滇西北高原区域性冰雹过程的雷达产品分析

秦香婷，张崇莉，赖云华

(1.玉龙县气象局，云南 丽江 674100；2.丽江市气象局，云南 丽江 674100)



滇西北高原区域性冰雹过程的雷达产品分析

秦香婷1，张崇莉2，赖云华2

(1.玉龙县气象局，云南 丽江 674100；2.丽江市气象局，云南 丽江 674100)

利用丽江新一代天气雷达回波资料并结合常规资料，对2010年7月31日发生在丽江市、维西县的一次强对流天气进行分析。结果表明：青藏高压底部偏东气流强，结合滇西北区域的辐合区及地面冷空气，形成了有利于冰雹天气发生的天气背景；在基本反射率因子图上冰雹云回波单体的强度值都大于50 dBz，最大值达到63 dBz，其外形结构为 “点状”；在VCS(Vertical Cross Section)垂直剖面图中冰雹云回波单体的强回波核高度在8 km左右，且出现了悬垂状、弱回波区、回波墙等结构特征；逆风区和低层风速的辐合是本次冰雹过程中径向速度场中的主要特点；冰雹指数产品中大三角形的出现可以作为冰雹预警的一个指示性标志；降雹前VIL值都有不同程度的跃增，跃增达到最大值后地面降雹，降雹时的VIL值在23 kg/m2以上，系统减弱后VIL值开始减小。

冰雹云；雷达回波；导出产品

0 引言

冰雹等强对流天气是在有利的大尺度天气形势背景下，由中小尺度系统直接产生[1-3]。因冰雹云产生、发展、消亡的时间短暂，局地性强，因此很难从常规天气图中捕捉这类系统，而多普勒天气雷达实时监测的时间、空间分辨率高，可以直观准确地提供有关其位置、强度、大小、结构以及风场等的信息及其发生、发展和演变，可对强对流冰雹等天气进行预警和预报。近几年来国内许多研究人员利用多普勒雷达资料对此进行了一系列的研究，为冰雹的实时监测和短时临近预报提供了理论依据。俞小鼎等[4]、朱君鉴等[5]利用多普勒天气雷达资料分析了发生在安徽无为县和泗县的两次强烈龙卷和强对流天气。郑媛媛等[6]、程晓燕等[7]、江玉华等[8]分别利用雷达资料分析了不同地区典型超级单体风暴发生发展的演变过程及其显著结构特征。刘君[9]等利用雷达资料对闽西的一次强对流冰雹过程进行分析。张京英[10]等利用新一代天气雷达资料和中尺度数值模式MM5对临沂的一次强对流冰雹过程进行了分析。马志敏[11]等利用雷达资料对昆明地区一次超级单体冰雹过程进行了分析，得出了冰雹云具有“V”形槽口、钩状回波等冰雹云的典型特征。吴红秀[12]等分析了丽江VIL产品在丽江强对流天气中应用，得出了VIL的“跃增”及VIL值在30 kg/m2时将出现冰雹天气。

冰雹是丽江市的主要气象灾害之一，随着经济的发展，其造成的灾害损失呈逐年上升的趋势。丽江市天气雷达建成后，通过雷达能及时发现强对流云系，大大提高了冰雹灾害的监测预警能力。但是将多普勒雷达资料应用在短临预报中，提高冰雹等灾害性天气的预报时效及区域性冰雹的落区还需要做大量的研究工作。本文通过对2010年7月31日的区域性冰雹过程进行详细的分析，得到一些区域性降雹的指标，以期对今后区域性冰雹预报提供参考。

1 灾情概要

2010年7月31日下午至夜间，丽江市古城、玉龙和宁蒗及香格里拉维西县的部分乡镇多个村委会遭受风雹袭击，维西县记录的最大冰雹直径是50 mm。本次过程的风雹由区域性及单点性的两部分组成，时间跨度长，空间跨越大，受灾区域广，是今年来影响较重的一次冰雹灾害。区域性过程的强回波单体于16时30分左右在香格里拉以南区域生成发展，不断南下西进，造成维西县及玉龙县西部的塔城、巨甸、鲁甸和黎明的部分乡镇依次遭到风暴袭击；其余地区的冰雹则由单点性的局地强对流天气引发。

2 天气背景分析

2.1 环流形势特征

7月31日08时500 hPa上中高纬为两槽一脊的形势，中国西北地区东部为一高压控制。西太平洋副热带高压西进至广西东部，西脊点位于108°E、20°N附近，中心强度达5 920 gpm。青藏高压维持加强，中心位于西藏、青海、四川交界处，中心强度达5 920 gpm，丽江位于500 hPa图上高压系统的南侧偏东气流控制。两高间辐合区为东西向，位于宣威、楚雄、瑞丽一线。20时辐合区东南移，青藏高压南侧东北气流加强。7月31日08时700 hPa云南大部为槽后西北气流控制，巴塘、林芝附近为一反气旋环流，与丽江、西昌之间形成一个辐合区，丽

江上游地区无明显冷空气南下，也未形成有利于强降水的“北高南低”形势。丽江附近比湿均高于10 g/kg，T-Td为2～3 ℃。20时北部高度场迅速降低，近南北向的切变位于福贡、大理、元江一线，丽江转为偏南气流。地面图上7月31日14时没有明显冷空气和降水系统，17时四川盆地西南部至滇西北对流加强，降温和雷暴天气明显。总结此过程，高层高压底部偏东气流，低层的辐合区及地面弱冷空气是造成冰雹天气的主要原因，但预报难度较大。

2.2 大气垂直结构分析

从TlogP图上看，31日08时滇南与四川南部对流不稳定能量较大，丽江站CAPE值为零，底层西北风，500 hPa至以上为一致的偏东风，丽江附近比湿均高于10 g/kg，T-Td为2～3 ℃。31日20时与雷暴区域对应的各地不稳定能量快速提升，丽江站低层风向逆转显示有一定的冷平流；高层为东北气流，考虑为青藏高压外围气流，具有一定的垂直风切变。20时探测SI值为-3.58，CAPE值为1 877.3；巴塘站CAPE值更是达到了3 037。31日08时TlogP观测资料对当天下午至晚上的发生的冰雹天气没有明显的指示意义，所以预报难度较大。

3 冰雹过程雷达回波特征

3.1 基本反射率因子特征分析

对本次冰雹过程的基本反射率因子资料及其VCS垂直剖面产品的演变特征进行了分析。当日15时30分左右，强度场资料上显示在丽江新一代天气雷达探测范围的西北部有云系不断南下并加强。

图1 2010年7月31日08时与20时丽江站TlogP图Fig.1 Lijiang station TlogP chart on July 31，2010 08：00 and 20：00

16时左右在中甸的北部地区有对流云系生成，16时42分在中甸与达拉之间生成一个强回波单体，强度值大于55 dBz，该回波单体不断向西向南移动，到18时左右影响维西东北部和丽江市塔城北部。在其传播方向的东南面有一个强度值在50 dBz左右的新生单体A开始出现，18时38分(图2a)该回波新单体从东面进入丽江市的塔城、巨甸后出现冰雹天气，此时回波强度值大于60 dBz，外形结构呈现出“人”字形结构；对强回波单体做VCS垂直剖面产品(图2d)可知：冰雹云回波单体强回波核(强度值大于45 dBz的回波)的高度在大于6 km，还出现了回波墙的结构特征，回波墙附近区域是发生冰雹等气象灾害的重灾区；该单体回波不断西进南下，于19时(图2b)完全移入丽江市，影响巨甸，此时达到冰雹云的成熟阶段，其水平结构特征呈现出“点状”，回波强度值超过60 dBz，此时的强回波核高度达到8 km以上，也出现 了悬垂状、回波墙的结构特征(图2e)；该单体以传播的方式在黎明生成新单体B，单体B迅速发展，随后黎明出现风雹天气；单体A继续西进南下，19时11分开始减弱，19时22分(图2c)到达鲁甸附近且比前一时次(图略)增强，主要表现在强度值增加和强回波面积增大，强回波核的出现高度是2～8 km，低层存在弱回波区，说明冰雹云还在发展阶段(图2f)，但已接近强盛时期地面开始降雹；随后单体继续向鲁甸方向移动，强回波中心19时50分后才移出丽江市，20时后这个单体减弱为降水云团。这个强回波单体的水平结构特征呈现出“点状”，强度强，移速快，一个多小时的时间移过了40 km多，使得这一区域出现了少见的风雹灾害。

3.2 基本径向速度特征分析

对本次过程的基本径向速度资料进行分析可以发现几个特点：18时38分的径向速度资料中出现了逆风区及风速辐合的特征(图3a)，远离雷达的云系在移动的过程中前面的云系移速慢，后面的云系移速快，在标识圈内形成风速的辐合，低层的辐合说明上升气流为主，有利于冰雹云的形成；这种风速辐合一直随着强回波单体A向西移动，逆风区向南扩大(图3b)；随后逆风区随着云系的移动减弱而向北收缩，风速的辐合随着云系的移动转变为风速风向的辐合(图3c)，此时冰雹云回波又一次发展到强盛阶段，致使鲁甸境内出现冰雹天气。当冰雹云发展很强时，在低层可以看到一近似与距离圈平行的速度密集带，它是冰雹云成熟阶段云体中强烈的下沉气流形成的，这一区域对应稳定的层状云降水回波。

图2 2010年7月31日18时38分(a，d)，19时00分(b，e)，19时22分(c，f) 丽江新一代天气雷达强度场资料演变特征(1.5℃)和VCS垂直剖面图(剖面线为上图中的黄线)Fig.2 Lijiang new generation weather radar intensity field material evolution characteristic(1.5℃)and the VCS vertical profiles (Section line is above the yellow line)18：38(a，d)，19：00(b，e)，19：22(c，f)on July 31，2010

图3 2010年7月31日基本径向速度资料演变特征(1.5℃)18时38分(a)，19时00分(b)，19时22分(c)Fig.3 Evolution characteristics of the basic radial velocity data(1.5℃)18：38(a)，19：00(b)，19：22(c)on July 31，2010

4 冰雹云在导出产品上的特征

所谓导出产品是指雷达体扫后的基数据经雷达产品生成子系统(RPG)和主用户终端子系统(PUP)采用气象和水文算法处理之后得到的二次产品。本文选用冰雹识别指数(HI)、垂直液态含水量(VIL)、组合反射率因子(CR)和回波顶高(ET)来分析这次冰雹的特征。

4.1 冰雹指数(HI)

冰雹探测算法被设计用来寻找冻结层之上的高反射率因子，他需要在0 ℃和-20 ℃层的高度，以做出准确的冰雹识别。算法计算任何尺度冰雹概率(POH)，强冰雹概率(POSH)和最大预期尺寸(MEHS)。这些参数显示在雷达基本用户终端风暴属性表中。由算法产生的基本产品是冰雹指数，他用于识别有可能产生冰雹的单体。如果单体的POH达到30%，以空心小三角形标识，POH达到50%，以实心小三角形标识。如果单体的POSH达到30%，以空心大三角形标识，如果单体的POSH达到50%，以实心大三角形标识，以上参数为雷达系统默认值，是可调的。MEHS表示所识别单体的最大冰雹尺寸估计，显示间隔以1/4英寸增加，HI产品中大实心三角形中填充值即为MEHS。7月31日CINRAD/CC雷达冰雹指数产品中POH误报率很高，在丽江市西北部及香格里拉境内产生强降水的回波，即存在回波强度值在45dBz左右的地区都标有实心小三角形。首先看图4中的风暴单体B2，于19时55分出现，沿着强回波单体的移动路径向西南方向移动，20时18后消失，说明单体回波减弱，该单体的降雹过程结束。因此以POSH大于30%(大三角形)作为冰雹预警门限则有很好的效果。从单体B2的移动路径可以看出：这个单体与强度场上影响塔城、巨甸、鲁甸的冰雹单体是一个。

4.2 垂直液态含水量VIL

垂直液态含水量VIL产品是判别冰雹等灾害性天气的有效工具之一。从前面的分析并结合图5可知，这次过程的冰雹单体在降雹前有一定程度的“跃增”，从18时22分的28 kg/m2，跃增到18时33分的最大值40 kg/m2，随后地面开始降雹，

这和强度场上的分析18时38分(同一个体扫数据和对应的产品数据相差6分钟)强回波单体进入丽江市是一致的；VIL值在移动过程中的变化和强度场上的变化是也一致的，19时11分强度场上的强中心值开始减弱，同时VIL值也从这时开始减小，从前一时次的28 kg/m2减小到19时12分的23 kg/m2，随后开始增加，鲁甸出现冰雹；19时56分 VIL值降低到20 kg/m2以下，回波单体开始减弱，降雹基本结束。

图4 2010年7月31日冰雹指数产品变化规律18时55分(a)，19时17分(b)，20时13分(c)Fig.4 Hail index products variation 18：55(a)，19：17(b)，20：13(c)on July 31，2010

图5 冰雹云CR、VIL、ET和强回波高度最大值变化曲线Fig.5 Hail cloud CR、VIL、ET and a strong echo height of the maximum value curve

统计分析表明(图5)：垂直液态含水量随时间的变化和强回波核的高度随时间的变化是一致的。回波顶高在单体移动的过程中变化很小，只有在冰雹云减弱阶段才出现明显的降低。组合反射率因子值在整个冰雹过程中都大于50 dBz，在消亡阶段才降低到50 dBz以下。

5 结语

利用丽江新一代多普勒天气雷达资料对2010年7月31日的下午滇西北地区的冰雹云回波进行分析，结果表明：

(1)青藏高压底部偏东气流强，结合滇西北区域的辐合区及地面冷空气，形成了有利于冰雹天气发生的天气背景；但08时的观测资料指示意义不强，预报难度较大。

(2)本次冰雹过程中强回波单体的基本反射率因子值都大于50 dBz，最大值达到63 dBz，冰雹云的外形结构为 “点状”。

(3)在VCS垂直剖面图中可以分析出冰雹云回波单体的强回波核高度在8 km左右，结构密实且出现了悬垂状、弱回波区的特征，还有一个强度值在55 dBz左右的高度大于8 km的回波墙。

(4)逆风区和低层风速的辐合是本次冰雹过程中径向速度场中的主要特点。逆风区和辐合的出现说明低空有气流的辐合，以上升气流为主导，有利于冰雹云的形成和发展；低层风切变区的出现说明系统以下层气流为主导，对应着冰雹云回波的减弱。

(5)冰雹指数和VIL在并报预测中具有一定的使用价值。冰雹指数产品中大三角形的出现可以作为冰雹预警的一个指示性标志；降雹前VIL值都有不同程度的跃增，跃增达到最大值后地面降雹，降雹时的VIL值在23 kg/m2以上，系统减弱后VIL值开始减小。

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RADAR PRODUCTS ANALYSIS OF A REGIONAL HAIL EVENT IN NORTHWEST YUNNAN PLATEAU

QIN Xiang-ting1，ZHANG Chong-li2，LAI Yun-hua2

(1.YulongMeteorologicalBureau，Lijiang674100，Yunnan，China；2.LijiangMeteorologicalBureau，Lijiang674100，Yunnan，China)

The severe convection weather occurred in Lijiang and Weixi on July 31，2010 was analyzed by using Lijiang’s Doppler-Radar(CINRAD/CC)and conventional meteorological data.The results show that the hailstorm weather caused by the strong easterlies at the bottom of the Tibetan high and cold air moved to Northwest Yunnan Plateau.Echo intensity of hail cloud was greater than 50dBz on radar base reflectivity image，the echo peak value was 63 dBz.The features of this hail cloud can be found，such as dots structure，overhang echo，weak echo area and echo wall.The main features was that adverse wind region and convergence of wind in lower atmosphere.Triangle have appeared in hail index product is a good indicator of hail alert.Before the hail the VIL have different extended，when it reached to maximum the hail was on the ground and the VIL was bigger than 23 kg/m2.

hail cloud；radar echo；export products

2015-02-11；

2015-03-25．

P458.3

A

1001-7852(2015)02-0025-06