湖北?？祪纱伪⑻鞖膺^(guò)程的綜合分析

蔡壽強(qiáng)，牛生杰，郭彬，劉曉莉

(1．南京信息工程大學(xué) 大氣物理學(xué)院，江蘇 南京210044;2．保康縣氣象局，湖北 保康441600)

湖北?？祪纱伪⑻鞖膺^(guò)程的綜合分析

蔡壽強(qiáng)1，牛生杰1，郭彬2，劉曉莉1

(1．南京信息工程大學(xué) 大氣物理學(xué)院，江蘇 南京210044;2．?？悼h氣象局，湖北 ?？?41600)

利用MICAPS常規(guī)資料、TWR01雷達(dá)資料及十堰多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料，結(jié)合地面降雹的實(shí)況報(bào)告，對(duì)2009年6月6日和8月26日發(fā)生在?？悼h的兩次冰雹天氣過(guò)程的天氣背景、雷達(dá)資料進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，高空冷槽、中低層切變線是主要的影響系統(tǒng)。6月6日冰雹由強(qiáng)單體雹云產(chǎn)生，雹云回波具有超級(jí)單體回波特點(diǎn)。雷達(dá)初始回波高，雹云發(fā)展速度快;強(qiáng)中心呈紡錘狀，中低層有弱回波區(qū)，降雹前垂直液態(tài)水含量有明顯的變化。8月26日過(guò)程發(fā)生在副高內(nèi)部型環(huán)流形勢(shì)下，由合并加強(qiáng)后的雹云產(chǎn)生降雹。

冰雹;多普勒雷達(dá)資料;特征分析

超級(jí)單體風(fēng)暴是局地對(duì)流風(fēng)暴發(fā)展的最強(qiáng)烈的表現(xiàn)形式，一般伴有冰雹、龍卷、災(zāi)害性大風(fēng)(包括下?lián)舯┝?和暴洪等災(zāi)害性天氣，超級(jí)單體在雹云中所占的比例僅為10%，但它造成的雹災(zāi)卻占80%，因此研究冰雹和防雹必須抓住超級(jí)單體雹云(許煥斌等，2006)。Browning(1962)首次提出“超級(jí)單體”(supercell)的概念，之后還和其合作者利用天氣雷達(dá)資料對(duì)超級(jí)單體的結(jié)構(gòu)作了一系列開(kāi)創(chuàng)性的工作。Marwitz(1972)正式提出將超級(jí)單體作為局地對(duì)流風(fēng)暴的一種類(lèi)型。Browning et al.(1963)指出，超級(jí)單體作為一個(gè)強(qiáng)烈發(fā)展的對(duì)流單體，一個(gè)重要的特征是雷達(dá)回波存在一個(gè)弱回波區(qū)WER(weak echo region)或有界弱回波區(qū)BWER(bounded weak echo region)。Stout and Huff(1953)首次觀測(cè)到了超級(jí)單體的鉤狀回波特征，但并非所有的超級(jí)單體都能夠呈現(xiàn)出典型的鉤狀回波特征，大多數(shù)情況下都是由風(fēng)暴主體向著低層入流方向伸出的一個(gè)突出物。目前我國(guó)對(duì)于超級(jí)單體風(fēng)暴也進(jìn)行了一些研究。葛潤(rùn)生(1966)對(duì)1964年發(fā)生在北京地區(qū)的幾次降雹過(guò)程的雷達(dá)回波進(jìn)行了分析，其中一個(gè)雹暴的結(jié)構(gòu)與超級(jí)單體風(fēng)暴類(lèi)似。有一些文獻(xiàn)研究了中國(guó)的若干超級(jí)單體風(fēng)暴，涉及到超級(jí)單體的反射率因子、中尺度結(jié)構(gòu)和典型鉤狀回波特征等(鄭媛媛等，2004)，還有一些文獻(xiàn)探討了超級(jí)單體的生成機(jī)制和演變機(jī)制(俞小鼎等，2006)。朱君鑒等(2004)分析了發(fā)生在山東東阿附近一次冰雹風(fēng)暴發(fā)生、發(fā)展各階段的演變過(guò)程，分析表明風(fēng)暴跟蹤信息、冰雹指數(shù)、垂直積分液態(tài)含水量、中氣旋等產(chǎn)品對(duì)冰雹有較好的識(shí)別和預(yù)報(bào)能力。

冰雹是湖北?？档貐^(qū)最重要的災(zāi)害性天氣之一。5—8月?？档貐^(qū)天氣變化頻繁，冷暖空氣勢(shì)力相當(dāng)，雹災(zāi)往往集中發(fā)生，占全年的65%，有時(shí)同一個(gè)地方在同一天內(nèi)，反復(fù)幾次遭到冰雹的襲擊，其中7、8月正是秋收作物揚(yáng)花孕穗的季節(jié)，冰雹對(duì)農(nóng)作物的危害極大。2009年6月6日13—15時(shí)(北京時(shí)間，下同)，?？档貐^(qū)遭受強(qiáng)冰雹襲擊，冰雹最大直徑約為30 mm，降雹時(shí)間近20 min，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2009年8月26日14—15時(shí)，?？悼h店埡鎮(zhèn)遭受歷史罕見(jiàn)的暴風(fēng)雨、冰雹襲擊，造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 071萬(wàn)元(圖1)。本文利用天氣資料和多普勒雷達(dá)資料對(duì)這兩次冰雹過(guò)程進(jìn)行分析，尋找監(jiān)測(cè)預(yù)警和臨近預(yù)報(bào)的雷達(dá)產(chǎn)品特征，為今后更好地利用天氣雷達(dá)作好冰雹的監(jiān)測(cè)預(yù)警和臨近預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 天氣背景分析

1.1 環(huán)流形勢(shì)演變

2009年5月31日—6月5日，500 hPa高度亞洲地區(qū)一直維持兩高一低的經(jīng)向環(huán)流形勢(shì)，?？瞪峡諡檩^強(qiáng)的西北氣流控制。5日20時(shí)，貝加爾湖高壓脊開(kāi)始崩潰，帶動(dòng)冷空氣分股南下，到6日08時(shí)，蒙古至東北地區(qū)為寬廣的低壓環(huán)流，低渦底部不斷有分裂槽下滑，低槽尾端南伸至川東南，?？档貐^(qū)有波動(dòng);環(huán)流在調(diào)整中，蒙古至東北冷渦緩慢東移，沿海槽逐漸北收，環(huán)流趨平(圖2)。700～850 hPa環(huán)流形勢(shì)相似，?？瞪峡諡槲髂蠚饬骺刂?。地面6日08—14時(shí)，?？稻幵谂蛪簠^(qū)。

8月26日08時(shí)500 hPa低槽位于110°E附近，貝加爾湖至鄂霍次克海為寬廣的低值區(qū)，有冷堆發(fā)展，在陜西—川北形成冷槽，保康位于副高北緣內(nèi)側(cè)(圖3);700 hPa的東北冷渦轉(zhuǎn)動(dòng)，在華北至陜西境內(nèi)形成低槽區(qū)，槽線南伸至甘南，與川西高原上西南渦切變疊加，形成北槽南渦型，保康縣處脊后槽前偏南氣流中;850 hPa的148 dagpm高壓脊線呈“Ω”型，?？档靥帾M窄不穩(wěn)定區(qū)域;而地面圖上?？堤幱谥饾u減弱的暖低壓區(qū)。

圖1 2009年6月6日和8月26日?？当?zāi)示意圖Fig.1 The hail schematic diagram in Baokang on 6 June 2009 and 26 August 2009

圖2 2009年6月6日08時(shí)500 hPa環(huán)流形勢(shì)Fig.2 Circulation situation at 500 hPa at 08:00 BST on 6 June 2009

1.2 溫度場(chǎng)分析

圖4為6月6日08時(shí)各層變溫場(chǎng)?？梢?jiàn):高空冷平流作用明顯，已影響到鄂西地區(qū)。河套地區(qū)700 hPa層出現(xiàn)了-6℃的明顯降溫區(qū)，其前沿已達(dá)到鄂西北;而在850 hPa低層，受暖平流影響，升溫突出，湖北大部分地區(qū)增溫幅度達(dá)2～3℃。這種高層降溫、低層升溫的機(jī)制使得大氣層結(jié)趨于不穩(wěn)定，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生和發(fā)展。通過(guò)計(jì)算?？抵苓叞部?、南陽(yáng)和宜昌三個(gè)探空站500與850 hPa的溫度差得知，三站溫差分別為32、34和33℃，根據(jù)資料(郭彬等，2007)，當(dāng)兩層溫度差達(dá)到或超過(guò)25℃時(shí)，即可形成強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖5為8月26日08時(shí)各層變溫場(chǎng)。高空冷平流由西向東影響到陜西大部分地區(qū)，且湖北大部分地區(qū)在低層850 hPa有較強(qiáng)的暖濕輸送帶，24 h的變溫率為2℃左右，但在700 hPa上為-1℃的負(fù)變溫。這種上層干低層濕的形勢(shì)為不穩(wěn)定能量積累提供了動(dòng)力條件，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展。保康周邊安康、南陽(yáng)和宜昌三個(gè)探空站500與850 hPa的溫度差之和為75℃，滿足?？档慕当l件。

1.3 大氣穩(wěn)定度條件分析

?？悼h地處鄂西北山區(qū)，襄陽(yáng)地區(qū)西南部，縣境內(nèi)山巒重疊，溝河縱橫，海拔高度相差1 700多米，因此，一個(gè)站點(diǎn)的探空不能充分代表保康地區(qū)的實(shí)際情況，為提高資料的準(zhǔn)確性，分別根據(jù)?？蹈浇膬蓚€(gè)站的探空資料分析當(dāng)天的實(shí)際情況。根據(jù)保康上游的安康站和南陽(yáng)站資料(圖6)，中低層850 hPa以下為暖平流(風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn))，300 hPa以上安康有冷平流(風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn));風(fēng)向由低層的南風(fēng)、西南風(fēng)沿順時(shí)針?lè)较蛑饾u轉(zhuǎn)為西風(fēng)、西北風(fēng)，低層的垂直風(fēng)切變明顯強(qiáng)于中層，速度矢端的曲率也較大(圖略)，有利于有組織的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的產(chǎn)生和發(fā)展。表征大氣穩(wěn)定度狀況的K指數(shù)、Δθ(850-500)、Si指數(shù)(表略)分析結(jié)果表明，本次降雹過(guò)程上游站安康、南陽(yáng)6日08時(shí)各指數(shù)明顯超過(guò)強(qiáng)對(duì)流天氣的不穩(wěn)定指標(biāo)(郭彬等，2007)。

圖3 2009年8月26日08時(shí)500 hPa環(huán)流形勢(shì)Fig.3 Circulation situation at 500 hPa at 08:00 on 26 August 2009

圖4 2009年6月6日08時(shí)24 h變溫場(chǎng) a.500 hPa;b.700 hPa;c.850 hPaFig.4 24 h temperature change at 08:00 BST on 6 June 2009 a.500 hPa;b.700 hPa;c.850 hPa

宜昌站和南陽(yáng)站的探空資料(圖7)表明，8月26日08時(shí)850 hPa以下風(fēng)向順轉(zhuǎn)，有暖平流;500～300 hPa風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，有冷平流;26日08時(shí)K指數(shù)、Δθ(850-500)、Si指數(shù)(表略)也很高，預(yù)示著可能發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣(郭彬等，2007)。與6月6日較為不同的是，8月26日的風(fēng)速和垂直風(fēng)切變較6月6日小，但對(duì)流有效位能相對(duì)較高，致使強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)成為可能。

圖5 2009年8月26日08時(shí)24 h變溫場(chǎng) a.500 hPa;b.700 hPa;c.850 hPaFig.5 24 h temperature change at 08:00 BST on 26 August 2009 a.500 hPa;b.700 hPa;c.850 hPa

圖6 2009年6月6日08時(shí)探空T-lnp圖 a.安康站;b.南陽(yáng)站Fig.6 T-lnp diagrams at 08:00 BST on 6 June 2009 a.Ankang station;b.Nanyang station

0℃層和-20℃層是表示雹云特征的重要參數(shù)。郭彬等(2007)研究指出，?？瞪峡?℃層高度小于等于5.4 km時(shí)就有可能出現(xiàn)強(qiáng)雹。由表1可見(jiàn)，2次冰雹天氣發(fā)生前期0℃層高度都在5.4 km以下，說(shuō)明0℃層高度較低，處于利于降雹范圍以內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)冰雹要求有較大的對(duì)流有效位能CAPE(convective available potential energy)值和垂直風(fēng)切變。由表1可知，6月6日08時(shí)和8月26日08時(shí)各站點(diǎn)的CAPE值均大于等于800 J/kg。同時(shí)0～6 km高度風(fēng)矢量差(深層垂直風(fēng)切變)小于15 m/s，屬于相對(duì)較弱的垂直風(fēng)切變，但6月6日20時(shí)南陽(yáng)站的0～6 km高度風(fēng)矢量差迅速增大到20 m/s，深層垂直風(fēng)切變的加強(qiáng)有利于降雹的發(fā)生與發(fā)展。8月26日宜昌站和南陽(yáng)站的0～6 km高度風(fēng)矢量差變化不大，表明8月26日的降雹過(guò)程并不滿足強(qiáng)的垂直風(fēng)切變這一條件。冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生還與當(dāng)時(shí)大氣環(huán)境垂直溫度分布有關(guān)。由表1可見(jiàn)，850和500 hPa溫度差在24～32℃，700和500 hPa溫度差在15～20℃，說(shuō)明?？蹈浇貐^(qū)存在“上冷下暖”的對(duì)流潛勢(shì)，能夠使得對(duì)流不斷發(fā)展。

圖7 2009年8月26日08時(shí)探空T-lnp圖 a.宜昌站;b.南陽(yáng)站Fig.7 T-lnp diagrams at 08:00 BST on 26 August 2009 a.Yichang station;b.Nanyang station

由6月6日和8月26日08時(shí)的T-lnp圖和主要環(huán)境參量可以分析出以下有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展的因素:一是都存在著低層暖平流、中高層冷平流，低層暖濕、中高層干冷的垂直熱力不穩(wěn)定分布顯著增加了氣層的不穩(wěn)定性;二是各站點(diǎn)08時(shí)的指數(shù)都明顯超過(guò)了保康當(dāng)?shù)貜?qiáng)對(duì)流天氣的不穩(wěn)定指標(biāo)，呈現(xiàn)對(duì)流垂直顯著不穩(wěn)定特征。但是6月6日降雹過(guò)程濕層厚度較大，500 hPa以下相對(duì)濕度大于60%，且高空風(fēng)速和垂直風(fēng)切變較8月26日大。

2 多普勒雷達(dá)資料分析

2.1 基本反射率強(qiáng)度回波演變及特征分析

6日l(shuí)5時(shí)前，龍坪東南大約10 km左右的南漳境內(nèi)有對(duì)流云活動(dòng)。15時(shí)，龍坪西偏北方向出現(xiàn)新對(duì)流單體(10～20 dBz)，垂直發(fā)展，主體略向東南方傾斜(圖8a)。15時(shí)08分，單體迅速發(fā)展，強(qiáng)中心達(dá)40 dBz，垂直發(fā)展，中心偏上略向東南偏東方向傾斜，云頂高度達(dá)11 km，15時(shí)14分單體強(qiáng)中心直徑達(dá)20 km，頂部開(kāi)始出現(xiàn)對(duì)流云羽，15時(shí)21分云羽向東南偏東方向伸展距離達(dá)30 km左右，強(qiáng)中心位于單體西邊。

15時(shí)27分，強(qiáng)中心梯度明顯加大，中心強(qiáng)度達(dá)50 dBz，重心偏上，比較1.5～3.4°仰角基本反射率(圖8b)表明，此時(shí)單體呈紡錘狀，云體伸展高度達(dá)15 km。15時(shí)33分強(qiáng)度達(dá)60 dBz，強(qiáng)中心最大面積出現(xiàn)在2.4°仰角層，各層中心強(qiáng)度一致，出現(xiàn)降雹跡象。15時(shí)39分，強(qiáng)中心下移，與地面降雹時(shí)間吻合。

15時(shí)45分，單體中心再次上移，2.4～3.4°仰角基本反射率最大強(qiáng)度達(dá)55～60 dBz，主體南壓，其移動(dòng)前方低層再次出現(xiàn)BWER，表明單體再度發(fā)展，3.4°仰角層云羽面積擴(kuò)大到50×25 km2。15時(shí)51分，主體再度出現(xiàn)降雹跡象，紡錘狀特征明顯，強(qiáng)中心最大面積仍在2.4°仰角層(圖8c)。15時(shí)57分60 dBz的強(qiáng)中心及地，此時(shí)地面出現(xiàn)第二次集中降雹。

表1 2009年6月6日08時(shí)和8月26日08時(shí)保康周邊的主要環(huán)境參量Table 1 Main environmental parameters in the surrounding areas of Baokang at 08:00 BST on 6 June and 26 August 2009

圖8 2009年6月6日1.5°、2.4°、3.4°仰角的多普勒基本反射率強(qiáng)度演變a.15時(shí)02分;b.15時(shí)27分;c.15時(shí)51分;d.16時(shí)09分Fig.8 The intensity evolution of Doppler basic reflectivity on 6 June 2009 at 1.5°，2.4°and 3.4°elevation a.15:02 BST;b.15:27 BST;c.15:51 BST;d.16:09 BST

此后，從16時(shí)03—22分，該單體緩慢東移南落，強(qiáng)中心一直位于單體西邊，中心強(qiáng)度始終保持在55 dBz左右，強(qiáng)中心位置多次出現(xiàn)上移、下落現(xiàn)象，紡錘狀結(jié)構(gòu)交替出現(xiàn)。對(duì)應(yīng)地面降雹也是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，陣性突出。

16時(shí)22分后，該單體才逐漸減弱，頂部下塌，在向東南移動(dòng)過(guò)程中演變?yōu)榻邓葡怠?/p>

8月26日11時(shí)13分，歇馬站東北方向的聚龍山出現(xiàn)初始回波，該回波在原地經(jīng)過(guò)發(fā)展、合并、加強(qiáng)、又原地減弱擴(kuò)展(圖9a)，前后持續(xù)了1 h 11 min之后，其他防區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)星零對(duì)流云。首先是望佛山、聚龍山、關(guān)山、金包和旦江出現(xiàn)對(duì)流云團(tuán)，強(qiáng)度30～45 dBz不等，隨后望佛山的云體發(fā)展加強(qiáng)，最強(qiáng)達(dá)到50 dBz，持續(xù)半小時(shí)左右，望佛山的云體東移減弱，并趨于消散(13時(shí)07分)。13時(shí)19分旦江的云體加強(qiáng)，強(qiáng)度45 dBz，同時(shí)店埡的云體也呈加強(qiáng)趨勢(shì)(圖9b)，旦江和店埡的對(duì)流云體在發(fā)展中逐漸靠近。

13時(shí)44分旦江上空的回波中心與店埡西面的云體合并，強(qiáng)中心向店埡上空偏移，強(qiáng)度為55 dBz(圖9c)。13時(shí)48分云體向東南方向伸展，強(qiáng)中心位于單體西南部，其東南低層出現(xiàn)了明顯的弱回波區(qū)，店埡開(kāi)始出現(xiàn)降雹跡象，此后回波中心急劇下降貼近地面，店埡位置開(kāi)始出現(xiàn)降雹(圖10a)，回波下降時(shí)間與地面降雹時(shí)間吻合。14時(shí)26分強(qiáng)中心逐漸向境外移動(dòng)，開(kāi)始與三景的云體合并，強(qiáng)度為45 dBz(圖9d)。14時(shí)39分強(qiáng)中心加強(qiáng)，重心偏上，再度出現(xiàn)降雹跡象(圖略)。14時(shí)40分50 dBz的強(qiáng)中心及地(圖10b)，此時(shí)地面出現(xiàn)第二次集中降雹。

圖9 2009年8月26日多普勒組合反射率強(qiáng)度演變 a.11時(shí)11分;b.13時(shí)19分;c.13時(shí)44分;d.14時(shí)26分;e.14時(shí)39分;f.15時(shí)15分Fig.9 The intensity evolution of Doppler composite reflectivity on 26 August 2009 a.11:11 BST;b.13:19 BST;c.13:44 BST;d.14:26 BST;e.14:39 BST;f.15:15 BST

15時(shí)15分時(shí)兩個(gè)對(duì)流云移到歇馬、聚龍山上空，并且強(qiáng)度呈加強(qiáng)趨勢(shì)(圖9f)，此后仍持續(xù)降水，至19時(shí)后境內(nèi)云體慢慢演變?yōu)榻邓葡?，才趨于消散。該過(guò)程掃過(guò)?？档闹焐?、后坪、歇馬、麻坪、長(zhǎng)嶺、官斗、百峰、東坪、段江、老灣、店埡地區(qū)，除店埡出現(xiàn)暴風(fēng)雨和大雹外，其他地區(qū)均普降暴雨。

2.2 徑向速度場(chǎng)特征分析

通過(guò)各仰角徑向速度場(chǎng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流生成發(fā)展階段，徑向速度均為正值，且隨高度面積增加，表明此階段只有上升氣流(圖11a)。從15時(shí)14分開(kāi)始有負(fù)徑向速度出現(xiàn)，表明此時(shí)對(duì)流發(fā)展開(kāi)始出現(xiàn)下沉氣流，且在1.5°仰角的徑向速度場(chǎng)中出現(xiàn)了氣旋性擾動(dòng)輻合系統(tǒng)，該擾動(dòng)位于單體回波西北側(cè)。15時(shí)27分?jǐn)_動(dòng)輻合達(dá)到最強(qiáng)，出現(xiàn)了輻合中心(圖11b)，同時(shí)其他各層回波強(qiáng)中心附近也都出現(xiàn)了負(fù)速度區(qū)，表明下沉氣流已達(dá)對(duì)流頂部，與上升氣流形成明顯切變，出現(xiàn)了弱的中氣旋輻合系統(tǒng)。

圖10 2009年8月26日TWR01天氣雷達(dá)反射率 a.13時(shí)48分;b.14時(shí)40分Fig.10 The TWR01 radar graphs on 26 August 2009 a.13:48 BST;b.14:40 BST

15時(shí)45分，在1.5°仰角徑向速度場(chǎng)中出現(xiàn)了近似于閉合的零徑向速度線，與圖11c對(duì)比發(fā)現(xiàn)，此時(shí)單體強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)。從15時(shí)45—57分，地面降雹區(qū)一直與明顯的徑向速度梯度區(qū)對(duì)應(yīng)。16時(shí)03分后，各層正徑向速度區(qū)面積開(kāi)始縮小，梯度減弱。與此相對(duì)應(yīng)，對(duì)流單體也開(kāi)始減弱并逐漸演變?yōu)槠胀▽?duì)流，降雹過(guò)程逐漸結(jié)束。

2.3 垂直液態(tài)水含量

垂直液態(tài)水含量(VIL)是指降水云體中某一確定的底面積的垂直柱體的總含水量。垂直積分液態(tài)水與基本反射率的強(qiáng)度有關(guān)，而基本反射率因子強(qiáng)度的大小與水滴大小相關(guān)。高的VIL值是判別強(qiáng)對(duì)流天氣造成的暴雨、冰雹等災(zāi)害性天氣的有效工具(陳德生等，2006;牛廣山等，2007;鄭金盈等，2007)。

6月6日過(guò)程在回波生成階段，VIL值一直維持在1～5 kg/m2。15時(shí)21—33分，VIL值出現(xiàn)躍增(圖12)，VIL值由15時(shí)21分的5 kg/m2增加到15時(shí)27分的20 kg/m2，再躍增到15時(shí)33分的40 kg/m2。15時(shí)33分—16時(shí)03分，VIL值一直保持在35 kg/m2以上，大部分時(shí)間 VIL維持在40 kg/m2的最大值上，在這一過(guò)程中地面多次降雹，VIL的高值與地面的降雹有很好的對(duì)應(yīng)。地面降雹發(fā)生在15時(shí)27分以后，而15時(shí)14分VIL值發(fā)生躍增，較降雹發(fā)生時(shí)間提前了13 min。圖12表明，VIL值的躍增時(shí)間為15時(shí)14—33分，對(duì)應(yīng)著冰雹云發(fā)展過(guò)程中的躍增階段，反映了云體內(nèi)冰雹粒子在生長(zhǎng)區(qū)正迅速碰并長(zhǎng)大，可作為預(yù)警冰雹的一個(gè)重要依據(jù)。從15時(shí)33分開(kāi)始冰雹云進(jìn)入成熟階段，保康的龍坪地區(qū)多次發(fā)生降雹，可見(jiàn)VIL穩(wěn)定在高值對(duì)降雹是有利的。因此，VIL值的變化可以較好的對(duì)應(yīng)冰雹云的各個(gè)發(fā)展階段，對(duì)于冰雹的預(yù)警也有重要的意義。

2.4 兩次過(guò)程比較

兩次冰雹天氣過(guò)程是在不同的天氣形勢(shì)下形成的，其中6月6日過(guò)程為無(wú)類(lèi)型(郭彬等，2007)天氣環(huán)流形勢(shì)，本次過(guò)程是?？?996年開(kāi)展防雹工作以來(lái)，無(wú)類(lèi)型環(huán)流形勢(shì)首次出現(xiàn)成災(zāi)冰雹天氣。8月26日過(guò)程為副高內(nèi)部型天氣環(huán)流形勢(shì)，此次降雹為典型的副高內(nèi)部型?？到当?，特點(diǎn)是降雹強(qiáng)度較弱、降雹時(shí)間短、降雹發(fā)生在午后、對(duì)流維持時(shí)間長(zhǎng)、降雹形勢(shì)為雨中帶雹。

簡(jiǎn)單有效地判斷有無(wú)冰雹，可以比較0℃和-20℃等溫線的高度。0℃等溫線高度上出現(xiàn)超過(guò)50 dBz的反射率因子結(jié)構(gòu)才有可能降雹，而-20℃等溫線高度上有超過(guò)50 dBz的反射率因子結(jié)構(gòu)時(shí)，強(qiáng)降雹的可能性極大。6月6日過(guò)程能體現(xiàn)出這一特征，即當(dāng)日0和-20℃的等溫線高度分別位于4.2和7.2 km的高度(圖略)，在7.2 km高度以上出現(xiàn)超過(guò)50 dBz的反射率因子結(jié)構(gòu)(圖略)，因此可以判斷該超級(jí)單體有極大的降雹可能。同樣由南陽(yáng)8月26日08時(shí)的探空曲線可見(jiàn)，0和-20℃的等溫線分別位于5.5和8.3 km高度上，對(duì)應(yīng)的反射率因子(圖略)顯示8.3 km高度以上也有超過(guò)50 dBz的反射率的因子結(jié)構(gòu)(圖略)，亦可以判斷降雹的可能極大。

圖11 2009年8月26日1.5°、2.4°、3.4°仰角的多普勒徑向速度演變a.15時(shí)02分;b.15時(shí)27分;c.15時(shí)45分;d.16時(shí)09分Fig.11 The intensity evolution of Doppler radial velocity on 26 August 2009 at 1.5°，2.4°and 3.4°elevation a.15:02 BST;b.15:27 BST;c.15:45 BST;d.16:09 BST

圖12 2009年6月6日VIL最大值隨時(shí)間變化(單位:kg/m2)Fig.12 The VIL maximum values varying with time on 6 June 2009(units:kg/m2)

3 結(jié)論

1)6月6日降雹過(guò)程發(fā)生在環(huán)流形勢(shì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，由高層侵入的冷空氣、中低層輻合系統(tǒng)共同作用下產(chǎn)生的中小尺度系統(tǒng)。8月26日降雹過(guò)程的天氣形勢(shì)是受副高外圍西南氣流影響，中低層切變南壓，地面鄂西北部有弱冷空氣堆積。兩次過(guò)程發(fā)生當(dāng)日大氣層結(jié)均呈上層寒冷干燥下層溫暖潮濕的狀態(tài)。環(huán)流形勢(shì)和層結(jié)狀態(tài)均有利于局地強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生和發(fā)展。

2)低層暖平流、中層冷平流極大增加了氣層的不穩(wěn)定性，且6月6日的垂直風(fēng)切變和速度矢端圖的曲率變化顯著大于8月26日，更有利于有組織的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的產(chǎn)生和發(fā)展。

3)6月6日強(qiáng)降雹天氣過(guò)程由強(qiáng)單體雹云產(chǎn)生，多普勒雷達(dá)回波具有超單體回波特征:PPI(plane position indicator)強(qiáng)度初始回波高度高，回波發(fā)展速度快，回波呈橢圓狀;強(qiáng)中心回波呈紡錘狀，中低層有弱回波區(qū);垂直液態(tài)水含量的每一次變化與云體發(fā)展的不同階段同步，冰雹在躍增最大值出現(xiàn)期間降落，隨VIL的激減，降雹隨之結(jié)束。因此，通過(guò)分析多普勒回波產(chǎn)品VIL值的變化可以預(yù)測(cè)冰雹云的發(fā)展。

陳德生，謝君，曲楠，等.2006.新一代多普勒天氣雷達(dá)參數(shù)測(cè)量和性能標(biāo)定［J］.河南氣象(4):88-89.

付雙喜，王致君，張杰，等.2006.甘肅中部一次強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒雷達(dá)特征分析［J］.高原氣象，25(5):932-941.

葛潤(rùn)生.1966.1964年北京地區(qū)降雹過(guò)程的雷達(dá)分析［J］.氣象學(xué)報(bào)，36(2):213-222.

郭彬，齊麟，嚴(yán)樹(shù)立，等.2007.?？当⑻鞖忸A(yù)警系統(tǒng)［C］//湖北省氣象學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨全省青年氣象科技工作者學(xué)術(shù)交流會(huì)議學(xué)術(shù)論文詳細(xì)文摘匯集.武漢:湖北省氣象學(xué)會(huì).

紀(jì)曉玲，胡文東，馬篩艷，等.2008.蒙古冷渦影響下寧夏兩次典型冰雹天氣對(duì)比分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，17(2):103-109.

廖曉農(nóng)，俞小鼎，于波，等.2008.北京盛夏一次罕見(jiàn)的大雹事件分析［J］.氣象，34(2):10-17.

陸忠漢，陸長(zhǎng)榮，王婉馨.1984.實(shí)用氣象手冊(cè)［M］.上海:上海辭書(shū)出版社:320-327.

牛廣山，李秋元，趙海軍.2007.一次強(qiáng)雷暴過(guò)程的閃電特征分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，30(增刊):111-114.

伍志方，張沛源.2001.一次強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒特征分析［J］.高原氣象，20(2):202-207.

許煥斌，段英，劉海月.2006.雹云物理與防雹的原理和設(shè)計(jì)［M］.2版.北京:氣象出版社:84-85.

俞小鼎，張愛(ài)民，鄭媛媛，等.2006.一次系列下?lián)舯┝魇录亩嗥绽仗鞖饫走_(dá)分析［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，17(4):385-393.

張騰飛，段旭，魯亞斌，等.2006.云南一次強(qiáng)對(duì)流冰雹過(guò)程的環(huán)流及雷達(dá)回波特征分析［J］.高原氣象，25(3):531-538.

張霞，周建群，申永辰，等.2005.一次強(qiáng)冰雹過(guò)程的物理機(jī)制分析［J］.氣象，31(4):13-17.

鄭金盈，呂作俊，閆銀霞，等.2007.三門(mén)峽新一代天氣雷達(dá)冰雹回波特征分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，30(增刊):25-27.

鄭媛媛，俞小鼎，方翀，等.2004.一次典型超級(jí)單體風(fēng)暴的多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)分析［J］.氣象學(xué)報(bào)，62(3):317-320.

朱君鑒，刁秀廣，黃秀韶.2004.一次冰雹風(fēng)暴的CINRAN/SA產(chǎn)品分析［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，15(5):579-589.

竹利，王厚伯.2008.川東北一次西北氣流型強(qiáng)冰雹天氣的成因分析［J］.暴雨災(zāi)害，27(3):242-247.

Browning K A.1962.Cellular structures of convective storms［J］.Meteor Mag，91:341-350.

Browning K A，Ludlam F H，Macklin W C.1963.The density and structure of hailstones［J］.Quart J Roy Meteor Soc，89(379):75-84.

Carl S C，Warren R S.2002.Development of warning criteria for severe pulse thunderstorms in the Northeastern United States using the wsr-88d［R］//Eastern Region Technical Attachment.

Marwitz J D.1972.The structure and motion of severe hailstorms［J］.J Appl Meteor，11:166-201.

Stout G E，Huff F A.1953.Radar records Illinois tornado genesis［J］.Bull Amer Meteor Soc，34:281-284.

(責(zé)任編輯:劉菲)

A comprehensive analysis of two hail processes in Baokang area of Hubei Province

CAI Shou-qiang1，NIU Sheng-jie1，GUO Bin2，LIU Xiao-li1
(1.School of Atmospheric Physics，NUIST，Nanjing 210044，China;2.Baokang Meteorological Bureau，Baokang 441600，China)

Using MICAPS routine data，TWR01 radar data and the observation echo data of the Doppler radar in Shiyan，combined with hail reports on the ground，this paper analyzed the weather background and radar data of two hailstorm processes in Baokang on 6 June and 26 August 2009.The results showed that upper cold chamfer trough and low shear line were the main impact systems.The hail on 6 June was caused by strong cell hail cloud and the hail cloud echo presented supercell echo characteristics.The initial radar echo was high and the hail cloud developed fast.The strong center was in the shape of a spindle.Low middle layer have WER(weak echo region);vertically integrated liquid water values before the hail showed obvious responses.The hailstorm on 26 August occurred in the subtropical high internal circulation situation and was generated by the merged and strengthened hail clouds.

hail;Doppler radar data;characteristic analysis

P426

A

1674-7097(2014)01-0108-11

蔡壽強(qiáng)，牛生杰，郭彬，等.2014.湖北?？祪纱伪⑻鞖膺^(guò)程的綜合分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，37(1):108-118.

Cai Shou-qiang，Niu Sheng-jie，Guo Bin，et al.2014.A comprehensive analysis of two hail processes in Baokang area of Hubei Province［J］.Trans Atmos Sci，37(1):108-118.(in Chinese)

0 引言

冰雹是由生命期較長(zhǎng)的強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象(陸忠漢等，1984)。此類(lèi)天氣具有影響范圍小、發(fā)展速度快、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)，它雖是一種局部的災(zāi)害性天氣，但同時(shí)也是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。張霞等(2005)詳細(xì)分析了鄭州地區(qū)的一次強(qiáng)冰雹過(guò)程，認(rèn)為水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)、外部抬升力等條件同時(shí)滿足，導(dǎo)致鄭州地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。張騰飛等(2006)詳細(xì)分析了云南2001年7月6日強(qiáng)對(duì)流冰雹天氣過(guò)程，認(rèn)為高層輻散流場(chǎng)和低層輻合流場(chǎng)的配置形成大氣強(qiáng)烈不穩(wěn)定，在有利的大尺度背景條件下產(chǎn)生的三個(gè)β中尺度系統(tǒng)直接導(dǎo)致此次滇中強(qiáng)對(duì)流冰雹天氣過(guò)程。付雙喜等(2006)通過(guò)分析2004年8月18日發(fā)生在甘肅中部的中小尺度冰雹天氣過(guò)程，得出強(qiáng)回波區(qū)與輻合區(qū)、逆風(fēng)區(qū)、中氣旋、VIL(vertically integrated liquid water，垂直液態(tài)氷含量)在位置上有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)VIL產(chǎn)品對(duì)冰雹落區(qū)預(yù)報(bào)有很好的指示作用。Carls and Warren(2002)通過(guò)對(duì)美國(guó)89例風(fēng)暴的研究，指出VIL值的波動(dòng)可為判斷風(fēng)暴中大粒雹塊的生成與降落提供有效的信息。伍志方和張沛源(2001)通過(guò)分析一次強(qiáng)對(duì)流天氣認(rèn)為，強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生與下墊面地理特征之間有著密切關(guān)系。竹利和王厚伯(2008)認(rèn)為大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定、濕對(duì)稱不穩(wěn)定、充足的水汽以及干線的存在有利于西北氣流型強(qiáng)冰雹天氣過(guò)程的發(fā)生。紀(jì)曉玲等(2008)通過(guò)分析寧夏的兩次典型冰雹天氣過(guò)程，認(rèn)為兩次冰雹天氣過(guò)程均是在“西高東低”有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的環(huán)流背景下，受蒙古冷渦影響而形成的。廖曉農(nóng)等(2008)分析了1969年8月29日出現(xiàn)在北京的罕見(jiàn)大雹事件，認(rèn)為北京在高能帶的中心并且對(duì)流有效位能和抬升指數(shù)均達(dá)到了一個(gè)較高的水平，使大冰雹的出現(xiàn)成為可能。

2011-04-21;改回日期:2012-06-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40805057);湖北省氣象局基金項(xiàng)目(2009y10)

蔡壽強(qiáng)，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)閺?qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法，caishouqd@sina.com.