45kg·m2，減小了 26kg·m2，和實況比較，VIL快速躍增的過程就是冰雹快速生長的過程，此過程時間短，一般不超過1h，本次過程僅僅為30多分鐘。

圖4 7月23日07:32分垂直液態(tài)水含量

根據(jù)冰雹概率指數(shù)預報方程，在07：20分，=0.20+0.20+0.20+0.20+0.20=0+0+0.2+0+0.2=0.4,沒有達到0.6的閾值；在07：26分，由于VIL值急增，=0+0+0.2+0。2+0.2=0.6；此時可立即發(fā)布冰雹預警，實況在07：55分下了冰雹?？梢蕴嵩绨雮€小時做出預警。

5 結(jié)語

5.1 降雹過程開始前都已經(jīng)具備了強的位勢不穩(wěn)定層結(jié)和一觸即發(fā)的不穩(wěn)定能量。高層為干冷平流并且降溫降濕、低層增溫增濕。這種溫度場和濕度場的差動平流建立和加強有利于位勢不穩(wěn)定層結(jié)的形成并觸發(fā)位勢不穩(wěn)定能量的釋放。而從高層到低層上干下濕，干層厚度明顯大于濕層厚度，且850hPa、700hPa的切變線和500hPa的槽線呈迭加形勢，從而上升氣流的加大，更有利于形成大的冰雹。

5.2 在速度特征圖上，此次冰雹過程與逆風區(qū)、大風區(qū)、輻合區(qū)相對應；零速度線大多表現(xiàn)為“S”型，并且在中低層有切變線配合存在。“三體散射”是強降雹的充分非必要條件，“三體散射”的出現(xiàn)為判斷降雹開展服務提供了重要的依據(jù)。

[1]李新麟．CINRAD/CC對一次冰雹過程的探測分析．應用氣象學報，2001，18（7）：317-328.

[2]俞小鼎,姚秀萍,熊廷男,等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用[M].北京:氣象出版社,2006:93-9.

[3]俞小鼎、姚秀萍等．多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用.北京:”氣象出版社,2006,1.