2017年8月8日華北地區(qū)冰雹天氣的雷達回波特征和衛(wèi)星云圖分析

曲婧琦

新巴爾虎右旗氣象局，內(nèi)蒙古新巴爾虎右旗 021300

我國華北地區(qū)常年遭受冰雹災(zāi)害，對農(nóng)業(yè)、電力、交通產(chǎn)生了極大的危害，對我國經(jīng)濟造成了極大的損失，通過分析了解冰雹發(fā)生的原因，可以更準確地預(yù)報冰雹天氣，提前預(yù)防各種風險，對減少氣象災(zāi)害的影響具有重要的意義。多普勒天氣雷達、氣象衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)是業(yè)務(wù)上強對流的主要監(jiān)測手段，可以實時連續(xù)監(jiān)測，能了解強對流發(fā)展的過程，當滿足一定條件時，就能夠判斷會產(chǎn)生冰雹等強對流天氣，再通過外推法就可以判斷未來哪個區(qū)域下冰雹[1]。

1 天氣概況

2017年8月8日08:00～16:00全國只有銀川出現(xiàn)冰雹，截至20:00全國有5個區(qū)域出現(xiàn)冰雹，都位于華北地區(qū)，分別為山西北部和中部、陜西北部、遼寧西南部、北京和西安東部，且冰雹直徑都大于10 mm。此次華北地區(qū)冰雹主要是發(fā)生在8日20:00左右，冰雹過程具有范圍廣、強度強的特點。

2 環(huán)流背景

冰雹發(fā)生前期，500 hPa高度場上，我國氣壓場呈南高北低態(tài)勢，華南地區(qū)被副高占據(jù)，長江中下游、華北地區(qū)多短波槽活動，中高緯度地區(qū)為低值系統(tǒng)活動區(qū)，東北地區(qū)為冷渦活動區(qū)，冷渦中心位于黑龍江北部，冷中心位于蒙古國東部，溫度場落后于高度場，東北冷渦向南延伸的槽線位于黑龍江、吉林、遼寧中部，在河南東部地區(qū)存在一短波槽，華北地區(qū)出現(xiàn)冰雹的區(qū)域上空溫度場和高度場有很大的夾角，華北地區(qū)上空有較強的冷平流，風向以西風或者西北風為主，天氣形勢不穩(wěn)定，有中尺度觸發(fā)系統(tǒng)即可誘發(fā)強對流。850 hPa風場上，東北冷渦對應(yīng)的低值系統(tǒng)位于黑龍江中部，華北地區(qū)為弱風區(qū)域，平均風速為6 m/s左右，華北的北部內(nèi)蒙古地區(qū)有8 m/s的北風，內(nèi)蒙西部為8 m/s的西北風，山西、河北南部地區(qū)風速為3 m/s左右，在這一區(qū)域有一定的風速輻合，有利于對流的觸發(fā)，在溫度場上，冰雹發(fā)生的華北地區(qū)為暖中心，溫度在20℃以上，具有較好的熱力條件，能夠為對流提供較好的能量支撐。

3 雷達拼圖分析

由圖1可知，應(yīng)用華北區(qū)域雷達拼圖對這次冰雹天氣進行分析可以看出，2017年8月8日19:00～20:00華北東部地區(qū)有零散回波逐漸增強，原因可能是能量充沛，而且地面有中尺度輻合系統(tǒng)，綠色為降雨區(qū)、紅色為雷雨區(qū)，冰雹云系加厚，區(qū)域也擴大，水汽條件更加充足，更加有利于冰雹云的形成，華北地區(qū)多處有雷雨，華中地區(qū)有2條對流帶，由冷空氣觸發(fā)，導致華中地區(qū)降雹，并且在此前一晚的暖濕氣流持續(xù)北上，與中國西部的對流層中層的干冷空氣相交，導致華北地區(qū)出現(xiàn)冰雹天氣[2]。

3.1 冰雹形成時的雷達回波特點

由8日19:00雷達拼圖可以看出，華北地區(qū)多處對流云旺盛，其中華北西部回波分布零散，而東部較為密集，20:00左右除秦皇島地區(qū)其他地區(qū)仍有明顯回波（圖1）。

3.2 冰雹形成時的雷達回波的移動

19:00，雷達回波出現(xiàn)在張家口南部、晉中、臨汾、秦皇島等地區(qū)（圖1a）。20:48，張家口南部、晉中、臨汾秦皇島處的回波消失并且分別移動至北京、邢臺、長治地區(qū)，整個華北地區(qū)的回波東移，在移動的過程中不斷有新的單體加入（圖1d）。

3.3 冰雹形成時的雷達回波的強度

19:00呼和浩特西部、張家口南部、保定北部、秦皇島及其南部、晉中和臨汾鏈接地帶、渭城南部、有較為強盛的雷達回波且均在45 dBz以上，整個華北東部回波較強，華北西部較為微弱。19:30，北京和寶雞的回波加強，且均在45 dBz以上（圖1b）。20:00左右華北東部的回波仍大于華北西部（圖1c、圖1d）。

4 衛(wèi)星云圖分析

4.1 冰雹形成時的可見光圖像分析

在8日00:00可見光云圖中，華北上空伴有大量明亮的云團，多數(shù)呈現(xiàn)絲縷狀，雖然該云團紋理較為清晰，但云厚度較小，云中含水量較少，所以不足以提供產(chǎn)生冰雹的條件（圖2a）。直到18:00華北地區(qū)云團變化較大，云團增厚，含水量增多，整塊區(qū)域紋理清晰，邊界光滑，華北東部的云團呈橢圓狀，結(jié)構(gòu)緊密范圍較廣，云頂亮度低，為本次降雹創(chuàng)造了良好條件（圖2b）[3]。

圖2 2017年8月08日00:00（a）、18:00（b）可見光衛(wèi)星云圖

4.2 冰雹形成時衛(wèi)星云圖中的水汽和云頂溫度分析

衛(wèi)星水汽圖像能夠反映出整層大氣的水汽散布狀態(tài)，氣象衛(wèi)星有3個不同波長對大氣整層水汽進行觀察。衛(wèi)星輻射權(quán)重函數(shù)表示不同高度大氣層對到達衛(wèi)星總輻射的貢獻比例，它能反映出垂直方向上懸浮在大氣中的水汽對輻射貢獻的相對大小，但是它不能反映地球表面對輻射率所做貢獻的大小。從不同波長整層大氣貢獻率來看，不同的波長，不同層次大氣對其貢獻率不同，即不同的波段能夠觀測不同大氣高度的水汽含量（圖3）。7.3 μm波長通道觀測的大氣輻射中，550 hPa左右的大氣對其貢獻最大；6.9 μm波長通道觀測的大氣輻射中，450 hPa左右的大氣對其貢獻最大；6.2 μm波長通道觀測的大氣輻射中，350 hPa左右的大氣對其貢獻最大。

圖3 衛(wèi)星輻射權(quán)重函數(shù)

在圖4a中，6.2 μm通道水汽最大權(quán)重函數(shù)位于350 hPa，主要觀測對流層上層的水汽情況，在8日14:00冰雹發(fā)生前，華北地區(qū)有一東西向狹長的深色區(qū)域，表示華北地區(qū)上空存在很干的空氣，在對流層大氣中，干空氣能夠造成空氣中水汽蒸發(fā)，水汽蒸發(fā)吸熱，使得干區(qū)附近溫度較周邊低，即對流層上層干區(qū)也存在冷區(qū)。6.2 μm通道上的干區(qū)表示華北地區(qū)對流層高層有干冷空氣侵入，干冷空氣的侵入往往能夠增強整層大氣的不穩(wěn)定性。在圖4b中6.9 μm通道水汽圖上，華北上空的干區(qū)強度下降，并伴有下沉運動，表明在450 hPa左右的大氣層中存在微弱的水汽；圖4c中，在7.3 μm通道的水汽圖上，華北上空水汽含量進一步增加。

圖4 2017年8月8日14:00 6.2 μm（a）、6.9 μm（b）、7.3 μm（c）通道水汽圖

以上分析表明，在冰雹發(fā)生前，華北地區(qū)上空對流層上層有干冷空氣侵入，對流層中層水汽較為豐富，這種上干冷下暖濕的大氣層結(jié)條件有利于不穩(wěn)定能量的釋放，進而產(chǎn)生較強的對流。

在 圖5a中，8日11:20衛(wèi) 星 云 圖上，華北北部地區(qū)有一片高溫區(qū)域之中存在溫度低于-30℃的云區(qū)，這些云區(qū)中間存在面積很小的云頂溫度-50℃左右的對流中心。以上分析表明，8日11:20左右，華北北部的對流云團已經(jīng)開始發(fā)展。在圖5b中，月8日18:30華北地區(qū)呈遍地開花態(tài)勢，云圖上華北地區(qū)較多區(qū)域（藍色區(qū)域）溫度小于-50℃，且數(shù)量和面積較11:20有大幅度增加，表明這一時間華北地區(qū)對流云團得到較大發(fā)展，并且向南侵入山西河北地區(qū)，這與華北地區(qū)降水冰雹實況相符。

圖5 2017年8月8日11:20（a）和18:30（b）云頂亮溫圖

5 結(jié)論

（1）雷達拼圖中表現(xiàn)得非常明顯，中尺度輻合系統(tǒng)的充沛能量使零散回波逐漸增強，為冰雹天氣創(chuàng)造了良好的條件。而雷達回波強度的演變有時還要考慮地形的影響，在平原地區(qū)，強對流移動方向和速度不會發(fā)生太大變化，所以影響整個華北地區(qū)降雹的系統(tǒng)由西到東逐漸平移。

（2）在衛(wèi)星云圖中，大面積強烈的對流云團，結(jié)構(gòu)由散亂到緊密，外部邊緣逐漸清晰，存在云頂溫度-50℃左右的對流中心，這表明了云體內(nèi)部垂直運動旺盛，對流云團強烈的發(fā)展是冰雹天氣的重要因素。