平陽一次強(qiáng)冰雹天氣過程分析

宋珊珊

摘 要：利用溫州一體化平臺數(shù)據(jù)資料、溫州C波段雙偏振多普勒雷達(dá)產(chǎn)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(xù)強(qiáng)冰雹天氣過程簡要分析。結(jié)果表明，該次冰雹天氣發(fā)生在200 hPa西風(fēng)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(guī)多普勒雷達(dá)產(chǎn)品回波反射率因子表現(xiàn)出十分典型的超級單體雷暴回波特征，出現(xiàn)了三體散射回波;雙偏振雷達(dá)的ZDR、KDP等參量能有效地提高對冰雹的識別能力，HCL產(chǎn)品能直觀地識別出粒子形態(tài)，對降水粒子的種類進(jìn)行判斷。

關(guān)鍵詞：200 hPa急流;雙偏振雷達(dá);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(zāi)害之一，常常來勢迅猛、強(qiáng)度大、發(fā)生時間短、危害局地性強(qiáng)，出現(xiàn)時多伴隨大風(fēng)和短時強(qiáng)降雨，給人民群眾生產(chǎn)生活造成重大損失，是氣象部門預(yù)報難度較大的災(zāi)害性天氣。2019年4月23—24日，平陽連續(xù)發(fā)生強(qiáng)冰雹天氣，對平陽造成了一定損失，多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)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(fā)生機(jī)制做了大量研究。金米娜等[1]認(rèn)為，有利的環(huán)境是江西冰雹天氣發(fā)生發(fā)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?shù)陆鸬萚2]分析了安徽省春夏季出現(xiàn)的冰雹云雷達(dá)回波特征，指出冰雹云回波強(qiáng)度至少達(dá)到55 dBz，單體最大垂直累積液態(tài)水含量（VIL）應(yīng)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(dá)資料來開展冰雹等強(qiáng)對流天氣的臨近預(yù)報，大量學(xué)者和氣象研究人員對超級單體風(fēng)暴個例中多普勒天氣雷達(dá)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(jù)應(yīng)用于強(qiáng)對流天氣預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)上[3-8]。有研究指出，獲取的雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品資料可以作為冰雹探測的重要識別依據(jù)，這些產(chǎn)品的應(yīng)用增強(qiáng)了雷達(dá)估測降水和降水粒子的相態(tài)識別能力[9-11]。本文試通過溫州一體化平臺數(shù)據(jù)、溫州C波段雙偏振多普勒雷達(dá)產(chǎn)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(xiàn)象進(jìn)行分析，著重研究雙偏振多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用，以期提高冰雹天氣的監(jiān)測和預(yù)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(qū)強(qiáng)風(fēng)有利于上升運(yùn)動維持;850 hPa在黃淮一帶出現(xiàn)了低空切變線，浙江省有明顯的西南氣流且有加強(qiáng)的趨勢，高低空急流配合有利于形成垂直上升運(yùn)動。以K指數(shù)>30 ℃來表示大氣不穩(wěn)定區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)，08：00和20：00兩個時次平陽均位于不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，平陽地區(qū)K指數(shù)均大于35 ℃，說明整個平陽縣不穩(wěn)定能量充足，受系統(tǒng)影響，容易發(fā)生強(qiáng)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(tài)，低層存在逆溫。逆溫存在有利于不穩(wěn)定能量累積，14：00對流有效位能（CAPE）高達(dá)1 892.9 J/kg，相對于08：00明顯增大，對流抑制能量（CIN）達(dá)421.5 J/kg，相對于08：00有所減小，說明實(shí)際大氣中具有很大的不穩(wěn)定能量，有利于對流發(fā)展。

據(jù)溫州氣象業(yè)務(wù)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(dá)回波特征

3.1 常規(guī)多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品分析

該次冰雹具有明顯的超級單體雷暴特征。從雷達(dá)組合反射率圖（圖略）可以看出，對流單體快速發(fā)展并不斷東移南下，最大反射率強(qiáng)度維持在70 dBz左右，在15：45左右到達(dá)文成、瑞安、平陽交界區(qū)域。從雷達(dá)2.4°仰角的基本反射率圖（見圖2（a））可以看到，在15：56出現(xiàn)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(xù)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(qiáng)上升運(yùn)動造成的入流缺口，出現(xiàn)鉤狀回波特征。對應(yīng)15：56的雷達(dá)VIL圖（見圖2（a）），單體最大垂直累積液態(tài)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(dá)產(chǎn)品分析

雙偏振多普勒天氣雷達(dá)能夠發(fā)射和接收水平及垂直方向的偏振波，可以獲得常規(guī)多普勒天氣雷達(dá)反射率強(qiáng)度、徑向速度、速度譜寬，同時得到差分反射率因子（ZDR）、自相關(guān)系數(shù)（[ρhv]）、差分傳播相移率（KDP）等參量，進(jìn)一步提升了天氣雷達(dá)探測冰雹等強(qiáng)對流天氣的能力。ZDR參量通過分析不同尺寸上的粒子總數(shù)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(yīng)強(qiáng)回波處的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)（圖3（a）中黑色橢圓框）內(nèi)ZDR出現(xiàn)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(qū)域?qū)?yīng)的KDP大于3 °/km，說明KDP對大粒子降水有很好的區(qū)分。另外，雙偏振天氣雷達(dá)運(yùn)用模糊邏輯識別法，提供出水凝物分類產(chǎn)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(xiàn)了大范圍的大雨和小雨，看到重點(diǎn)關(guān)注區(qū)內(nèi)有冰雹出現(xiàn)。

4 結(jié)論

該次冰雹天氣發(fā)生在200 hPa西風(fēng)急流、850 hPa西南氣流的天氣背景下，大氣層結(jié)具有強(qiáng)不穩(wěn)定度，有利于對流運(yùn)動的發(fā)展。模擬探空站存在高層高濕、低層逆溫的現(xiàn)象，具有不穩(wěn)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(guī)多普勒雷達(dá)產(chǎn)品回波反射率因子表現(xiàn)出十分典型的超級單體雷暴回波特征，有與強(qiáng)入流和強(qiáng)上升運(yùn)動正對應(yīng)的弱回波區(qū)和懸垂結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了明顯的回波墻，也出現(xiàn)了用來確定冰雹的三體散射回波。同時，VIL圖中也出現(xiàn)了單體最大垂直累積液態(tài)水含量為60 kg/m2的點(diǎn)。

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

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