冰雹过程多普勒天气雷达产品特征分析

肖妙妮 胡英超 李志强

（湖南省娄底市气象局 湖南娄底 417000）

2007年7月23日7 时～8时左右，受中低层切变影响，湘中以北少数县市出现了强对流天气；本次冰雹过程是一次局地强对流天气过程，湖南宁乡的夏铎铺、煤炭坝、南田坪、东湖塘、望城的莲花镇、坪塘、长沙、浏阳等地区不同程度地遭受冰雹、雷雨大风和局地强降水的袭击。此次过程均造成了重大经济损失。长沙多普勒天气雷达对这次过程进行了连续跟踪观测，收集了较完整的资料。本文通过分析这些资料，对此次降雹过程的回波特点进行归纳、总结，希望为以后冰雹、雷雨大风强对流天气短临预报和预警服务提供参考。

1 天气形势背景

此次过程发生在夏季，欧亚中高纬为一槽一脊型。降雹区域均位于高空槽前，且中低层均可看出西南急流，亚洲中低纬低槽位于印度半岛，副高西极点偏东，位于120°E附近，湖南省上空从高层到低层为上干下湿，垂直分布特征明显，并且干层厚度大于湿层厚度从100hPa～500hPa是完整干层，温度露点差达20℃以上，仅850hPa有一浅薄的湿层，而这层浅薄的湿层是随着低空急流建立后才增湿的，850hPa、700hPa的切变线和500hPa的槽线处于同一位置，呈迭加形势，可见上升气流明显，从而造成降水不明显，局地对流强的特点。

2 反射率产品分析

反射率回波随时间变化，利用基本反射率产品进行分析。07:55左右开始有对流性回波单体在桃江县牛田镇生成，随后其西面宁乡崔坪县的对流单体东移与其合并，在东移的过程中不断加强，强反射率因子达50dBZ，并且可以明显看到“弓状”回波后部出现一个“V”型缺口，表明大风急流所在；回波强度达到65dBZ，08：10分地面下了小冰雹并伴有大风，碗口粗的大树被大风刮倒。08:02径向速度图上有弱中气旋生成，08:06在6.0°反射率回波图上首次出现了三体散射回波特征（图略），持续时间30min左右。08:12在0.5°仰角的反射率图出现倒“V”型缺口，最强回波中心为 65dbz，并沿入流方向的垂直反射率因子上表现出弱回波结构，这是超级单体的典型特征[1]，与倒“V”型缺口对应的是速度图上的中气旋（见图1）。08:15超级单体“V”型缺口、中气旋特征消失，超级单体开始向普通单体风暴演变，最强回波中心为55dbz，08:30分左右移出湖南，影响江西。

由此可见，此次过程是由普通单体风暴发展成多单体风暴，再演变成超级单体风暴，并该超级单体风暴符合成熟的中气旋的概念模型，最后又减弱为多单体强风暴。

图1 7月23日07:510.5°仰角0.5°反射率图

3 三体散射特征

三体散射是产生冰雹的必要非充分条件[2]，若探测到三体散射，可以对其下游地区发布冰雹预警。此次过程中，三体散射现象首次出现在07:20，沿雷达径向伸展的钉状回波长度达20km，高度为6.8km，且维持时间长，有4个体扫，对应在宁乡的东湖塘开始降雹，直径最大为18mm,07:40该三体散射消失；08:10再次出现三体散射现象，高度为3.0km，只维持了1个体扫，088:30三体散射现象消失，实况对应的望城的莲花镇、坪塘、长沙、浏阳等地区不同程度地遭受冰雹、雷雨大风和局地强降水的袭击。

图2 7月23日 07:18、07:30、07:366.0°反射率因子图

4 径向速度产品特征（V）

主要应用中-r尺度系统的多普勒雷达速度图像特征原理进行分析：

4.1 同时刻不同高度的速度图特征

07:17 分的不同仰角径向速度图可以看，均存在逆风区，逆风区的周围存在中小尺度的气旋性反气旋性辐合或辐散。0.5°仰角（1.2km）有个27m/s的正速度中心，表明低空急流明显，1.5°（2.0km）仰角有明显的气旋性辐合，而6.0°（7.0km）仰角有个明显的辐散（见图3）。正负速度差值47m/s，根据成熟中气旋的概念模型,在靠近地面附近的大气边界层内，中气旋的径向速度特征为辐合式气旋性旋转，再上面一些是纯粹的气旋性旋转，在中上层为气旋式旋转辐散，上层为纯粹的辐散[3]。这个超级单体基本符合成熟的中气旋概念模型。

图3 7月23日07:17分1.5°、6.0°仰角速度图

4.2 不同时刻同一高度的速度图特征图：

以1.5°仰角为例，07：24有中气旋生成，07：30大片负速度区内开始出现一小块正速度区，出现了所谓的逆风区，此时最大正速度中心达到20m/s，随着时间的推移，正速度区越来越大，07：17正速度区明显大于负速度区，最大的正速度中心为27m/s。07：47后连续7个体扫径向速度图都观察到中气旋的存在,08:05该中气旋才消失，表明这是一个成熟的中-r尺度的气旋，整体向右移动。

4 垂直液态水含量产品(VIL）

在短时预报中VIL是一个很重要的参数，其值越高，出现灾害性天气的可能性越大。此次冰雹过程中，VIL值在07：20分为45kg·m2，07：26分增加到 64kg·m2，VIL 快速跃增，6min 增加 19kg·m2，07：32分为 65kg·m2，07：45达到了最强，为 71kg·m2，随后10min内，地面下了小冰雹并伴有大风，之后VIL值迅速减弱，08：20分，最强仅为 45kg·m2，减小了 26kg·m2，和实况比较，VIL快速跃增的过程就是冰雹快速生长的过程，此过程时间短，一般不超过1h，本次过程仅仅为30多分钟。

图4 7月23日07:32分垂直液态水含量

根据冰雹概率指数预报方程，在07：20分，=0.20+0.20+0.20+0.20+0.20=0+0+0.2+0+0.2=0.4,没有达到0.6的阈值；在07：26分，由于VIL值急增，=0+0+0.2+0。2+0.2=0.6；此时可立即发布冰雹预警，实况在07：55分下了冰雹。可以提早半个小时做出预警。

5 结语

5.1 降雹过程开始前都已经具备了强的位势不稳定层结和一触即发的不稳定能量。高层为干冷平流并且降温降湿、低层增温增湿。这种温度场和湿度场的差动平流建立和加强有利于位势不稳定层结的形成并触发位势不稳定能量的释放。而从高层到低层上干下湿，干层厚度明显大于湿层厚度，且850hPa、700hPa的切变线和500hPa的槽线呈迭加形势，从而上升气流的加大，更有利于形成大的冰雹。

5.2 在速度特征图上，此次冰雹过程与逆风区、大风区、辐合区相对应；零速度线大多表现为“S”型，并且在中低层有切变线配合存在。“三体散射”是强降雹的充分非必要条件，“三体散射”的出现为判断降雹开展服务提供了重要的依据。

[1]李新麟．CINRAD/CC对一次冰雹过程的探测分析．应用气象学报，2001，18（7）：317-328.

[2]俞小鼎,姚秀萍,熊廷男,等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京:气象出版社,2006:93-9.

[3]俞小鼎、姚秀萍等．多普勒天气雷达原理与业务应用.北京:”气象出版社,2006,1.