平陽一次強冰雹天氣過程分析

宋珊珊

摘 要：利用溫州一體化平臺數據資料、溫州C波段雙偏振多普勒雷達產品資料和浙江省中尺度氣象自動站資料等，本文對2019年4月23—24日平陽縣連續強冰雹天氣過程簡要分析。結果表明，該次冰雹天氣發生在200 hPa西風急流、850 hPa西南氣流的天氣背景下，探空的0 ℃層高度和-20 ℃層高度均十分有利于冰雹在雷暴單體中的維持和增長;常規多普勒雷達產品回波反射率因子表現出十分典型的超級單體雷暴回波特征，出現了三體散射回波;雙偏振雷達的ZDR、KDP等參量能有效地提高對冰雹的識別能力，HCL產品能直觀地識別出粒子形態，對降水粒子的種類進行判斷。

關鍵詞：200 hPa急流;雙偏振雷達;三體散射回波;HCL

Abstract： Using Wenzhou integrated platform data， Wenzhou C-band dual-polarization Doppler radar product data and Zhejiang mesoscale meteorological automatic station data， etc.， this paper briefly analyzes the continuous strong hail weather process in Pingyang County from April 23 to 24， 2019. The results show that the hail weather occurred under the weather background of 200 hPa westerly jet and 850 hPa southwest airflow， the sounding of 0 ℃ layer height and -20 ℃ layer height were very conducive to the maintenance and growth of hail in thunderstorm monomers; the echo reflectance factor of conventional Doppler radar products exhibited very typical characteristics of supercell thunderstorm echoes， and three-body scattering echoes appeared; the parameters such as ZDR and KDP of dual polarization radar could effectively improve the ability to recognize hail， HCL products could intuitively recognize the particle shape and judge the type of precipitation particles.

Keywords： 200 hPa jet;dual polarization radar;three-body scattering echo;HCL

冰雹是浙江省常見氣象災害之一，常常來勢迅猛、強度大、發生時間短、危害局地性強，出現時多伴隨大風和短時強降雨，給人民群眾生產生活造成重大損失，是氣象部門預報難度較大的災害性天氣。2019年4月23—24日，平陽連續發生強冰雹天氣，對平陽造成了一定損失，多個鄉鎮出現了直徑10～30 mm的冰雹，4月24日平陽本站觀測到直徑15 mm冰雹。前人對冰雹天氣的發生機制做了大量研究。金米娜等[1]認為，有利的環境是江西冰雹天氣發生發展的條件，適宜的0 ℃層高度和-20 ℃層高度促使冰雹粒子增長;魯德金等[2]分析了安徽省春夏季出現的冰雹云雷達回波特征，指出冰雹云回波強度至少達到55 dBz，單體最大垂直累積液態水含量（VIL）應不小于30 kg/m2，一般為40～80 kg/m2。氣象部門通常借助天氣雷達資料來開展冰雹等強對流天氣的臨近預報，大量學者和氣象研究人員對超級單體風暴個例中多普勒天氣雷達回波的特征做了很多分析，得出的研究成果作為可靠的參考依據應用于強對流天氣預報預警業務上[3-8]。有研究指出，獲取的雙偏振天氣雷達產品資料可以作為冰雹探測的重要識別依據，這些產品的應用增強了雷達估測降水和降水粒子的相態識別能力[9-11]。本文試通過溫州一體化平臺數據、溫州C波段雙偏振多普勒雷達產品資料和浙江省中尺度氣象自動站資料等，對本次較為罕見的本站冰雹現象進行分析，著重研究雙偏振多普勒天氣雷達產品的應用，以期提高冰雹天氣的監測和預警能力。

1 天氣形勢簡析

2019年4月24日08：00—20：00，200 hPa急流位于浙江省上空，08：00—14：00的急流位置靠南，急流區強風有利于上升運動維持;850 hPa在黃淮一帶出現了低空切變線，浙江省有明顯的西南氣流且有加強的趨勢，高低空急流配合有利于形成垂直上升運動。以K指數>30 ℃來表示大氣不穩定區域，可以發現，08：00和20：00兩個時次平陽均位于不穩定區域內，平陽地區K指數均大于35 ℃，說明整個平陽縣不穩定能量充足，受系統影響，容易發生強對流天氣。

2 探空分析

從24日14：00和17：00平陽模擬探空T-Lnp圖（見圖1）可以看出，高層大氣處于高濕狀態，低層存在逆溫。逆溫存在有利于不穩定能量累積，14：00對流有效位能（CAPE）高達1 892.9 J/kg，相對于08：00明顯增大，對流抑制能量（CIN）達421.5 J/kg，相對于08：00有所減小，說明實際大氣中具有很大的不穩定能量，有利于對流發展。

據溫州氣象業務人員介紹，適宜的0 ℃層（4 km左右）和-20 ℃層高度（400 hPa左右）有利于冰雹增長。24日14：00，平陽模擬探空0 ℃層高度處于4 km左右，-20 ℃層高度在400 hPa附近，這些情況促使冰雹在雷暴單體中得以維持和增長。

3 雷達回波特征

3.1 常規多普勒天氣雷達產品分析

該次冰雹具有明顯的超級單體雷暴特征。從雷達組合反射率圖（圖略）可以看出，對流單體快速發展并不斷東移南下，最大反射率強度維持在70 dBz左右，在15：45左右到達文成、瑞安、平陽交界區域。從雷達2.4°仰角的基本反射率圖（見圖2（a））可以看到，在15：56出現了三體散射回波，說明此時對流單體已顯示出冰雹的回波特征，且持續到16：19。而抬高仰角為6.0°（見圖2（b）），在16：02基本反射率圖中，最大反射率為72.5 dBz，在對流單體前方存在強上升運動造成的入流缺口，出現鉤狀回波特征。對應15：56的雷達VIL圖（見圖2（a）），單體最大垂直累積液態水含量為 60kg/m2，說明有可能存在冰雹粒子。

3.2 雙偏振多普勒天氣雷達產品分析

雙偏振多普勒天氣雷達能夠發射和接收水平及垂直方向的偏振波，可以獲得常規多普勒天氣雷達反射率強度、徑向速度、速度譜寬，同時得到差分反射率因子（ZDR）、自相關系數（[ρhv]）、差分傳播相移率（KDP）等參量，進一步提升了天氣雷達探測冰雹等強對流天氣的能力。ZDR參量通過分析不同尺寸上的粒子總數的特征來反映出粒子尺寸和橫縱軸之間的比。從圖3（a）可以看出，在降雹時，對應強回波處的重點關注區（圖3（a）中黑色橢圓框）內ZDR出現小值，dBz大而ZDR小是冰雹存在的一個顯著特征。KDP能反映前后2個降水樣本相位的變化，與降雨率成正比，計算降水不受冰雹影響，能更好估算降水。在圖3（b）中，顯著回波區域對應的KDP大于3 °/km，說明KDP對大粒子降水有很好的區分。另外，雙偏振天氣雷達運用模糊邏輯識別法，提供出水凝物分類產品（HCL），并將水凝物分為9類，用于直觀地判斷降水粒子種類。由圖3（c）看出，1.5°及以上的仰角上出現了大范圍的大雨和小雨，看到重點關注區內有冰雹出現。

4 結論

該次冰雹天氣發生在200 hPa西風急流、850 hPa西南氣流的天氣背景下，大氣層結具有強不穩定度，有利于對流運動的發展。模擬探空站存在高層高濕、低層逆溫的現象，具有不穩定能量先累積后釋放的特征。適宜的0 ℃層高度和-20 ℃層高度促使冰雹在雷暴單體中得以維持并增長。

常規多普勒雷達產品回波反射率因子表現出十分典型的超級單體雷暴回波特征，有與強入流和強上升運動正對應的弱回波區和懸垂結構，出現了明顯的回波墻，也出現了用來確定冰雹的三體散射回波。同時，VIL圖中也出現了單體最大垂直累積液態水含量為60 kg/m2的點。

雙偏振雷達的ZDR、KDP等參量能有效提高對冰雹的識別能力，HCL產品能直觀地識別出粒子形態，對降水粒子的種類進行判斷。冰雹回波ZDR、KDP參量的取值范圍與強降水回波存在明顯的差異，因此可以有效區別開冰雹回波和強降水回波。

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