一次冰雹过程成雹机理的数值模拟

祁 蕾

（兴安盟气象局，内蒙古 乌兰浩特 137400）

1 冰雹云模拟概况

本文所用模式为IAPCSM3D。模式计算域为36 km×36 km×12 km，水平格距为 1．0 km，垂直格距为 0．5 km，模拟域可随风暴质心移动。模拟2006年8月14日发生在湖北省保康县的一次强对流天气的雷达反射率，根据多普勒雷达探测资料观测的实际的雷达回波中心强度，高度以及回波顶高分别为55 dBz，5 km，10 km。模拟所得的雷达回波中心强度，高度以及回波顶高分别为60 dBz，6．5 km，11 km。可见，模拟所得的冰雹云的雷达回波中心强度，高度以及回波顶高等与实测回波基本符合。通过模拟得到的最大冰雹含水量为 2．5 g/m3。

2 冰雹云的演变过程

2.1 气流场的分析

从第1 min开始出现上升气流，上升气流的速度不断增大，在开始阶段上升气流在冰雹云内的分布是对称的。9 min时出现速度为2 m/s的下沉气流，上升气流的速度继续增大，下沉气流的速度也在不断增大，在15 min时下沉气流速度达到最大值为6 m/s。22 min时，最大上升气流速度达到最大，为18．5 m/s，最大下沉气流速度为5 m/s。22 min之后雹云发展强盛，底层辐合增强。从28 min开始上升气流速度减小，上升气流逐渐减弱，底层辐散气流逐渐增大，第30 min时，底层辐散系统达到最大，云中基本为下沉气流控制，云体逐渐减弱直至消散。

2.2 总含水量的分析

第6 min开始出现最大含水量为1 g/m3，中心位置达3．5km。云顶高度4．5 km。含水量范围不断扩大，中心含水量数值不断增大，云顶高度逐渐升高。12 min时，云顶高度达6km，总含水量的最大值为 2．5g/m3，中心位置达 4．5km。16 min时，云顶高度达7．5 km，总含水量的最大值为5g/m3。中心位置达5 km。含水量的范围继续扩大，云顶高度逐渐升高。20 min时，云顶高度达8 km，总含水量的最大值为5 g/m3。中心位置达5．5km。21min，最大含水量达到最大值为10 g/m3，云顶高度达 9．5 km，中心位置达 5．5 km。中心高度在0℃（6 km）附近，变化较小。云顶高度继续增高，含水量范围逐渐减小。24 min时，云顶高度达11．5 km，达到最大值，总含水量的最大值为7 g/m3。中心位置达4．5 km。含水量范围继续减小，云顶高度下降，含水量的范围逐渐集中在地面。28 min时，云顶高度达5 km，总含水量的最大值为5 g/m3。中心位置达1 km。总含水量逐渐减小，含水量范围主要集中在地面，直到38 min含水量彻底消失。

2.3 云水含量的分析

14min之前含水量范围变化小，中心高度变化较小，大致位于4.5 km，中心值不断增大。14，15min时含水量中心值达到最大为4g/m3，中心位置为4．5km。之后中心值减小，中心高度升高。分析云水含量和最大上升气流随时间的变化可知，云水含量随时间的变化与上升气流最大值随时间的变化较为一致。

2.4 雨水含量的分析

21min至23min含水量中心产生多个，但持续时间不长。24 min时，中心位置达6 km，含水量的最大值为1．5 g/m3。含水量范围逐渐较小。28min时，中心位置达5．5km，含水量的最大值为0．1g/m3。最大雨水含量中心位置基本保持不变，最大含水量先增大后减小，20 min增大到最大值，31 min雨水彻底消失。在整个模拟过程，云内雨水基本位于0℃以上。

3 冰雹胚胎的分析

3.1 粒子含水量的分析

（1）冻滴含水量的分析

冻滴含水量最早出现在16 min，中心值为0．01 g/m3，中心高度为7 km，含水量的范围随着时间不断扩大，含水量的中心值增大。19min至22min出现两个含水量中心。在20 min时，冻滴含水量中心值达到最大为5 g/m3，中心高度约为6 km。另一个含水量中心值为2．5 g/m3，中心高度为7．5 km。含水量的范围继续扩大，含水量中心值逐渐减小。24 min时，冻滴含水量中心值达2 g/m3，中心高度达6 km。26 min时，含水量的范围开始减小。 28 min时，冻滴含水量中心值达1 g/m3，中心高度达5.5km。32min时，冻滴含水量中心值达0.5g/m3，中心高度达5 km，含水量的范围继续减小，中心值不断降低，直至第40min时完全消失。

（2）霰含水量的分析

霰含水量最早出现在15 min，中心值为0.01 g/m3，中心高度为7km，含水量的范围随着时间不断扩大。在32 min时，霰含水量中心值达0.1g/m3，中心高度达8 km。之后，含水量范围逐渐减小，中心高度不断降低，直至48 min彻底消失。霰的含水量在整个发展过程中变化较小，中心含水量变化范围较小。

（3）冰雹含水量的分析

冰雹含水量最早出现在17 min，中心值为0.1 g/m3，中心高度为6.5 km，含水量的范围随着时间不断扩大。在21 min时，出现两个含水量中心，冰雹含水量中心值达最大为2.5 g/m3，中心高度达6.5 km，另一个含水量中心值为1 g/m3，中心高度为7.5 km。22 min-23 min均出现两个含水量中心。在24 min时，冰雹含水量中心值达1 g/m3，中心高度达7.5 km。地面附近开始出现冰雹，地面附近冰雹含水量逐渐增大。在28 min时，冰雹含水量中心值达0.5 g/m3，中心高度达5 km。在32 min时，冰雹含水量中心值达0.1 g/m3，中心高度达4.5 km。地面附近冰雹含水量减小。直至38 min冰雹完全消失。

4 冰雹形成和增长过程的分析

冰雹形成后首先通过撞冻过冷雨水（CLrh）和碰并冻滴（CLfh）来增长。冰雹撞冻过冷雨水（CLrh）增长过程在21 min达到峰值，冰雹碰并冻滴（CLfh）增长过程在20 min时达到峰值，随着云中过冷雨水迅速减少，冰雹撞冻过冷雨水（CLrh）增长过程也很快地减弱。冰雹碰并冻滴（CLfh）增长过程也很快减弱。之后冰雹通过撞冻云滴（CLch）继续增长。由冰雹增长过程的质量产生率的变化曲线可知，冰雹主要通过冰雹撞冻过冷雨水（CLrh）和冰雹撞冻云滴（CLch）增长形成。即冰雹主要通过撞冻过冷水增长。