豐城冰雹天氣超級(jí)單體回波特征分析

饒?jiān)苹ǎR中元，陳鮑發(fā)，張春江，孫 芳，程小娟

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.豐城市氣象局，豐城 331100；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

豐城市位于江西省中部、贛江中下游，鄱陽湖盆地南端，東臨撫州臨川區(qū)、南昌進(jìn)賢縣；南臨撫州崇仁縣、樂安縣、吉安新干縣；西接宜春樟樹市、高安市；北連南昌新建區(qū)、南昌縣。由于冰雹屬于中小尺度天氣系統(tǒng)，尺度小、生命史短、產(chǎn)生快速，很難在天氣圖上跟蹤與監(jiān)測(cè)，因此，雷達(dá)拼圖產(chǎn)品能彌補(bǔ)單部雷達(dá)產(chǎn)品的不足，總結(jié)出其回波特征，對(duì)提高冰雹天氣的識(shí)別監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)能力十分有效。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在冰雹天氣的研究方面開展了大量工作[1-3]，尤其是使用單部天氣雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)致分析[4-6]，進(jìn)而建立了現(xiàn)有冰雹天氣理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究成果對(duì)豐城冰雹超級(jí)單體回波特征的研究和分析，起到指導(dǎo)作用[7-9]，同時(shí)，豐城冰雹的超級(jí)單體回波特征有其不同的地方。

文章使用常規(guī)MICAPS天氣圖、地面自動(dòng)站氣象要素、江西WebGIS雷達(dá)拼圖等資料，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)、天氣學(xué)和雷達(dá)氣象學(xué)等方法，對(duì)豐城4次冰雹天氣過程進(jìn)行分析，試圖總結(jié)出冰雹雷達(dá)拼圖回波特征，對(duì)提高冰雹天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力十分重要。

1 資料來源和實(shí)況統(tǒng)計(jì)

1.1 資料來源

天氣圖資料來源于MICAPS平臺(tái)；自動(dòng)氣象站資料來源于豐城國(guó)家觀測(cè)站和內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)；雷達(dá)拼圖資料來源于內(nèi)網(wǎng)江西WebGIS雷達(dá)拼圖。全文使用北京時(shí)間[10，11]。

1.2 實(shí)況統(tǒng)計(jì)

豐城2011—2020年出現(xiàn)過5次冰雹天氣(表1)，其中有4次是超級(jí)單體回波造成的。由于冰雹天氣局地很強(qiáng)，尺度很小，很難被觀測(cè)和記錄到，因此，冰雹的記錄大多數(shù)是靠信息員實(shí)地調(diào)查得到。文章就4次超級(jí)單體回波特征進(jìn)行分析。

表1 2011-2020年豐城4種強(qiáng)天氣次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 天氣形勢(shì)背景

2014-07-16T08:00，江西處于200 hPa分流區(qū)，有較強(qiáng)的風(fēng)速輻散，有利于大尺度強(qiáng)迫抬升；500 hPa位于槽前，在江西北部有一狹長(zhǎng)的濕區(qū)，其南側(cè)的T-Td>16 ℃，為顯著的干區(qū)；700 hPa的濕度分布與500 hPa類似，均存在明顯的干濕分界線，而850 hPa的濕區(qū)覆蓋了整個(gè)江西地區(qū)，新余處于上干下濕的垂直結(jié)構(gòu)；700 hPa和850 hPa的西南急流強(qiáng)度達(dá)到12～18 m/s，925 hPa有12 m/s的西南急流和8 m/s的東南風(fēng)在贛北交匯，有利于動(dòng)力抬升。地面有一條東北—西南向的輻合線位于贛北—湖南一帶，新余位于輻合線南側(cè)，白天地區(qū)氣溫從26 ℃明顯上升到35 ℃，有利于上下層溫差的加大，提供足夠的不穩(wěn)定能量。

2015-04-02T08：00，200 hPa江西處于輻散分流區(qū)，有利于底層強(qiáng)迫抬升；500 hPa槽位于內(nèi)蒙古中部—河北西部到湖北中部—湖南貴州交界一線，江西處于槽前西南氣流中，且全省處于T-Td>25 ℃的干區(qū)中；700 hPa、850 hPa和925 hPa的切變?cè)?00 hPa槽前，700 hPa切變西側(cè)北風(fēng)急流強(qiáng)度為12～20 m/s，冷平流顯著，12 h在700 hPa四川有一個(gè)-15 ℃的降溫中心，850 hPa為-12 ℃，925 hPa為-11 ℃，有利于地面鋒區(qū)南壓；3層的濕區(qū)覆蓋了江西大部分地區(qū)，為上干下濕的垂直結(jié)構(gòu)；贛北贛中地區(qū)T700-500>16 ℃，T850-500>26 ℃，具有充沛的不穩(wěn)定能量；地面冷鋒位于淮河一帶并將向南移近江西，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

2018-03-15T08:00，200 hPa江西處于急流核出口左前側(cè)輻散區(qū)，有利于低層強(qiáng)迫抬升；500 hPa槽分為兩支，南支位于湖北湖南到廣西一線，江西大部處于T-Td>20 ℃的干區(qū)中；700 hPa內(nèi)蒙東北地區(qū)有明顯的降溫中心，有利于引導(dǎo)低層冷鋒快速南下，850 hPa和925 hPa的切變南側(cè)急流強(qiáng)度最大達(dá)到18 m/s，提供了充足的水汽和能量，中低層濕區(qū)覆蓋了江西大部分地區(qū)，與高層形成上干下濕的垂直結(jié)構(gòu)；T700-500>16 ℃，T850-500>28 ℃，具有充沛的不穩(wěn)定能量；地面為鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)，北方內(nèi)蒙到東北有一股冷鋒南下，使其南側(cè)暖濕氣流強(qiáng)迫抬升，有利于產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

2019-03-21T08：00，200 hPa高空急流在江西北部地區(qū)為風(fēng)速輻散，有利于強(qiáng)迫低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。500 hPa冷溫槽明顯，有利于低槽東移發(fā)展，其槽前的西南氣流利于動(dòng)力抬升，同時(shí)T850-T500在26 ℃以上，垂直溫度遞減率達(dá)到了特征值；主要?jiǎng)恿μ到y(tǒng)位于贛北北部，結(jié)合低層急流的暖濕輸送，熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定較明顯。地面圖上，贛北有冷鋒南下，強(qiáng)迫暖空氣抬升，有利于鋒后強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。

由此可見，100～200 hPa有分流區(qū)，500 hPa位于槽前干區(qū)，700 hPa和850 hPa的濕區(qū)和西南急流，地面有輻合線，十分有利于產(chǎn)生冰雹天氣。

3 超級(jí)單體回波特征

2011—2020年，豐城共統(tǒng)計(jì)出5次冰雹天氣，其中4次是超級(jí)單體回波造成的，1次強(qiáng)單體回波。4次超級(jí)單體冰雹回波有2次發(fā)生在颮線回波帶上，有2次發(fā)生在孤立零散的超級(jí)單體上。兩種超級(jí)單體回波類型是江西冰雹回波的主要表現(xiàn)形式。

3.1 颮線回波帶上超級(jí)單體

颮線回波帶上，一些發(fā)展旺盛的回波單體會(huì)發(fā)展成為超級(jí)單體。例如：2018-03-15颮線過程(圖1a)，21：00，颮線回波帶中段向南移動(dòng)突出的地方，回波發(fā)展成為超級(jí)單體回波，組合反射率CR達(dá)到60～65 dBz，強(qiáng)回波面積大于10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，豐城榮塘鎮(zhèn)等地出現(xiàn)冰雹。

2019-03-21颮線過程(圖1b)，12：00，颮線回波帶頂部向東移動(dòng)過程中，回波發(fā)展成為超級(jí)單體回波，組合反射率CR達(dá)到65 dBz，強(qiáng)回波面積大于10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，豐城梅林鎮(zhèn)、上塘鎮(zhèn)、同田鄉(xiāng)等地出現(xiàn)冰雹。與此同時(shí)，新余北部超級(jí)單體也出現(xiàn)冰雹天氣。

3.2 孤立零散的超級(jí)單體

超級(jí)單體常常以孤立、零散的方式表現(xiàn)。例如：2014-07-16(圖2a)，20：00，超級(jí)單體在豐城東部，組合反射率CR達(dá)到60 dBz，強(qiáng)回波面積≥10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，“前伸”回波特征不明顯，豐城榮塘鎮(zhèn)、石灘鎮(zhèn)、白土鎮(zhèn)等地出現(xiàn)冰雹。

圖2 孤立零散的超級(jí)單體：(a)2014-07-16T20:00；(b)2015-04-02T16:00

2015-04-02(圖2b)，16：00，超級(jí)單體在豐城北部，組合反射率CR達(dá)到65 dBz，強(qiáng)回波面積≥10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，具有比較清晰的“前伸”回波特征，回波強(qiáng)度比較強(qiáng)，豐城上塘鎮(zhèn)、同田鎮(zhèn)、隍城鎮(zhèn)、梅林鎮(zhèn)等地出現(xiàn)冰雹。與此同時(shí)，南昌市北部也有超級(jí)單體活動(dòng)，造成部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹天氣；宜豐超級(jí)單體達(dá)到70 dBz，強(qiáng)回波面積和強(qiáng)回波梯度也大，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)直徑≥5 cm的大冰雹。

由此可見，孤立零散的超級(jí)單體回波比颮線回波帶上超級(jí)單體回波要強(qiáng)，強(qiáng)回波面積更大，出現(xiàn)的冰雹面積較大，影響較多鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

4 結(jié)束語

文章使用常規(guī)MICAPS天氣圖、自動(dòng)氣象站要素和江西WebGIS雷達(dá)拼圖等資料，對(duì)豐城4次超級(jí)單體回波產(chǎn)生冰雹天氣過程進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1)100～200 hPa分流區(qū)，500 hPa位于槽前干區(qū)，700 hPa和850 hPa的濕區(qū)覆蓋江西，有西南急流，地面有輻合線，十分有利于發(fā)生冰雹天氣；

2)颮線回波帶上超級(jí)單體回波組合反射率CR達(dá)到60～65 dBz，強(qiáng)回波面積≥10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，云砧形成的“前伸”回波結(jié)構(gòu)不清楚；

3)孤立零散的超級(jí)單體回波組合反射率CR達(dá)到65 dBz，強(qiáng)回波面積≥10 km×10 km，強(qiáng)回波梯度較大，有明顯的云砧形成的“前伸”回波特征。