一次春季強對流的多普勒雷達產品特征分析

周宗圣，史躍玲

(宣城市氣象局，安徽 宣城 242000)

超級單體風暴、多單體風暴會產生雷雨大風、冰雹、短時強降水等多種強對流天氣，會給人們生活生產帶來很大影響，故此氣象學家對此十分重視。俞小鼎等[1]比較系統地研究了中國超級單體、多單體風暴特征。超級單體具有深厚的中氣旋，超級單體、多單體風暴有超強的反射率因子及低層弱回波特征，是產生冰雹的必要條件。李冬梅[2]等對山西運城市一次冰雹過程的雷達產品特征進行了分析，得出濕的下墊面有利于對流風暴加強。鄭媛媛等[3]對發生在皖北地區典型的超級單體風暴進行了研究。白玎玲[4]等對垂直風廓線產品在暴雨短臨預測上進行了研究。上述研究和結論[5-7]對開展強對流天氣成因研究、指導強對流天氣預報預警具有重要意義。

2020年3月21日，宣城市出現暴雨、雷電大風、短時強降水和冰雹天氣。利用氣象觀測資料對此次強對流過程的發生發展原因進行分析，以提高本地對春季強對流的預報預警水平。

1 天氣實況

2020年3月21日，宣城市7個市縣出現雷雨大風、短時強降水等強對流天氣，寧國、廣德出現冰雹災害，且全市大部分地區過程降水量達到暴雨量級，其中梅林學校站最大降雨達115 mm；全市平均風力4～5級，陣風7～8級，愛民出現最大瞬時風速18.2 m/s；最大小時雨強出現在梅林學校，達54 mm；21日22時后受超級單體風暴影響，寧國城關、廣德楊灘先后出現直徑2 cm以下的冰雹。

2 環流背景

2.1 環流形勢

21日8時，500 hPa上為寬廣的南支槽，中高緯有高脊發展，引導西北氣流南下。宣城市位于南支槽前，西南暖濕氣流不斷加強，并與南下冷空氣形成交匯，有利于中低層能量積累，且△T 500-850大于25℃，形成較強的對流不穩定，200 hPa上處于高空急流出口區左側，高空輻散有利于底層垂直上升運動；比濕大于10 g/kg，低層濕度大，高層有干冷氣流加入，加強了大氣層結不穩定。850 hPa上切變線位于江淮之間，到21日20時，西南氣流逐漸加強，宣城市位于切變線南側、西南急流控制范圍內。

2.2 探空分析

分析安慶、南京站的T-lnP圖，對整層大氣的水汽、動力、不穩定條件進行分析。安慶21日20時，探空圖上600 hPa以下T與Td幾乎平行水汽條件良好，濕層較厚，600 hPa以上呈現“喇叭口”形狀，大氣層結維持上干下濕結構，有利于對流產生。對流有效位能CAPE值401 J/kg，K指數37.7℃，SI指數-3.47℃，低層風隨高度順轉，有西南急流，有利于水汽和能量的向上輸送；而南京站整層濕度條件良好，低層和400 hPa以上略微偏干，近地層偏南急流較強，有利于強降水的出現。安慶站和南京站0℃線都位于4 km以下，而-20℃線位于6 km以上，位置相對偏高，因此不太有利于大冰雹產生。

3 地面中尺度分析

影響宣城的強對流回波沿地面形成一條中尺度輻合線，并逐漸發展成超級對流單體。21時后，宣州區南部到寧國境內存在西北和東南風的輻合線，自西向東移動并逐漸加強為超級對流單體，造成宣州區、寧國、廣德交界處出現大風、冰雹、短時強降水。此次過程地面輻合線比強對流天氣發生時間早1 h。

4 多普勒雷達資料分析

4.1 對流單體發生發展

21日14時開始，在旌德縣境內出現多個對流單體，自西向東移動發展，15∶04對流單體進入寧國后逐漸加強，2.4°仰角回波強度由50 dBZ上升至60 dBZ以上，并伴有中氣旋生成，旋轉速度10 m/s；VIL值14∶35為25 kg/m2左右，14:45時躍增至45 kg/m2，維持一段時間后逐漸下降。對其做剖面圖可以看到，強回波發展高度位于5 km左右，并無明顯的弱回波區。15∶22后多個單體風暴合并形成帶狀回波區，并逐漸減弱。考慮中氣旋維持時間短，回波發展高度不夠，中低層上升氣流不強，因此不利于冰雹生成，但回波強度大，維持時間長，且垂直液態水含量較高，因此出現了短時強降水和雷電大風天氣。

圖1 對流單體雷達回波反射率因子Fig.1 Convective cell radar echo reflectivity factor

21時過后，西北部有大塊強回波生成，并向東南方向移動逐漸分裂出多個對流單體，22時左右宣州區南部有一強回波東移發展，22∶17在宣州區與寧國交界處最大回波強度加強到65 dBZ，VIL值從20 kg/m2增加到40 kg/m2以上，徑向速度圖上能看到有弱中氣旋生成，風暴頂輻散，高空的輻散抽吸作用有利于底層上升氣流的加強；該對流單體在移動過程中逐漸加強為超級對流單體，并出現鉤狀回波；22∶23對其做剖面(圖2)，可以看到強回波區發展高度達到7 km左右，中低層有明顯的弱回波區，垂直上升運動強烈。此時宣州區、寧國和廣德交界處陸續出現冰雹，大風天氣。

圖2 雷達回波剖面圖Fig.2 Radar echo profile

4.2 反射率因子

21日14∶35，從旌德西部發展生成的多個對流單體(圖1)，強度都在50 dBZ左右，在逐漸東移過程中漸漸發展到60 dBZ以上，其中最東部的一個對流單體在中低層發展出了鉤狀回波，但兩個體掃后就逐漸減弱，并且剖面圖上弱回波區不明顯，也沒有出現穹隆狀，說明傾斜上升氣流并不強，因此屬于弱的超級對流單體，并為產生冰雹天氣。而夜間21時左右，在宣州區西北部又出現大片強回波區自西北向東南方向移動，移動過程中逐漸分裂發展成多個對流單體，其中位于宣州區南部與寧國交界的一個對流單體強度發展到65 dBZ，并且發展出鉤狀回波和弱回波區，剖面圖上也有高懸的強回波，上升氣流很強，故而產生了冰雹。從21時開始一直持續到22日0時以后，強回波不斷通過宣城市，形成了列車效應，導致大部分地區出現了暴雨天氣。

4.3 中氣旋

整個過程中，生成發展了很多個對流單體，也有單體發展成為超級對流單體，其中，下午生成的超級單體伴有中氣旋生成，但中氣旋維持時間短，強度在10 m/s屬于弱中氣旋，并未出現風暴頂輻散。夜里發展出的超級對流單體，中氣旋從21∶59-22∶55維持了近1 h，10個體掃；強度在15 m/s左右，可以看到風暴頂輻散，導致上升氣流加強，因此有利于冰雹生成。

4.4 徑向速度和垂直風廓線產品

徑向速度圖(圖3)上可以看到，21時前徑向速度呈“S”型，風隨高度順轉，有暖平流，22時過后逐漸變成反“S”型，此時高層干冷空氣入侵，有冷平流。

圖3 徑向速度和垂直風廓線產品Fig.3 Radial velocity and vertical wind profile products

垂直風廓線產品(圖3)上可以看到，13∶42-14∶41，測站低層風隨高度順轉，有暖平流，而高空風隨高度逆轉，有冷平流，且高空“ND”層較厚，主要考慮濕度低[8]，高層為干冷空氣，隨著中低層風速增大，轉為西南風，整層濕度上升。21∶54-22∶53這段時間的VWP圖上能發現低層是偏東風，而中高層為西南風，此時低層風隨高度逆轉，中低層垂直風切變很大，從0.3 km的出的偏南風到0.9 km轉變為偏北風，說明此時高層干冷空氣向下入侵，觸發不穩定能量的釋放，有利于強對流的產生。

5 總結和討論

此次過程是在南支槽發展過程中高空冷平流入侵作用下中低層出現切變線，高層輻散，低層輻合，并且△T 500-850大于25℃，有較強的位勢不穩定，配合地面中尺度輻合線，觸發了多單體和超級單體風暴。

探空圖上水汽分布呈上干下濕的“喇叭口”形狀，具有一定的CAPE和較好的SI指數、K指數，有利于層結不穩定發展及對流不穩定能量的積累，有利于對流風暴的發生發展。

可以看到，整個過程中，很多對流單體發生發展，但只有夜間宣州區、寧國和廣德交界處的超級對流單體產生了冰雹天氣。超級單體風暴的發展通常隨著中氣旋的產生，而弱回波區和高懸的強回波及風暴頂輻散都有利于冰雹的形成。

VIL值的突然增大及變化和VWP產品上風切變的增大及隨高度的變化都可以對強對流天氣的發生起到一定的指示作用。