成都春夏之交一次冰雹强对流天气过程分析

王勤

摘要    2019年4月26日18：00至27日00：00，成都市出现了一次强对流天气过程，位于西部的都江堰市区出现降雹灾害性天气，对此次强对流天气形势、温江站探空数据和S波段新一代多普勒天气雷达产品数据进行分析。结果表明，新疆东部至甘肃西部的大槽东移并叠加高原分裂的短波槽是此次冰雹强对流天气的主要影响系统;冰雹发生前反映大气不稳定能量的各项热力和动力参数发生显著变化，其上干下湿的大气结构及强的垂直风切变有利于产生降雹;孤状的对流单体的合并区域是冰雹的主要落区，强中心回波可达70 dBZ，回波的“穹窿”结构和垂直累积液态水含量的跃增可作为冰雹降落时的重要指标。

关键词    冰雹;回波强度;垂直液态水含量;垂直风切变;四川成都

中图分类号    P458.12        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）24-0177-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

冰雹是我国主要强对流灾害性天气现象之一，具有持续时间短、影响范围小、破坏力强的特点，给社会经济发展和人民生命财产安全带来了严重损害。因时空尺度小和突发性强，国内外相关人员对冰雹监测预警识别和防雹技术进行了大量研究，并取得了很多成果。

常规气象探空数据推算的物理量产品预测局地冰雹灾害是一种非常有价值的经验工具[1]，而在冰雹的临近监测预警中主要是使用天气雷达，特别是新一代多普勒天气雷达能提供丰富的产品供预报人员使用[2]。多普勒雷达能较好地监测对流单体的发生发展及移动路径，对冰雹云的识别和作业时机选择具有预警指示作用[3]，通过垂直液态含水量值（VIL）的变化就可以用于预测冰雹的落区和降雹时间[4]。

成都市位于青藏高原东部向川西平原的过渡地带，西靠龙门山脉，东临龙泉山脉，均呈东北—西南走向，海拔落差约4 500 m，境内有白马河和沱江等若干条岷江支流，独特的地理环境使得成都易遭受冰雹強对流灾害性天气的影响[5]。因此，本文利用地面及高空探测资料和成都新一代多普勒天气雷达产品，对2019年4月26日夜间成都冰雹天气发生前后的气象环境因子、多普勒雷达回波特征及人工防雹作业进行分析，探讨新型探测设备在冰雹天气监测预警中的应用，为今后此类天气的监测预警及相关应用提供参考。

1    天气实况

2019年4月26日18：00到27日0：00成都市西部出现了雷雨、大风、冰雹的强对流天气过程，在6 h内全市出现中雨20站，大雨14站，暴雨4站，最大降水量出现在都江堰蒲虹公路垭口，为89.6 mm，1 h最强降水自动气象站也发生在都江堰垭口，为67.2 mm，同时成都市大部分地方出现瞬间最大风速>10 m/s的大风天气，最大风速在都江堰幸福街道（15.2 m/s），都江堰市区产生降雹过程，冰雹最大直径为6 cm，造成了较大的社会经济损失（图1）。

2    环境背景分析

2.1    天气形势分析

此次冰雹是受西北地区槽线快速东移并叠加高原小型波动影响共同产生的。2019年4月26日8：00 200 hPa盆地及我国西北部地区受西风带控制，长江中下游平原为弱的偏西风急流，成都位于西风急流的左侧。500 hPa东亚中高纬地区为两槽一脊型，槽线分别位于甘肃西部和朝鲜半岛东部，成都受弱脊控制，华南地区为一切变线;700 hPa盆地为弱的西南风，水汽输送不明显;850 hPa盆地东部为气旋环流，成都为气旋环流后部的东北风。至20：00，系统移速较快，500 hPa的槽线已到达河套地区，并受高原切变东移的影响，成都位于槽前的西南风，风速已达10 m/s，700 hPa水汽加强，四川盆地、陕西及宁夏均是较强的偏南风，辐合中心在河套地区，850 hPa气旋环流增强，湿度增大。探空图上，层结处于不稳定状态，能量高，近地面有逆温层存在，湿度条件较差（图2）。

2.2    探空资料分析

2.2.1    CAPE和CIN能量。对流有效位能（CAPE）和对流抑制能量（CIN）均是有可能转化为上升运动的能量，但CIN较大或较小时均不利于强对流天气的发生[6]。分析表1中的CAPE和CIN值可见，25日20：00和26日20：00的CAPE均大于2 100 J/kg，但25日20：00的CIN值较大，抑制了对流的发展，在25日晚上并没有发生强对流天气。随着天气系统的演变，在26日8：00 CIN值上升的同时，CAPE值下降，为即将发生的强对流天气积聚能量，在26日20：00的对流有效位能与对流抑制能量之差达到最大，其值为2 043.9 J/kg，引起了晚上的强对流冰雹天气过程，至27日8：00 CAPE和CIN值均变小，预示着此次强对流冰雹天气过程结束。

2.2.2    垂直风切变。200 hPa和850 hPa之间的垂直风切变对强对流天气的发生发展具有重要指示意义。分析此次强对流天气的垂直风切变发现，26日的垂直风切变突然加强，从8：00的17.8 m/s增大至20：00的32.2 m/s，为强的垂直风切变，加强了风暴中雹胚的上升运动，雹胚在暖湿气流中经历多次的上升和下沉运动并增长形成冰雹，此次降雹过程发生在26日23：00。

2.2.3    K和SI指数。沙氏指数（SI）和K指数反映大气稳定度情况，其中SI>0表示气层较稳定，数值越大越不利于强对流天气的发生，SI<0表示气层不稳定，K指数越大，层结越不稳定。从温江探空站在冰雹发生前后的4次探空数据计算得到的物理量参数（表1）可以看出，冰雹发生前K指数递增，SI指数均为负值且在减小，在26日20：00 K指数达到最大值，为43.9，SI指数最小，为-3.53，为对流的触发及发展提供了良好的环境。降雹后，K指数变小，SI指数为正值，气层变为稳定状态。

2.2.4    0 ℃层和-20 ℃层高度。0 ℃层和-20 ℃层高度也是反映雹云特征的重要环境参数，在不同时间和不同地点参数差别较大，二者之间的高度差越大，说明对流发展旺盛，越有利于冰雹的增长。在26日20：00冰雹发生前，0 ℃层高度较8：00降低，而-20 ℃层高度升高，过冷水层厚度变大，是非常有利于冰雹形成的环境条件。

3    多普勒天气雷达回波特征

3.1    反射率因子

26日20：01，郫县东部有一块强度为47 dBZ的回波生成，并向东北方向的彭州移动，速度大约为30 km/h，至20：17，此块回波减弱消失，其中回波强度已<30 dBZ，但在彭州市中部和雅安市芦山县有新生孤状单体回波，其中心回波强度也达45 dBZ，并向东北方向移动，移速减弱。20：55，温江区有新回波生成，范围和强度均逐渐加强，至21：11回波发展旺盛，中心强度为50 dBZ，移速較小，仍在原地发展，此后回波减弱，中心强度已<40 dBZ，并缓慢向北方的郫县方向移动，此块回波生命史为40 min。21：49都江堰市区出现弱回波，强度为25 dBZ，但有加强趋势，至22：21回波范围扩大至彭州北部，中心强度已达50 dBZ，同时在西南方向的邛崃、大邑、崇州均有新生的孤状回波单体生成，并向东北方向的彭州市移动，在23：04上述回波单体在都江堰市合并加强，形成中尺度对流复合体，其中心回波强度甚至达到58 dBZ，同时崇州、大邑和邛崃仍有回波不断生成并向都江堰市方向移动，至23：24回波强度已达70 dBZ，并仍在继续加强发展，至23：44回波开始减弱但范围不断扩大，强度维持在40 dBZ，并向东北方向的什邡市移动。都江堰市区中心在23：25左右开始降雹，最大直径为6 cm，造成露天停放的汽车玻璃破碎等经济损失（图3）。

3.2    垂直剖面

由图4可看出，2019年4月26日23：30沿都江堰市区—郫县—成都做剖面所得到的垂直剖面图，回波顶高最大为13 km，雹云伸展到-20 ℃层高度以上，回波随高度升高发生倾斜，低层风较强，有明显的回波“穹窿”结构，最大回波强度已达70 dBZ，强回波中心高度较低，形成了利于降雹的环境条件。

3.3    垂直累积液态水含量

垂直累积液态含水量（VIL）是辨别强风暴中是否含有冰雹降水的重要参数，在不同的月份和地区其值差别也较大，但在降雹前VIL通常有个“跃增”现象。依据经验，成都地区在4月VIL值达到20 kg/m2时就要做好防雹工作，此次天气过程发生时，VIL值在23：04为10 kg/m2，到23：19跃升到55 kg/m2，至23：39下降至40 kg/m2，随后逐渐减小，降雹过程结束（图5）。综观此次降雹天气过程，VIL值跃升现象明显，可作为降雹时的重要依据，对防雹作业指挥人员有重要指示价值。

4    人工防雹作业

针对此次强对流冰雹天气过程，成都市人工影响天气中心积极与西南民航空管区沟通，在空域繁忙的成都西部，仍开展了3批次的防雹作业。在回波单体开始形成的初级阶段，人影指挥中心在20：00就陆续在郫都和温江区申请消雹作业，至20：51得到空管区同意，在蒲江、邛崃、郫都和温江开展10炮次的防雹作业，用弹107发。第二阶段为22：00，彭州市回波发展旺盛，其5个炮点均在22：24—22：25开展防雹作业，用弹量100发。第三阶段为23：00，大邑和崇州方向的孤立单体回波合并后继续向北边的都江堰市移动，得到作业批复命令的时间为23：36—23：48，人影中心指挥蒲江、崇州和都江堰的高炮进行防雹作业，用弹量83发。此次强雹作业过程，民航空管局给予了大力支持，把雹灾损失降到最小，但都江堰市中心区域远离高炮防御控制范围，在23：25开始产生了降雹，持续时间为10 min，冰雹直径最大为6 cm，造成了较大经济损失。

5    结语

（1）此次冰雹天气过程是我国西北地区大槽东移并叠加高原短波槽东移引起的，孤立单体的合并加强了回波强度，强中心最高达70 dBZ。

（2）冰雹发生前大气不稳定能量快速上升，对流有效位能、对流抑制能量、沙氏指数、K指数、0 ℃和-20 ℃层高度的物理量变化对冰雹强对流天气的发生发展具有重要的指示意义。

（3）冰雹形成时的回波顶高、“穹窿”结构和强回波中心对冰雹的落区预报预警也有很好的科学价值;降雹开始前的垂直累积液态水含量“跃增”可作为降雹开始时刻的参考指标。

6    参考文献

[1] 雷蕾，孙继松，魏东.利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别[J].气象，2011，37（2）：136-141.

[2] 王廷东，段玮，方夏馨，等.昆明地区夏季冰雹云多普勒雷达定量判别指标[J].安徽农业科学，2016，44（34）：177-180.

[3] 黄骏，辛学飞，梁明境，等.多普勒雷达在湘西北人工防雹中的应用[J].湖南农业科学，2016，04：53-56.

[4] 刘治国，王锡稳，冀兰芝，等.雷达VIL在局地强对流天气应用中应注意的几个问题[J].干旱气象，2006（4）：40-44.

[5] 祁红彦，刘立兵.成都市冰雹的时空变化与地形特征分析[J].气象科技，2015，43（3）：503-505.

[6] 吴剑坤.我国强冰雹发生的环境条件和雷达回波特征的初步分析[D].北京：中国气象科学研究院，2010.