江西冰雹衛(wèi)星云圖特征分析

范小軍，馬中元，黃龍飛，辛瑋琪，洪麗霞，宋 雄

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.宜豐縣氣象局，宜豐 336300；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

江西冰雹是春季主要的強(qiáng)對流天氣之一。在衛(wèi)星云圖上，江西冰雹主要表現(xiàn)為中尺度對流系統(tǒng)MCS云系結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品上是典型的超級單體回波。衛(wèi)星云圖探測范圍廣闊，且此雷達(dá)響應(yīng)速度快，因此，研究衛(wèi)星云圖強(qiáng)對流云系特征具有重要的意義。

國內(nèi)不少專家學(xué)者對冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣的云圖特征和雷達(dá)特征進(jìn)行了大量研究與分析，取得了豐碩的研究成果。例如：侯建忠[1]等研究云圖特征指出，若云系右側(cè)出現(xiàn)新的中尺度對流云圖，預(yù)示著新云團(tuán)未來發(fā)展加強(qiáng)迅速。彭軍[2]等認(rèn)為“S”型云系邊界凹處對應(yīng)系統(tǒng)性降水中心，低渦云系南段對應(yīng)強(qiáng)對流中心。張杰[3]等研究指出在高能高濕環(huán)境條件下，由于輻合抬升作用，對流單體生成、不斷長大、有規(guī)律排列、相互合并發(fā)展成不同大小和形狀的單體風(fēng)暴、多單體風(fēng)暴、颮線、MCC，結(jié)構(gòu)密實且不均勻，伴隨激烈地閃的同時產(chǎn)生冰雹大風(fēng)和短時強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣。陳剛毅[4]等利用GMS-5的TBB(亮溫)非線性時間序列資料，對湖北武漢“98.7”特大暴雨進(jìn)行了定常與非定常特征計算和判斷分析，結(jié)果與實際降雨的變化趨勢吻合。陳鮑發(fā)[5]等研究得出江西WebGIS雷達(dá)拼圖上冰雹的4個預(yù)報著眼點。馬中元[6-8]等研究得出颮線移動前方不斷產(chǎn)生具有“前伸”、TBSS和虛假回波結(jié)構(gòu)的局地雹云超級單體回波群，這些颮前中小尺度系統(tǒng)是產(chǎn)生此次冰雹災(zāi)害的主要回波系統(tǒng)；副高邊緣雷達(dá)回波特征主要有兩種：一是南北向短帶回波，有時會發(fā)展為弓狀回波；二是強(qiáng)回波單體，超級單體和復(fù)合單體回波。研究成果多為從天氣背景、層結(jié)條件、中小尺度天氣系統(tǒng)、單部雷達(dá)回波產(chǎn)品等方面進(jìn)行論述，很少使用多部雷達(dá)拼圖產(chǎn)品和回波系統(tǒng)廓線來描繪回波演變。描述冰雹回波系統(tǒng)的移動規(guī)律，可為監(jiān)測預(yù)警江西冰雹天氣提供理論依據(jù)[9-13]。

文章使用常規(guī)天氣資料、衛(wèi)星云圖、TBB資料和雷達(dá)拼圖等資料，對2021-03-30—2021-03-31江西罕見大冰雹天氣進(jìn)行分析，試圖了解江西冰雹衛(wèi)星云圖演變特征，為江西冰雹等強(qiáng)對流天氣的監(jiān)測預(yù)警提供分析依據(jù)。

1 資料來源

地面要素資料來源于江西省自動氣象站要素顯示平臺；天氣背景資料、探空數(shù)據(jù)和衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)來源于MICAPS平臺；雷達(dá)拼圖資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺；冰雹資料來源于國家站記錄、微信群視頻、圖片和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村信息員災(zāi)情調(diào)查資料。

2 天氣實況與天氣背景

2.1 天氣實況

2021-03-30—2021-03-31，江西出現(xiàn)罕見的大冰雹天氣。冰雹自西向東橫掃銅鼓、宜豐、上高、高安、奉新、新建、南昌市、南昌、進(jìn)賢、余干、樂平、景德鎮(zhèn)和婺源等地，其中銅鼓、南昌市等地還出現(xiàn)罕見大冰雹，最大雹徑超過10 cm，呈放射狀，普通雹徑也在20～50 mm。此次江西大冰雹事件，無論是超級單體回波的強(qiáng)度、維持時間、影響范圍和冰雹直徑都是歷史罕見的。

30日20：00至31日20：00，大冰雹所經(jīng)之地，國家站記錄極大風(fēng)速≥17.2 m/s有7站，最大風(fēng)速23.3 m/s(南昌市)；區(qū)域站記錄極大風(fēng)速≥17.2 m/s有33站，最大風(fēng)速23.3 m/s(南昌市)。此次過程最大風(fēng)速發(fā)生在贛州市信豐縣(28.0 m/s)，但遠(yuǎn)離大冰雹發(fā)生地。

30日20：00至31日20：00，大冰雹所經(jīng)之地，國家站記錄雨量≥30.0 mm/24 h的有9站，最大雨量91.1 mm/24 h(景德鎮(zhèn))；區(qū)域站記錄雨量≥30.0 mm/24 h的有183站，最大雨量103.0 mm/24 h(景德鎮(zhèn)市官莊村)。

2.2 天氣背景

2021-03-30T20：00，強(qiáng)對流天氣的重要天氣系統(tǒng)有中層和低層西南急流、地面倒槽、低層切變線，同時伴有低層暖脊、“上干下濕”等有利于強(qiáng)天氣發(fā)生的溫濕條件。水汽條件充沛、大氣層結(jié)極不穩(wěn)定且伴有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。此次過程的不同點是強(qiáng)對流發(fā)生時，高空低槽并沒有明顯東移，這與中低層切變線和地面輻合線、西南急流、倒槽等條件有關(guān)，屬于典型暖區(qū)強(qiáng)對流天氣型特征[14-16]。

3 FY4A云圖特征

3月30—31日是江西中北部冰雹天氣過程，十多個縣市出現(xiàn)冰雹、雷暴大風(fēng)、強(qiáng)雷電和短時強(qiáng)降水天氣，南昌市冰雹直徑和密度都是罕見的，國家站記錄雹徑為60 mm，但實況照片測量卻超過100 mm。余干縣玉亭鎮(zhèn)百湖村和南昌縣塘南鎮(zhèn)西聯(lián)村發(fā)生雷擊事件，傷亡2人。此次冰雹過程，銅鼓是首站入境地，經(jīng)過宜豐影響下游地區(qū)。

3.1 30日中尺度對流系統(tǒng)MCS影響

30日20：00，在湖南東北部晴空區(qū)有一條東北—西北走向的積云線，江西南部有中尺度對流系統(tǒng)MCS發(fā)展，MCS對江西中北部冰雹影響不大，故不分析；20：30，晴空積云線快速發(fā)展，21：00移至江西銅鼓邊界，并發(fā)展成為對流云系；21：30，對流云系朝東北偏東方向移動，進(jìn)入銅鼓境內(nèi)；22：00—22：30，對流云系發(fā)展成為中尺度對流系統(tǒng)MCS，銅鼓境內(nèi)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大冰雹；23：00—23：30，MCS影響宜豐北部，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹；31日00：00，MCS移出宜豐后，得到進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)；00：30—02：00，MCS影響新建、南昌等地，南昌市出現(xiàn)罕見大冰雹，然后，MCS朝東北方向移入贛東北地區(qū)。

3.2 31日多條對流云帶影響

31日17：30，在湖南與江西交界處(銅鼓附近)有積云A發(fā)展；18：00—18：30，積云A發(fā)展成為對流云帶，影響銅鼓和宜豐；19：00，A對流云帶發(fā)展迅速，銅鼓再次出現(xiàn)冰雹；與此同時，湖南境內(nèi)出現(xiàn)積云B發(fā)展；19：30，A對流云帶繼續(xù)東移影響宜豐等地，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹；積云B發(fā)展；20：00—20：30，A對流云帶繼續(xù)影響下游地區(qū)，積云B發(fā)展成為對流云帶；21：30—22：00，A對流云帶有所減弱；B對流云帶發(fā)展，再一次造成銅鼓、宜豐等地出現(xiàn)冰雹。

由此可見，30日在湖南東北部晴空區(qū)有積云線存在，晴空積云線快速發(fā)展成為對流云系，進(jìn)一步發(fā)展成為中尺度對流系統(tǒng)MCS，銅鼓境內(nèi)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大冰雹，宜豐北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹；MCS移出宜豐后，得到進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，新建、南昌等地出現(xiàn)罕見大冰雹。31日積云A發(fā)展成為對流云帶，影響銅鼓和宜豐，造成銅鼓、宜豐出現(xiàn)冰雹；湖南境內(nèi)出現(xiàn)積云B發(fā)展成為對流云帶，又一次造成銅鼓、宜豐等地出現(xiàn)冰雹。

4 MCS中尺度對流系統(tǒng)TBB特征和雷達(dá)拼圖回波特征

衛(wèi)星云圖和雷達(dá)拼圖是監(jiān)測強(qiáng)天氣的有效手段。TBB黑體亮溫等值線能夠清晰反映中尺度對流系統(tǒng)MCS的分布和演變；在雷達(dá)拼圖上，MCS表現(xiàn)為超級單體、回波帶上超級單體和強(qiáng)單體回波特征。云圖和回波相結(jié)合，可以較準(zhǔn)確地反映冰雹系統(tǒng)的MCS特征和超級單體、帶上超級單體、帶上強(qiáng)單體回波特征，為識別冰雹天氣提供分析依據(jù)。

4.1 MCS黑體亮溫TBB特征

2021-03-30，江西境內(nèi)(贛南和贛北)出現(xiàn)2次中尺度對流系統(tǒng)MCS活動，其中贛南A-MCS發(fā)生時間早，TBB黑體亮溫和結(jié)構(gòu)比贛北B-MCS強(qiáng)，但形成的冰雹災(zāi)害不同。A-MCS只造成會昌縣局部鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，B-MCS卻造成贛北和贛中北部出現(xiàn)大范圍冰雹天氣，其中，銅鼓、南昌等地出現(xiàn)罕見大冰雹。

30日21：00(圖1a)，B-MCS在湖南和江西交界處(銅鼓附近)產(chǎn)生，此時TBB亮溫只有-70～-83 ℃，是B-MCS初生發(fā)展階段；A-MCS比較強(qiáng)，TBB亮溫達(dá)到-96 ℃，贛南會昌部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，因此，A-MCS是比較經(jīng)典的冰雹云MCS。22：00(圖1b)，B-MCS面積擴(kuò)大，但TBB亮溫變化不大，進(jìn)入銅鼓，造成銅鼓部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹天氣；A-MCS移至江西南部省界附近，亮溫有所減弱。23：00(圖1c)，B-MCS發(fā)展壯大，TBB亮溫達(dá)到-96 ℃，銅鼓、宜豐北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)繼續(xù)出現(xiàn)冰雹天氣；A-MCS移出江西，并逐步減弱。31日00：00(圖1d)，B-MCS繼續(xù)發(fā)展壯大，TBB亮溫達(dá)到-109 ℃，南昌等地出現(xiàn)罕見大冰雹。

圖1 2021-03-30T21：00—2021-03-31T00：00 TBB衛(wèi)星云圖

由此可見，B-MCS是影響江西北部大冰雹的中尺度對流系統(tǒng)，TBB亮溫在-70～-109 ℃，銅鼓、宜豐、新建和南昌等地部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大范圍冰雹天氣；當(dāng)TBB亮溫達(dá)到-109 ℃時，南昌等地出現(xiàn)罕見大冰雹。

4.2 雷達(dá)拼圖超級單體和帶上強(qiáng)單體回波特征

30日22：10(圖2a)和23：10(圖2b)，影響贛北的冰雹回波系統(tǒng)表現(xiàn)為孤立經(jīng)典超級單體回波結(jié)構(gòu)，雷達(dá)拼圖CR回波中心回波核達(dá)到70 dBz，60 dBz強(qiáng)回波面積較大，30～60 dBz的回波梯度較大(距離越短梯度越大)，在沿高空風(fēng)云砧方向有“前伸”回波結(jié)構(gòu)。這是經(jīng)典超級單體回波特征，造成銅鼓、宜豐部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹天氣。

31日18：20(圖2c)和19：10(圖2d)，影響贛北的冰雹回波系統(tǒng)表現(xiàn)為在不連續(xù)回波帶上(被定義為颮線回波帶)，有若干個超級單體、弱超級單體和強(qiáng)單體回波存在，弱超級單體比經(jīng)典超級單體要偏弱一些，強(qiáng)單體回波比弱超級單體回波偏弱一些，主要區(qū)別是回波強(qiáng)度和強(qiáng)回波面積很難達(dá)到經(jīng)典超級單體程度，但弱超級單體和強(qiáng)單體回波都可以形成中等以下冰雹天氣[17-22]。在颮線回波帶上出現(xiàn)的超級單體和強(qiáng)單體回波稱為帶上超級單體、帶上強(qiáng)單體回波等。

圖2 2021-03-30T22：10—2021-03-31T22：30 江西冰雹雷達(dá)拼圖回波特征

31日20：10(圖2e)、21：20(圖2f)、22：00(圖2g)和22：30(圖2h)，都屬于回波帶上超級單體或強(qiáng)單體回波結(jié)構(gòu)，回波帶上有若干個發(fā)展進(jìn)程不同的超級單體或強(qiáng)單體回波，CR回波強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz，很少達(dá)到70 dBz，帶上超級單體和強(qiáng)單體回波造成沿途不斷出現(xiàn)冰雹天氣。

5 結(jié)束語

文章使用常規(guī)天氣資料、衛(wèi)星云圖、TBB資料和雷達(dá)拼圖等資料，對2021-03-03—2021-03-31江西罕見大冰雹天氣進(jìn)行分析，在對衛(wèi)星云圖TBB黑體亮溫與雷達(dá)拼圖回波強(qiáng)度進(jìn)行對比分析時，發(fā)現(xiàn)30日21：00贛南A-MCS中尺度對流系統(tǒng)的TBB黑體亮溫，明顯低于31日00：00贛北B-MCS中尺度對流系統(tǒng)的TBB黑體亮溫，但A-MCS只造成南昌部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，而B-MCS卻造成贛北多地出現(xiàn)冰雹，其中南昌出現(xiàn)罕見大冰雹。通過雷達(dá)拼圖CR回波強(qiáng)度對比，發(fā)現(xiàn)A-MCS的回波強(qiáng)度明顯低于B-MCS的回波強(qiáng)度，這就說明，TBB黑體亮溫揭示MCS對應(yīng)的超級單體回波存在偏差。這個偏差需要多個例子進(jìn)行分析和檢驗。