2014.3.28梅州一次冰雹過程分析

張達文，馬夏妮

(梅州市氣象局，廣東 梅州 514000)

2014.3.28梅州一次冰雹過程分析

張達文，馬夏妮

(梅州市氣象局，廣東 梅州 514000)

利用天氣圖、多普勒雷達圖等資料，運用天氣學原理等方法，對2014年3月28日梅州的一次冰雹過程分析后得出：冰雹過程是在500 hPa南支槽前強西南氣流、850 hPa西南急流、925 hPa和地面輻合的系統(tǒng)下產生的；中層干冷，低層暖濕的大氣層結及低層明顯的垂直風切變、適宜的0 ℃層均有利于冰雹的發(fā)生；冰雹的移動方向是西南—東北，最強回波達到65 dBZ以上，但維持時間較短；具有鉤狀回波和弱回波特征，有明顯的逆風區(qū)且都位于回波移動的右側；垂直液體水含量(VIL)值在雹云發(fā)展成熟時維持在40 kg/m2以上，最大時能達到50 kg/m2；回波頂高度維持在11 km以上，最大時達到14 km。

梅州；冰雹；雷達

冰雹是梅州春季常見的自然災害，它發(fā)生時通常伴有雷雨、大風和短時強降水等強對流天氣，雖然其尺度較小、生命史也較短，但易造成較嚴重的災害，給農業(yè)、電力和人民生活等帶來不利影響，嚴重的冰雹還會造成人員傷亡，因此研究冰雹天氣具有重要意義。全國各地對冰雹個例的研究越來越多，對其形成機制有了更深的認識。本文通過對各種有利于冰雹產生的環(huán)流形勢及對此次冰雹過程的多普勒雷達回波特征進行分析，希望得出一些有助于提高冰雹預報預警的方法。

1 過程概述

2014年3月28日下午，受強雷雨云團影響，梅州中北部部分地區(qū)出現了短時強降水、雷雨大風等強對流天氣(圖1a)，其中在14:00到15:00，平遠縣城、蕉嶺縣廣福鎮(zhèn)和16:30左右在梅江區(qū)城北鎮(zhèn)均出現了冰雹。蕉嶺縣廣福鎮(zhèn)受此次冰雹影響較嚴重，出現7級左右的大風(15.6 m/s),受災農田約53.33 hm2，其中受災較為嚴重的煙田25.33 hm2。因此，本文著重分析影響蕉嶺縣廣福鎮(zhèn)的冰雹。

此次影響廣福鎮(zhèn)的冰雹具有生成快、移動快、生命史短、尺度小的特征，持續(xù)時間僅有10 min左右，影響范圍僅限于廣福鎮(zhèn)(約為50 km2)，這種發(fā)展迅速、生命史短、尺度小的冰雹的預報和預警仍是個難題。

圖1 (a) 梅州27日20：00至28日20：00雨量(單位：mm) (b) 蕉嶺廣福鎮(zhèn)20日風速小時分布(單位：m/s)

2 天氣形勢及大氣穩(wěn)定度分析

2.1 天氣形勢

3月28日08：00，500 hPa廣東上空處于南支槽槽前西南氣流中(見圖2a)，且槽前的西南風非常大，達到20 m/s以上，有效保持了水汽的輸送，之后南支槽東移北抬。850 hPa(見圖2b)切變線維持在長江流域一帶，廣東上空主要受切變線南側西南急流中[1]，急流風速達14～16 m/s[2]。

3月28日08：00，925 hPa風場在梅州中北部地區(qū)有非常明顯西南風及東南風輻合(見圖3a)，從3月28日14：00海平面氣壓場上看(見圖3b)，西南低槽發(fā)展，廣東處于東高西低的氣壓梯度場中，并且在廣東中部到福建北部有明顯的輻合線存在。

圖2 (a) 3月28日08：00，500 hPa高度場及風場(單位：dagpm) (b) 850 hPa風場(單位：m/s)

圖3 (a) 3月28日08：00，925 hPa風場(單位：m/s) (b)14：00海平面氣壓場及風場(單位：hPa，m/s)

2.2 大氣穩(wěn)定度及適合冰雹生長的環(huán)境

溫度—對數壓力圖解是當前氣象臺站普遍使用的一種熱力學圖解，它能反映出測站上空的氣壓、氣溫、濕度等氣象要素的垂直分布狀況，并用來判定層結穩(wěn)定度，分析云層，確定對流層頂的位置，以及求算各種溫、濕特征量等。因此，它在天氣分析和天氣預報工作中有著廣泛的應用。

梅州沒有探空站，由于廣福鎮(zhèn)離江西贛州比較近，所以分析時采用贛州站的探空資料。從3月28日08：00贛州站溫度對數壓力圖來看(見圖4)，在低層1 000～500 hPa均非常暖濕(T～Td非常小)，到500 hPa，Td呈直線驟減(T～Td突然增大)并一直延續(xù)到450 hPa左右，Td線呈喇叭口狀，這表明大氣低層比較暖濕，中層比較干冷，這種低層暖濕中層干冷的層結狀態(tài)非常有利于冰雹的形成。同時從垂直風場上看，1 000～500 hPa由南風轉為西南風非常明顯，并且風速隨高度增加，這說明在大氣低層，風隨高度順時針旋轉，風速隨高度增大，表明風切變比較大，有利于右移單體風暴的產生[3]。

圖4 3月28日08：00贛州站探空曲線示意

對流有效位能(CAPE)，代表地表邊界層的空氣所具有的能量，體現了不穩(wěn)定能量的大小，CAPE值越大，說明大氣層結越不穩(wěn)定。K指數用于分析大氣穩(wěn)定程度的氣象學單位，其計算公式為：

K=(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)

(1)

K指數計算式中第一項表示溫度直減率，第二項表示低層水汽條件，第三項表示中層飽和程度,因此，K指數可以反映大氣的層結穩(wěn)定情況。K指數越大，層結越不穩(wěn)定。在3月28日14：00華南CAPE值分布上(見圖5a)，在冰雹和短時強降水發(fā)生的地區(qū)的CAPE非常大，明顯比其他地區(qū)高，在1 200 J/kg以上。同時在冰雹和短時強降水發(fā)生區(qū)域的K值非常大，在42 ℃以上。這都表明在3月28日下午梅州北部地區(qū)大氣層結非常不穩(wěn)定，有利于冰雹的發(fā)生[4]。

按經驗，冰雹的形成云內0 ℃層的高度一般在600 hPa上下為宜，因為在這種條件下，既可以保證云體可以發(fā)展得較高，有利于冰雹生成，同時冰雹塊長大后下落時也不至于因暖層較厚而被融化成雨滴。從圖4可得知，云內0 ℃層在600 hPa左右，不太高也不太低，有利于冰雹的形成[5]。

3 多普勒雷達資料分析

多普勒雷達，又名脈沖多普雷雷達，是一種利用多普勒效應來探測運動目標的位置和相對運動速度的雷達。本文中使用的雷達產品是梅州雷達站(WSR—98d)新一代多普勒雷達產品，提供了較高靈敏度及較高分辨率的反射率因子、平均徑向速度及譜寬3種基數據，并且對基數據經過算法處理生產了徑向速度圖、垂直液體水含量等產品，這些數據和產品對強對流天氣預報預警具有非常重要的指示意義。本文著重從反射率因子、徑向速度圖和垂直液體水含量等方面對此次冰雹過程進行分析。

3.1 反射率因子及剖面圖

反射率因子，表示單位體積中降水粒子直徑6次方的總和。其值大小反映了氣象目標內部降水粒子的尺度和密度分布，用來表示氣象目標的強度，產品上數據的單位用dBZ表示。反射率因子產品一直作為雷達的標準輸出，利用反射率因子，可以確定回波強度，確定風暴結構和強弱以及強降水帶。而反射率因子隨時間的變化可以用來確定降水回波移動以及未來趨勢(增強，減弱，降水何時開始、結束等)。

圖6 3月28日14：00—15：00， 1.5°仰角反射率因子示意(單位：dBZ)

通過分析3月28日14：00—15：00梅州多普勒雷達反射率因子圖(圖6)，由于此次冰雹強度和尺度較小，沒有明顯的三體散射回波特征。單體風暴14：00從平遠縣泗水鎮(zhèn)開始發(fā)展，此時回波最強強度僅有40～45 dBZ，之后往東北方向移動，強度逐漸加強，14：42移至廣福鎮(zhèn)，并且中心強度加強到50 dBZ以上，最大強度達到65 dBZ以上(范圍很小)[6-9]，此時正是雹云發(fā)展最旺盛的時候，但60 dBZ以上強度維持時間較短，14：54便消失了，同時單體風暴移動速度比較快，在14：54就移出梅州進入福建省。

在雹云發(fā)展最旺盛時期(圖7)，可以看到此時的回波有明顯的類似菜豆結構(鉤狀回波)特征，強降水和冰雹正發(fā)生在類似菜豆的強回波處，鉤狀處有明顯的強上升氣流，這是在垂直強風切變條件下產生的。強回波都處于雹云移動的右側，但沒有明顯的三體散射回波特征。

圖7 14：42，1.5°仰角反射率因子示意(單位：dBZ)

通過對比14：42， 0.5°、1.5°和2.4°仰角反射率因子，在0.5°仰角雹云中心右側為弱回波區(qū)，而在1.5°和2.4°仰角上則為強回波區(qū)(見圖8)，這表明在高層強回波位置懸垂于低層弱回波去之上，形成弱波區(qū)(WER)的分布特征，且位于回波移動的右側。

圖8 3月28日14：42，0.5°(a)、1.5°(b)和2.4°(c)仰角反射率因子示意(單位：dBZ)

3.2 速度圖

通過分析14：00—15：00速度圖發(fā)現，在14：12，雹云發(fā)展階段中就出現逆風區(qū)，一直到14：54，其上空都有逆風區(qū)存在，但范圍很小，且逆風區(qū)一直維持在回波移動方向的右側(見圖9)。

3.3 回波頂高及垂直液體水含量

回波頂(ET)是在≥18 dBZ反射率因子被探測到時，顯示以最高仰角為基礎的回波頂高度。對流的強弱一般和回波伸展高度有關，所有ET產品可以分析估計對流發(fā)展與否，以及對流相對強弱的情況，在對流風暴中，最高的回波頂高對應最強烈的風暴，回波頂越高，對流伸展高度也越高，對流發(fā)展也越旺盛。

垂直液體水含量(VIL)表示將反射率因子數據轉換成等價的液態(tài)水值。用于反映降水云體中垂直柱體的液態(tài)含水總量分布。VIL是判別強降水及降水能力、強對流天氣和冰雹等災害天氣的最有效工具之一。尤其是冰雹單體能導致很強的VIL，有助于識別冰雹單體和超級單體風暴。

圖10 3月28日14:42回波頂高度和垂直液體水含量(單位：km，kg/m2)

通過分析回波頂高度及垂直液態(tài)水含量圖(圖10)得知，此次冰雹發(fā)生時(14：42)的回波頂最大高度為12 km以上，最大垂直液體水含量在45 kg/m2以上；從整個過程來說(圖11)回波頂高度都一直維持在較高(11 km以上)，冰雹發(fā)生時能達到14 km的高度，而垂直液態(tài)水含量上看，發(fā)展階段時VIL值在40 kg/m2以下，發(fā)展成熟時維持在40 kg/m2以上，最大時能達到50 kg/m2，在預警冰雹時可作為參考依據之一[10]。

4 結語

1) 此次冰雹是在500 hPa南支槽前強西南氣流、850 hPa西南急流中、925 hPa和地面輻合的系統(tǒng)下產生的，無明顯冷空氣影響。

2) 中層干冷，低層暖濕的大氣層結及低層明顯的垂直風切變和適宜的0 ℃層，大的CAPE值和K值，均有利于冰雹的發(fā)生。

3) 通過分析此次冰雹的雷達基本反射率因子及速度圖得知：冰雹的移動方向是西南—東北，最強回波達到65 dBz以上，但維持時間較短；具有鉤狀回波和弱回波特征，有明顯的逆風區(qū)且都位于回波移動的右側。

4) 此次冰雹過程的VIL值在雹云發(fā)展成熟時維持在40 kg/m2以上，最大時能達到50 kg/m2；回波頂高度維持在11 km以上，最大時達到14 km。

[1] 伍志方, 龐古乾. 2012年4月廣東左移和颮線內超級單體的環(huán)境條件和結構對比分析[J]. 氣象, 2014, 40(6):655-667.

[2] 王華, 孫繼松, 李津. 2005年北京城區(qū)兩次強冰雹天氣的對比分析[J]. 氣象, 2007, 33(2): 49-56.

[3] 周志敏, 萬蓉, 崔春光, 等. 風廓線雷達資料在一次冰雹過程分析中的應用[J]. 暴雨災害, 2010, 29(3): 251-256．

[4] 郭媚媚, 賴天文, 羅熾坤, 等. 2011年4月17日廣東強冰雹天氣過程的成因及特征分析[J]. 熱帶氣象學報, 2012, 28(3): 425-432.

[5] 農孟松, 賴珍權, 梁俊聰, 等. 2012年早春廣西高架雷暴冰雹天氣過程分析[J]. 氣象, 2013, 39(7):874-882.

[6] 金米娜, 陳云輝, 許愛華, 等. 2013年3月19日江西省冰雹天氣成因分析[J]. 暴雨災害, 2013, 32(2): 158-166.

[7] 黃彬，李源鋒，賀漢清. 梅州一次強降水過程CINRAD-SA雷達資料分析[J]. 廣東水利水電，2009(10):45-46，53.

[8] 葉愛芬, 伍志方. 一次春季強冰雹天氣過程分析[J]. 氣象科技, 2006,34(5): 583-586.

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

[10] 李文娟. 一次中氣旋冰雹天氣過程的診斷分析[J]. 氣象科技, 2006, 34(3): 291-295.

(本文責任編輯 馬克俊)

Analysis of a Hail Process over Meizhou City on March 28,2014

ZHANG Dawen，MA Xiani

(Meteorological Bureau of Meizhou City,Meizhou 514000，China)

A hail process over Meizhou City on March 28, 2014 is analyzed by using synoptic charts, Doppler radar maps and other data. The results show that the hail process occurres under strong southwest airflow before the southern trough in 500hPa,southwest jet in 850hPa,convergence in 925hPa and the ground; Dry and cold in the middle, moist atmosphere and lower apparent vertical wind shear, and appropriate 0℃ layer are conducive to the occurrence of hail; The movement of hail is from northeast to southwest, and the strongest echo reached more than 60dBZ, while maintaining for a short time; The echo, located right hand of the echo, has hooked echo and weak echo characteristics, also with obvious upwind; Vertical liquid water content value(VIL)is above 40 kg/m2before the mature of a hailstorm and the heaviest can reached 50 kg /m2; Echo top height remained above 11 km, and the heaviest is 14 km.

meizhou; hail; radar

2016-11-04;

2016-11-24

張達文(1985)，男，本科，工程師，主要從事天氣預報工作。

P426.64

：B

：1008-0112(2016)012-0008-06