云南德宏 “2016—03—29”冰雹天气过程初步分析

杨锦超, 李慧芹

(1.云南省德宏州天气雷达站，云南 德宏 678400;2.云南省德宏州气象台，云南 德宏 678400)

1 引言

冰雹天气是大气中强烈对流运动发展的结果，范围小、时间短、强度大、突发性强、危害程度很大，常造成局地农作物减产甚至绝收，是天气预报业务中的重点和难点之一。

冰雹天气是由大尺度环流背景下的中小尺度天气系统造成的，范围较大降雹过程常与南支槽、冷锋、低涡切变、急流等天气系统联系[1]。强风暴的发生需要三个条件，即对流层明显的位势不稳定、上干下湿的水汽垂直空间分布和强的垂直风切变[2],以及降雹天气需要在-10～-30 ℃之间有大的对流有效位能、深层垂直风切变和较低的0 ℃高度[3]。曹芳等[4]研究表明，影响冰雹天气的发生最重要的是中层干空气和强垂直风切变；江玉华等[5]指出高层侵入低层的干冷空气有利于大气不稳定结构的维持，是对流发展的重要条件；夏立花等[6]在研究一次强对流天气时发现高低空急流的配置形成的次级环流，为强对流的发生提供了有利的动力抬升条件。段鹤等[7-10]利用雷达资料对云南冰雹天气的雷达回波特征进行了个例研究，加深了对云南冰雹天气的雷达回波强度、速度场和等中小尺度特征的认识。

德宏州位于我国西南边陲、云南省西部，地处横断山脉南部，地形地貌复杂，观测站网稀疏，加之冰雹等强对流天气的中小尺度特征尤为复杂，用常规观测网很难捕捉到，给德宏冰雹天气的分析和预报带来了很大困难。近几年对于强天气的分析和预报，多基于对雷达资料的分析，或应用统计方法。本文综合利用ECMWF全球再分析资料、常规气象观测资料及多普勒雷达资料对2013年3月29日的一次冰雹天气的成因进行综合分析，深入认识德宏冰雹天气过程的特征，对德宏冰雹天气的临近预报和实际人工消雹作业具有重要指示意义。

2 资料来源与分析

本文采用1日4次、0.75°×0.75°的ECMWF全球客观分析资料；常规气象观测资料；德宏多普勒天气雷达资料(型号：CINRAD/CC，体扫模式：VCP11，位置：98.344°E,24.489°N,海拔高度：2 073 m)。由于冰雹没有降落在大监站，缺少降雹的具体开始和结束时间以及冰雹的大小，对后续利用雷达资料分析冰雹存在一定的困难。

3 天气实况与形势分析

受南支槽前西南暖湿气流影响，2016年3月29日01—13时，德宏州出现小雨局部中雨天气，17—23时出现了一次强对流天气过程，最强时段出现在17—21时，过程以冰雹天气为主，影响范围较广，维持时间较长，局部地区还伴有短时强降水和大风等灾害性天气。此次冰雹天气过程导致全州3个县市9个乡镇的烤烟和农作物严重受灾，造成经济损失共计1 328.94万元。

图1为3月29日08时的中尺度分析综合图，由图可见，500 hPa上南支槽为南北两支，呈阶梯槽形式，云南处于阶梯槽前，700 hPa高空槽落后于500 hPa高空槽，此阶梯槽为前倾槽，有较强的斜压性，有利于强对流天气的发生，槽后的干冷空气叠置于槽前的暖湿气流上，增加了大气层结不稳定度。北支槽前倾的程度大于南支，且移速大于南支，至20时北支位置已超越南支。500 hPa和700 hPa上云南为一致的槽前西南急流控制，水汽条件十分有利，200 hPa上高空急流位于滇西北一带，卫星云图上可以看到明显的槽前云系，高低空急流的存在，提供了很好的动力条件。700 hPa上滇西及其以西大部地区温度露点差在5 ℃以下，水汽条件很好，随着南支槽东移过境产生强烈的上升运动，德宏产生强对流天气的条件充分。

图1 2016年3月29日08时中尺度分析综合图Fig. 1 March 29, 2016 08∶00 mesoscale analysis of the comprehensive map

4 成因分析

4.1 合适的0 ℃和-20 ℃高度

0 ℃层到-20 ℃层是冰雹形成的主要区域，因此，0 ℃层高度和-20 ℃层高度是判断环境大气是否有利于形成冰雹的重要参数。统计29 a腾冲探空站出现冰雹天气的0 ℃层和-20 ℃层高度，0 ℃层高度在3.0～5.6 km之间，平均为3.9 km，-20 ℃层高度在5.8～8.3 km之间，平均为6.8 km[1]。分析腾冲探空站的温度时间剖面图(图2)，0 ℃线和-20 ℃线所在高度在29日20时有明显的下降，且0 ℃线在650 hPa以下，-20 ℃线在400 hPa以下，符合出现冰雹的特殊层高度指标。

图2 2016年3月28日20时—30日20时腾冲探空温度垂直分布Fig.2 The vertical distribution of radiosonde temperature in Tengchong from 20∶00 28 to 20∶00 30 March 2016

4.2 干冷空气入侵

沿98.5°E作θse的垂直剖面，29日08时(图略)，23～25°N及28～29°N整个地面层基本为高能舌占据，且高能舌从地面延伸到600 hPa为对流不稳定区，包括德宏范围(23.8～25.6°N)；中层有θse低值区域,低值中心主要位于27～28°N，高度在650 hPa附近。14时(图3a)，该θse低值中心南移到了26～27°N,且中心高度下降到600 hPa,且从腾冲站20时探空资料相对湿度分析图上看到400～500 hPa之间存在很明显的干空气侵入(图4a)。20时500 hPa高空等温线图上德宏位于冷槽区域内(图4b)，说明该θse低值区是中高层槽后干冷空气在向南入侵，且冷空气由高层向低层传播，干冷空气的侵入加剧了大气层结不稳定。到了20时，θse低值中心已经向南压到25°N以南(图3b)，且高度下降到700 hPa附近，德宏中北部上空中高层θse低值中心正好位于低层θse高值中心之上，高层干冷低层暖湿的配置很明显，为对流的发展积累了大量的不稳定能量。对应实况上德宏中北部出现了强烈的对流性天气。

图3 θse沿98°E的垂直剖面图Fig.3 Vertical section of θse along the latitude 98°E

图4 29日20时(a)腾冲站相对湿度探空分布图；(b)500 hPa等温线分布图Fig.4 (a) The vertical distribution of relative humidity in Tengchong and (b) The distribution of isotherm at 500 hPa at 20∶00 on 29 March 2016(unit:I)

分析Δθse850-500的分布及演变(图5)，29日08时大值区主要位于青藏高原东南角，德宏上空的值为8～12；14时大值区域向东南方向移动，德宏上空的值增大为10～14；20时大值区域移到德宏上空，为16～18，位势不稳定急剧增加，有利于强对流的发生；30日02时迅速减小至10～12，表明位势不稳定已经减弱，强对流天气过程结束。可见Δθse850-500大值区的走向与此次对流性天气过程中中高层干冷空气的走向一致，对强对流天气的发生有很好的指示作用。

图5 2016年3月29日08时—30日02时Δθse850-500分布图Fig.5 The distribution ofΔθse850-500 (unit:) from 08∶00 29 to 02∶00 30 March 2016

4.3 高空急流

图6为此次过程水平风速和垂直风速沿98°E的垂直剖面，29日 08时高空急流中心风速大于75 m/s，急流中心位于26.5°～28°N，德宏高空最大风速为50-60 m/s。上升运动主要位于高空急流轴下方，最大上升速度达-1.2Pa/s以上，德宏上空主要为下沉气流控制；14时高空急流南压，急流中心风速减弱为70m/s，德宏高空最大风速在55～65 m/s之间，垂直速度最大值也减弱至-0.65Pa/s，最大值区位于德宏上空600 hPa附近，在0 ℃线之上，有利于冰雹的产生；20时急流中心南压至德宏上空，但急流轴中心风速下降至65m/s，德宏高空最大风速降至50-65 m/s之间，上升运动大值区也减弱并南压23°N以南，德宏上空中高层出现下沉气流，对流条件逐步减弱；30日02时，急流轴中心仍然位于上空，中心风速继续下降至60 m/s。实况上德宏于17时开始出现冰雹、雷暴、大风、等强对流天气，由于低层风速变化不大，高空风速的增大一方面意味着垂直风切变的加强，高空的大风将云体上方的暖湿空气带走，起到通风作用，对流云的发展和维持十分有利；另一方面高空急流的出现导致了强烈的上升运动，有利于强对流天气的发生发展。

图6 沿98°E的风场和垂直速度剖面图Fig.6 Vertical section of the wind(unit:m/s) and vertical velocity (unit:Pa) along98°E

5 多普勒雷达回波特征

运用德宏多普勒天气雷达资料对此次冰雹天气过程进行分析。

2016年3月29日17时17分左右在盈江西北部有很强的对流风暴开始进入德宏(图7)，回波强度60 dBz,回波顶高达14 km(剖面图上显示的高度没有算上雷达的海拔高度，偏低2 km)，且出现了很明显的虚假旁瓣回波(图8),其产生与粒子的强散射能力密切相关，反映了云体内强烈的上升运动，一般只能在雹云回波中探测到。随后对流云团不断发展并向东南方向移动，17时34分风暴呈现出典型的超级单体钩状回波结构和弱回波区特征，剖面图上可以看到有穹窿和回波悬垂结构，说明存在很强的上升气流。18时20分出现“人”字形回波,对应速度图上从低层气旋性辐合逐渐转为高层辐散(图略)，风暴顶辐散的存在，使得强上升气流得以维持和云中的凝结潜热及时扩散，有利于冰雹的增长和大冰雹的形成，它的存在是冰雹云发展的一个重要条件。19时10分在1.5°仰角的反射率因子图上探测到V型缺口，且观察到比较明显的三体散射长钉，TBSS是探测大冰雹的指示性指标，它在探测降雹的指示性作用上已得到广泛应用，三体散射出现10～30 min后往往会产生地面降雹和大风[4]。19时50分在盈江的西南部探测到一典型超级单体钩状回波，19时56分结构更加清楚，0.5°仰角的反射率因子图上有明显的有界弱回波区，剖面图上云体倾斜，且有明显的回波悬垂、回波墙、旁瓣回波以及大片的云砧，超级单体发展十分旺盛，大于50 dBz的强回波区高达8 km,远在-20 ℃线以上，高空风速逐渐增大，出现速度模糊，这与探空图上高空急流相对应。超级单体的钩状结构维持3个体扫后消失，20时13分反射率因子图上有界弱回波区消失，剖面图上回波顶高度下降，内部结构松散,边缘发毛，超级单体进入消亡阶段，过程逐渐减弱结束。

综上分析，可见此次冰雹天气过程强回波高度很高，均在7 km以上，且探测到旁瓣回波、TBSS、钩状回波、“V”形缺口、有界弱回波区、弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等特征。这些回波特征对冰雹、雷暴、大风等强对流天气有很好的指示作用[11]。

6 结语

①此次过程有利的环流形势是：阶梯槽形势和前倾槽结构有较强的斜压性，增加了大气层结不稳定度，槽前西南气流带来了充足的水汽，高低空急流的存在提供了强的动力条件。

②腾冲探空站0 ℃线和-20 ℃线高度在冰雹发生时有明显的下降，且0 ℃线在650 hPa以下，-20 ℃线在400 hPa以下，对降雹十分有利。

③中层存在干冷空气侵入，高层θse低值中心正好位于低层θse高值中心之上，高层干冷和低层暖湿的配置很明显，为对流的发展积累了大量的不稳定能量。Δθse850-500大值区的走向与此次对流性天气过程中高层干冷空气的走向一致，对干冷空气的活动区域有指示作用。

④高空急流在减弱南移影响德宏时，德宏上空高空风速的增加，加剧了垂直风切变，产生了强烈的上升运动，有利于对流云的发展和维持。

⑤此次对流冰雹天气主要是由超级单体风暴产生的，在反射率因子图上探测到典型的TBSS、钩状回波、“V”形缺口、人字形回波、有界弱回波区、弱回波区等特征；在RHI图上表现出更加典型的冰雹天气特征，出现了虚假旁瓣回波、穹隆、回波悬垂等特征，强回波高度(>50 dBz)均在7 km以上，在-20 ℃层以上；径向速度图上从低层气旋性辐合逐渐转为高层辐散，使得强上升气流得以维持和云中的凝结潜热及时扩散，有利于冰雹的增长和大冰雹的形成。

图7 0.5°仰角反射率因子演变图Fig.7 The evolution of reflectivity on 0.5°elevation

图8 VCS垂直剖面图特征Fig.8 VCS vertical profile characteristic

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