滇西南一次冬季降雹過程C波段雷達(dá)資料分析*

字 冉 孔 震 李 志 楊秀平 劉 可

(1.西雙版納州氣象臺(tái),云南 西雙版納傣族自治州 666100;2.西雙版納州氣象科技服務(wù)中心,云南 西雙版納傣族自治州 666100;3.西雙版納州人工影響天氣中心,云南 西雙版納傣族自治州 666100)

0 引言

云南省地處低緯高原地區(qū),受西南暖濕氣流影響,全年各月都有冰雹發(fā)生,主要集中在2—5月,占全年冰雹日數(shù)的58.1%,最多月份為4月,月平均13天[1]。滇西南是冰雹發(fā)生最頻繁區(qū)域,集中出現(xiàn)在春冬季節(jié),占總降雹日數(shù)的90.9%,主要降雹時(shí)間出現(xiàn)在午后至傍晚,時(shí)間尺度1～30min,約80%的降雹是在10min之內(nèi)完成[2]。

近年來,冬季冰雹在滇西南地區(qū)多發(fā),造成民房、農(nóng)作物、市政設(shè)施等不同程度受災(zāi),經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。2012年12月26日、2013年2月3日、2015年1月11日、2018年12月9日和2022年1月19日,受南支槽影響,滇西南地區(qū)的景洪市、勐?？h和勐臘縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)午后至傍晚時(shí)段出現(xiàn)降雹,造成多個(gè)村受災(zāi)。其中,2015年1月11日19時(shí)15分至23時(shí)左右的降雹過程持續(xù)時(shí)間長、范圍廣、冰雹顆粒大,聚集在地面15～20cm厚,受災(zāi)31個(gè)村民小組6095人,844hm2經(jīng)濟(jì)作物受損,直接經(jīng)濟(jì)損失2015萬元。滇西南地區(qū)的普洱市近年亦頻繁受到冬季雹災(zāi)的影響。2017年2月2—3日,江城縣、寧洱縣和景谷縣先后出現(xiàn)冰雹等強(qiáng)對流天氣,其中2月2日22時(shí)45—55分,江城縣城氣象觀測站觀測到冰雹最大直徑為19mm,平均重量為2.2g。3日16時(shí)38—43分,寧洱縣氣象局縣城測站出現(xiàn)冰雹等強(qiáng)對流天氣,其中冰雹最大直徑為30mm,造成蔬菜、烤煙、咖啡、民房等不同程度受損。2021年12月31日02—05時(shí),孟連縣勐馬鎮(zhèn)、公信鄉(xiāng)局地出現(xiàn)冰雹天氣,持續(xù)時(shí)間20min左右,冰雹大小約10mm左右。2021年12月23日23時(shí)—24日0時(shí)、24日02—03時(shí),思茅區(qū)云仙鄉(xiāng)降冰雹,造成農(nóng)作物、房屋受雹災(zāi)。2022年1月19—20日,普洱、版納、文山、玉溪等多地先后出現(xiàn)雷暴、冰雹、大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣,冰雹最大直徑達(dá)50mm,最大風(fēng)力達(dá)20.2m/s,最大短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在勐?？h打洛板鎮(zhèn),為28.5mm,造成多地不同程度受災(zāi),經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

本文對2022年1月19日滇西南地區(qū)西雙版納境內(nèi)的冰雹天氣過程的多普勒雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析,以期能為探索滇西南冬季冰雹天氣雷達(dá)回波預(yù)警提供參考。

1 降雹實(shí)況

受南支槽和高原槽東移影響,2022年1月19日08—22時(shí),云南省玉溪、普洱、西雙版納和文山等地先后出現(xiàn)了冰雹、陣性大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和雷電等局地強(qiáng)對流天氣,其中,降雹實(shí)況如表1所示。本次冰雹局地性較強(qiáng),大小不均,有記錄最大冰雹直徑為50mm,出現(xiàn)在普洱市思茅區(qū)云仙鄉(xiāng)。本次滇西南地區(qū)降雹時(shí)段主要集中在19日08—10時(shí)及13—20時(shí),前一時(shí)段主要出現(xiàn)在普洱北部的景谷和鎮(zhèn)沅,后一時(shí)段集中在15—20時(shí),主要位于普洱中部一線(西盟—瀾滄—思茅—寧洱—江城),以及西雙版納的勐海—勐臘。由于兩個(gè)時(shí)段間隔較長,下午時(shí)段降雹較為集中且強(qiáng)度較大,本文重點(diǎn)分析15—21時(shí)之間降雹的強(qiáng)對流單體的雷達(dá)演變特征。

表1 2022年1月19日08時(shí)至20日08時(shí)

2 環(huán)流形勢及環(huán)境條件分析

2022年1月19日,500hPa云南省受南支槽以及東移高原槽的共同影響,700hPa上西南暖濕急流強(qiáng)盛,水汽條件好,大氣易形成上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié),午后低緯高原太陽輻射強(qiáng)烈,有利于大氣層不穩(wěn)定發(fā)展,在有利條件和地形抬升作用下,非常有利于雷暴觸發(fā),產(chǎn)生較大范圍的冰雹天氣過程。19日08時(shí),500hPa形勢場(圖1a)上南支槽位于孟加拉灣上空,經(jīng)向度較弱,滇西南上空風(fēng)速達(dá)30m/s以上且伴隨有強(qiáng)勁的高空急流(300hPa上,風(fēng)速大于40m/s),高原東側(cè)有短波活動(dòng),700hPa同樣配合有南支槽,滇西南處于槽前西南低空急流控制,低層有明顯暖濕水汽輸送(圖1c);19日20時(shí),隨著高原東移短波槽的同位相疊加,控制云南大部的南支槽移動(dòng)緩慢且強(qiáng)度加深,滇西南地區(qū)槽前的偏南風(fēng)分量增強(qiáng)(圖1b),動(dòng)力抬升條件穩(wěn)定,且19日08—20時(shí)滇西南地區(qū)低層風(fēng)速大于12m/s的西南急流穩(wěn)定維持,水汽充沛(圖1d);近地面925hPa滇東地區(qū)處于大陸冷高壓底后部,滇西南處于西南風(fēng)與東南風(fēng)輻合區(qū);19日08—20時(shí)的普洱、14—19時(shí)的西雙版納西北部均存在明顯地面輻合線。本次滇西南地區(qū)較大范圍的冰雹天氣過程就是由南支槽造成的,降雹發(fā)生在700hPa西南低空急流區(qū)內(nèi)(圖1c、1d),這與2004年1月9日云南出現(xiàn)24站冰雹天氣過程類似[1-2]。段旭等[3]發(fā)現(xiàn)當(dāng)高低空同時(shí)出現(xiàn)急流時(shí),若有風(fēng)雹天氣,兩支急流軸線有一明顯夾角;李英[4]在分析強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)的低空急流若干特征時(shí)指出,當(dāng)?shù)涂占绷鲄^(qū)伴隨輻合上升運(yùn)動(dòng)時(shí),有利于冰雹天氣的發(fā)生、發(fā)展,本次過程環(huán)流形勢恰符合上述條件。此外,低緯高原午后太陽輻射強(qiáng)烈,地面氣溫迅速上升,有利于大氣層不穩(wěn)定發(fā)展,易產(chǎn)生空氣熱對流,利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,這也是云南午后到傍晚出現(xiàn)冰雹較多的原因之一。

(a)08時(shí)500hPa形勢場和300hPa大風(fēng)區(qū)(陰影)(b)20時(shí)500hPa形勢場和300hPa大風(fēng)區(qū)(陰影)

(c)08時(shí)700hPa形勢場和大風(fēng)區(qū)(陰影)(d)20時(shí)700hPa形勢場和大風(fēng)區(qū)(陰影)

19日08—20時(shí),滇西南地區(qū)環(huán)境條件有利于冰雹等強(qiáng)對流天氣發(fā)生。19日08時(shí)、20時(shí),普洱市思茅探空站對流參數(shù)(表2)顯示,CAPE值為由133.1J/kg增大至331.5J/kg,K值為35.6℃升至36.1℃,0～6km垂直風(fēng)切變較大,由19.4m/s升至20.7m/s,零度層高度在3342～3400m,-20℃層高度在6421～6332m。這表明,19日08—20時(shí)爆發(fā)對流性的可能在不斷增大,環(huán)境條件均有利于冰雹等強(qiáng)對流天氣發(fā)生。

綜上,高原東側(cè)短波槽、南支槽疊加,配合低層西南急流形成了滇西南低層暖濕、中高層干冷的不穩(wěn)定大氣層結(jié),在地面輻合線和地形抬升條件下,非常有利于本次雷暴觸發(fā),產(chǎn)生冰雹等強(qiáng)對流天氣。

表2 2022年1月19日08時(shí)、20時(shí)思茅探空站物理量值

3 多普勒雷達(dá)回波演變特征

通過對滇西南環(huán)流場和環(huán)境條件的分析,發(fā)現(xiàn)19日08—20時(shí)均非常有利于產(chǎn)生雷暴,本文將通過西雙版納龍林C波段雷達(dá)回波特征具體分析西雙版納勐臘(A)、普洱思茅—寧洱(B)產(chǎn)生冰雹的雷暴。雷暴A產(chǎn)生于西雙版納勐臘南部的層狀、積狀混合云系,且并非孤立單體雷暴,在其發(fā)展移動(dòng)過程中至少存在4個(gè)雷暴,即為一雷暴群。在17時(shí)28分,位于勐臘南部及境外上空(圖2a)可分辨出有4個(gè)較強(qiáng)但尺度小的單體雷暴,分別為a1、a2、a3、a4。其中,a1最強(qiáng)反射率因子達(dá)60.5dBz,反射率因子空間梯度非常大,a2、a3、a4在東移過程中減弱并入a1,在18時(shí)14分,上述4個(gè)雷暴群合并為雷暴A(圖2b),并持續(xù)發(fā)展,此時(shí)最強(qiáng)反射率因子達(dá)56.5dBz。此時(shí)勐臘縣城周邊有新雷暴單體(b1)生成并發(fā)展,18時(shí)19—31分,雷暴A及b1東移過程中發(fā)展并逐漸合并加強(qiáng)(圖2c),18時(shí)37分,雷暴A繼續(xù)迅速發(fā)展(圖2d),水平反射率因子達(dá)65dBz以上的強(qiáng)回波區(qū)向西向南擴(kuò),在65dBZ強(qiáng)回波區(qū)徑向上出現(xiàn)強(qiáng)度8dBZ的異?；夭?TBSS)特征,勐臘鎮(zhèn)開始降雹;18時(shí)42分,雷暴A此時(shí)最強(qiáng)反射率因子達(dá)71dBz,TBSS特征維持(圖2e)。從該時(shí)刻整層垂直剖面看到,在3.6、5.0km高度“弓”形回波特征顯著,其最強(qiáng)反射率因子對應(yīng)低層為明顯有界弱回波區(qū);19時(shí)05分,強(qiáng)回波東移出勐臘境內(nèi),強(qiáng)度逐漸減弱,TBSS特征消失。本次過程TBSS特征從冰雹臨近一直持續(xù)到冰雹過程結(jié)束,該特征達(dá)到云南夏季強(qiáng)冰雹重要指標(biāo)[5]。從垂直剖面看(圖2c～圖2e),整個(gè)雷暴移動(dòng)過程中均有明顯的高懸反射率因子特征,18時(shí)31—42分雷暴雖然維持強(qiáng)勁的上升運(yùn)動(dòng),但其最強(qiáng)回波伸展高度均在3～4km之間,即均處在普洱0℃高度層附近,且由于勐臘南部氣溫明顯高于思茅,這可能是此次過程雷暴A雖最強(qiáng)回波反射率因子中心強(qiáng)于普洱B,但并未產(chǎn)生直徑較大冰雹的原因之一。

(a)17時(shí)28分

(b)18時(shí)14分

(c)18時(shí)31分

(d)18時(shí)37分

(e)18時(shí)42分

影響普洱市境內(nèi)瀾滄—思茅—寧洱—江城一線的為兩個(gè)冰雹單體(B、b1)。雷暴單體B 12時(shí)22分產(chǎn)生于普洱西盟東部地區(qū),此時(shí)屬層狀—積狀混合云體,在12時(shí)34—52分東移進(jìn)入瀾滄后迅速增強(qiáng),13時(shí)10分后,最強(qiáng)反射率因子達(dá)55dBz,反射率因子梯度非常大(圖3a),且維持強(qiáng)度繼續(xù)東移,至13時(shí)58分,瀾滄西部生成新對流單體b1(圖3b),強(qiáng)度不斷增強(qiáng),東移路徑與單體B接近, 13—14時(shí)在瀾滄縣竹塘鄉(xiāng)觀測到直徑5～10mm的冰雹。14時(shí)10分,單體B移入景谷境內(nèi)且強(qiáng)度仍在不斷增強(qiáng),14時(shí)46分,最強(qiáng)反射率因子達(dá)到65dBz以上(圖3c),且持續(xù)7個(gè)體掃,于14時(shí)58分進(jìn)入思茅區(qū)北部,15時(shí)22分最強(qiáng)達(dá)68.5dBz,形成較為明顯的鉤狀回波(圖3d)。15時(shí)40分,單體B開始移出思茅境內(nèi)(圖3e),但強(qiáng)度繼續(xù)維持65dBz以上;單體b1在東移過程中減弱至35dBz,但在進(jìn)入思茅再次迅速加強(qiáng),兩者并未合并而是各自東移發(fā)展,16時(shí)04分,單體b1出現(xiàn)最強(qiáng)回波中心達(dá)65dBz以上(圖3f),其移動(dòng)路徑與B相近,其最大VIL值由上一時(shí)次22kg/m2躍增到31kg/m2(圖4),這是預(yù)警滇南地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)冰雹的重要指標(biāo)之一[1]。從實(shí)況上看,思茅云仙鄉(xiāng)16時(shí)前后出現(xiàn)直徑達(dá)30～50mm的強(qiáng)冰雹,此時(shí)單體B仍維持強(qiáng)度65dBz以上,位于寧洱境內(nèi)出現(xiàn)較明顯的“長釘”特征。16時(shí)10分前后,寧洱同心鎮(zhèn)那柯里降雹,在同心鎮(zhèn)境內(nèi),回波中心強(qiáng)度大于65dBz,在0.5°～3.3°仰角層上沿強(qiáng)中心雷達(dá)徑向后側(cè)20km左右位置出現(xiàn)了由于冰雹衰減導(dǎo)致的“V”型缺口(圖5)。該缺口較大,從實(shí)況看冰雹直徑超過10mm。單體b1維持55dBz強(qiáng)度以上至16時(shí)52分才移出思茅,本次過程兩個(gè)冰雹單體B、b1影響思茅期間,15—17時(shí)自西向東依次在云仙蘆山村、云仙挖令村、云仙大箐村出現(xiàn)小雞蛋大小尺寸的冰雹。以上分析可看到,冰雹單體B自生成后始終維持55dBz以上強(qiáng)度,一路向東移,進(jìn)入思茅達(dá)最強(qiáng),移出思茅后才逐漸減弱。但單體b1經(jīng)歷了由弱到強(qiáng)、再到弱再增強(qiáng)的變化過程,兩者四周總是伴有范圍較大的積狀—層狀混合云降水回波,因此,該回波所到之處也產(chǎn)生了短歷時(shí)強(qiáng)降水。

(a)13時(shí)10分 (b)13時(shí)58分

(c)14時(shí)46分 (d)15時(shí)22分

(e)15時(shí)40分 (f)16時(shí)04分

(a)15時(shí)58分 (b)16時(shí)04分

(a)0.5° (b)1.5°

(a)2.4° (b)3.3°

4 結(jié)論

本文分析2022年1月19日在滇西南地區(qū)產(chǎn)生冰雹的環(huán)流背景和西雙版納、普洱境內(nèi)多個(gè)雷暴系統(tǒng)及其演變特征,結(jié)果顯示:

①受高原東側(cè)短波槽東移及南支槽疊加的共同影響,配合低層西南急流及午后低緯高原太陽的強(qiáng)烈輻射,造成滇西南地區(qū)低層暖濕、中高層干冷的不穩(wěn)定層結(jié),為本次冰雹提供了有利的環(huán)流背景,過程期間各項(xiàng)環(huán)境條件均有利于冰雹等強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。

②本次過程期間,低層西南急流的穩(wěn)定維持,不僅為滇西南地區(qū)提供強(qiáng)勁的動(dòng)力上升條件,還提供了充足的水汽輸送。

③低空急流、地面輻合線和午后升溫的共同作用,為觸發(fā)滇西南地區(qū)大范圍的強(qiáng)雷暴提供了強(qiáng)有力的抬升觸發(fā)機(jī)制。

④普洱南部長時(shí)間、多地區(qū)的降雹發(fā)生在多個(gè)單體雷暴發(fā)展的最強(qiáng)時(shí)段,且其中兩個(gè)雷暴單體移動(dòng)路徑高度相近,但西雙版納勐臘境內(nèi)的降雹是由多個(gè)單體雷暴合并發(fā)展成為一個(gè)強(qiáng)雷暴后產(chǎn)生。

⑤本次雷暴發(fā)展演變過程中還出現(xiàn)了鉤狀回波、“V”型缺口、TBSS、最大VIL值驟增等典型的降雹回波特征。最大VIL值由22kg/m2躍增到31kg/m2,所處區(qū)域出現(xiàn)了30～50mm的強(qiáng)冰雹驗(yàn)證了最大VIL值驟增是預(yù)警滇南地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)冰雹的重要指標(biāo)之一。