黑龙江省一次降雹过程的多尺度分析

郑　凯，张　微（黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨150030）



黑龙江省一次降雹过程的多尺度分析

郑凯，张微
（黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨150030）

摘要：本文选取2015年6月20日一次冰雹过程，对这次降雹过程进行多尺度的分析，分析了降雹的成因及各物理量的特征，研究表明：冷暖空气交汇是导致这次降雹的主要原因，此次降雹雷达回波具有较典型的冰雹云回波特征，研究垂直累积液态水发现，在降雹前垂直累积液态水（VIL）值发生了跃增，最大值达到50-60 kg/m2，随着降雹的发生出现了跃减，下降幅度达30-40 kg/m2，降雹后缓慢降低至10 kg/m2以下。

关键词：冰雹;多尺度分析;垂直累积液态水含量（VIL）

1　引言

冰雹灾害是由强对流天气系统引起的一种强烈的气象灾害，它出现的范围较小，生命史比较短，但来势凶猛、强度大，并常常伴有狂风、强降水、急剧降温等灾害性天气过程。黑龙江省地形复杂，特定的地理环境条件造成了冰雹灾害天气的频繁发生[1]。2015年中央台监测显示出现冰雹日为24 d，且6月份出现冰雹次数最多，为11 d占总天数的45.8%，与历史统计的冰雹月际变化是一致的。而6月份正值黑龙江省农作物的生长关键期，因此对冰雹预报、监测及预防是极为重要的。本文选取6月份一次较典型的冰雹个例，对这次冰雹过程进行多尺度的分析，从大尺度天气形势到中尺度分析，再到小尺度雷达观测等分析了这次降雹成因及其特点，为黑龙江省进一步研究冰雹发生及人工防雹提供一定的科学依据。

2　天气背景及降雹实况

受脊前冷空气不断下滑的影响，2015年6月20 日15时-15时02分在双鸭山市宝清县境内出现了一次降雹过程，冰雹的直径为5-10 mm，降雹时间较短、范围较小，未给附近农作物带来危害。由观测降雹时段内6 h雨量可知，在14-20时6 h降水量为22 mm，降雹同时并伴有短时强降水和大风天气。

3　降雹日中尺度分析

图1　2015年6月20日08时高空中分析图

图2　2015年6月20日14时地面中分析图

图1为08时高空实况中分析图，可以看到黑龙江省大部地区受暖脊控制，低层湿度条件较差，中高层黑龙江省东北部地区湿度条件较好，同时在东北方向有一股冷空气不断下滑影响东北部地区，冷暖空气在东北部地区出现了交汇。图2为14时地面实况中分析图，从图中可以看到，14时地面湿度条件较差，在黑龙江省偏东部地区出现了辐合线，存在一定的动力条件，从天气现象分布也可以看到在辐合线附近地区出现了阵雨天气。综合分析，影响此次降雹的条件主要是热力条件，中高层的冷湿空气与低层暖空气的交汇促发对流的形成，是这次产生降雹的主要原因。

4　卫星云图分析

由12-17时卫星红外云图（图略）可知：正午时黑龙江省东部地区已有零散云分布，云顶高度较低。13时位于黑龙江省东北角的云团迅速发展，云顶变高，且云团水平尺度也有所增加，14时云团进一步发展，云顶继续增高且云团水平尺度迅速增大，达到50-80 km，云团呈较规则的椭圆形，15时云团已经达到成熟时期，云团水平范围较之前有所扩大，但已呈不规则形状，并且可以看到局部云顶高度较之前也有所下降，16时云团水平尺度变小，云顶高度也随之变低，此时云团已处于消散阶段，17时之前对流云团已经基本消散。从12-17时云团的移动变化可以看到：13-14时为云团的发展阶段，此阶段云团水平尺度不断扩大，同时云顶高度不断增高；15时云团为成熟阶段，此时云团发展已达到顶峰时期，而后云团开始减弱；在整个过程中云团整体不断向东南方向移动，移动速度约为20 km/h。利用卫星资料反演得到云顶高度（图略），在对流云团的发展阶段，发展初期云顶高度在8-10 km，到15时云顶高度可达到12-14 km，随着冰雹的降落即15时以后云团逐渐减弱，云顶高度也随之降低，16时云团云顶高度最大值在9-10 km，随后17时云顶高度最大值为7-8 km，随着云团逐渐减弱云顶高度也随之降低。

图3　2015年6月20日15:00时冰雹云雷达回波PPI与RHI（单位:dBz）

5　雷达资料分析

5.1雷达组合反射率特征分析

14时43分对流云云带由许多小的对流单体组成，随着时间推移小的对流单体开始合并，14时54分合并成一个较大的对流云团，而后继续发展加强，从14时54分-15时的雷达回波（图略）可以看到，此阶段对流云团形状较为规则，回波较强，强回波中心（＞45 dBz）范围在10-20 km，最大回波值达到60-65 dBz，15时后强回波开始减弱，强回波范围也逐渐缩小，从15时05分可以看到此时强回波范围有所减小，回波最大值也降低至55-60 dBz，随着降雹的发生雷达回波也有所减弱。

5.2雷达回波垂直剖面特征分析

为了进一步研究冰雹云的结构特征，选取对流云发展最旺盛的时刻进行剖面分析，前面云图分析已知对流云带沿着东南方向移动，为了更好分析冰雹云结构特征，沿着云带移动方向及垂直于云带移动方向各作一剖面，剖线位置如图3(a)所示。图3(b)为沿直线AB向的剖面，可以看到强回波（＞45 dBz）高度已经达到9 km，强中心超过了60 dBz，且强中心处于中空（强中心不接地）。图3(c)为沿直线CD向的剖面图，可以看到沿着垂直于云带移动方向强回波高度（＞45 dBz）也已经达到9 km，强中心＞60 dBz且处于中空，同时可以看到强回波（＞55 dBz）的区域发生了倾斜，向西南方向倾斜，此时也是对流发展的成熟时期，而后出现了降雹。从雷达回波的PPI、RHI分析可得，这次降雹冰雹云具有较典型的冰雹云雷达回波特征[2]。

5.3垂直累积液态水（VIL）分布

垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid water, VIL)作为一种新的预报因子最早由Greeneet al.[3]提出。20世纪80年代以后，VIL已经成为美国天气雷达判别强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气的一种有效工具[4]。

在降雹前后垂直累积液态水分布发生了明显的变化，从14时43分可以看到对流云之前是有许多小的单体组成，随着时间单体逐渐合并并发展，15时发展到最强盛时期，垂直累积液态水达到峰值，约为50-60 kg/ m2，降雹后急剧下降，下降至20 kg/m2左右，下降幅度达30-40 kg/m2，而后开始缓慢下降，降低至10 kg/m2以下。总结垂直累积液态水的变化可得：在降雹前垂直累积液态水（VIL）不断增加，在降雹前出现跃增达到峰值，降雹开始时间与VIL下降时间基本一致，随着降雹的发生，VIL急剧下降，下降幅度较大，降雹后逐渐减小。

本次研究发现降雹前后垂直累积过冷水变化存在一定的规律性，国内也有一些人把VIL作为判别冰雹的工具之一[5-6]。但本次研究只是一个个例，不具备普遍适用性，因此对于VIL的研究和应用仍需进一步的努力，这对冰雹天气的短时临近预报以及对冰暴灾害的防御有重要指导意义。

6　结论与讨论

（1）影响此次降雹的条件主要是热力条件，中高层的冷湿空气与低层暖空气的交汇促发对流的形成，是这次产生降雹的主要原因，但由于动力、湿度条件一般，因此降雹范围较小，持续时间较短，未带来农业灾害。

（2）分析云图资料可知：冰雹云发展、成熟期云顶较高，可达到12-14 km，随着降雹的发生，云顶高度开始下降。

（3）此次降雹，雷达回波显示最强回波值达60-65 dBz，强回波顶高达到9 km，且强中心处于中空（强中心不接地），具有较典型的冰雹云回波特征。

（4）在降雹前垂直累积液态水（VIL）不断增加，在降雹前出现跃增达到峰值，为50-60 kg/m2，随着降雹的发生，垂直累积液态水含量（VIL）急剧下降，下降幅度达30-40 kg/m2，降雹后逐渐减小。

（5）本次研究发现降雹前后垂直累积过冷水变化存在一定的规律性，但本次研究只一个个例，不具备普遍适用性，因此对于VIL的研究和应用仍需进一步的努力，这对冰雹天气的短时临近预报以及对冰暴灾害的防御有重要指导意义。

参考文献

[1]那济海,张晰莹.黑龙江省预报技术手册,2013:85-86.

[2]张晰莹,那济海,张礼宝等.新一代天气雷达在临近预报中的分析与应用[M].北京:气象出版社,2008:57-62.

[3]Amburn S A, P L Wolf.VIL density as a hail indicater[J].Weather Forecas ting,1997,12(2):473 -478.

[4]胡明宝,高太长,汤达章.多普勒天气雷达资料分析与应[M].北京:解放军出版社, 2000:146 -150.

[5]付双喜,安林,康风琴.VII在识别冰雹云中的应用及估测误分析[J].高原气象,2004, 23(6):810 -814.

[6]付双喜,王致君,陈乾等.甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析[J].高原气象, 2006,25(5):932 -941.

第一作者简介：郑凯（1960-），男，福建省福州市人，解放军防空兵指挥学院，本科生，高级工程师.

收稿日期：2016－1－1

文章编号：1002－252X(2016)01－0025－03

中图分类号：P458.1+21.2

文献标识码：A