2016年4月27日鄂西北冰雹天气多普勒雷达分析

王馨凝

摘要    本文利用襄阳多普勒雷达资料对2016年4月27日鄂西北地区大范围冰雹天气进行分析，这是襄阳雷达建成后首次对大范围冰雹天气进行监测。结果表明，此次冰雹天气是在高空西北气流下发生的，地面有弱冷空气配合。附近探空站显示，0 ℃层和-20 ℃高度层分别在3 km和6 km以上，0～6 km垂直风切变达12 m/s，CAPE值>1 000 J/kg。雷达回波显示，降雹天气共分2个时段和2条路线，2次降雹天气有相同点，如最强回波强度达到65 dBZ以上、50 dBZ强回波伸展高度达6 km以上、对应回波顶产品高度达11 km以上、垂直积分液态含水量达40 kg/m2以上等;也存在一些不同，如路线不同、降雹性质不同、云团结构不同等。通过对雷达回波分析可以找出鄂西北降雹天气的一些特点，可以作为今后冰雹天气预报的参考。

关键词    冰雹;雷达回波;鄂西北;2016年4月27日

中图分类号    P458.1+21.2        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）17-0208-04                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    In this paper，the Xiangyang doppler radar data was used to analyze the large-scale hail weather in northwestern Hubei on April 27，2016.For the first time Xiangyang was used to monitor hail weather in a wide range since it was built.The results showed that the hail weather occurred in the upper northwest airstream，and it was mixed with weak cold air in the ground.Sounding station data showed that the 0 ℃ layer was above 3 km and -20 ℃ layer was above 6 km，the 0-6 km vertical wind shear was up to 12 m/s，and the CAPE was greater than 1 000 J/kg.The radar echoes showed that there were two periods and two routes of hail weather.There were some similarities between the two hail days：the strongest echo intensity was above 65 dBZ，and the extension height of 50 dBZ was above 6 km，the height of corresponding echo top product was above 11 km，and the vertical integral liquid water content was above 40 kg/m2，etc.There were also some differences，such as the route，the nature of hail，cloud structure，etc.The characteristics of hail weather in northwestern Hubei can be found by analyzing radar echo，which can be used as reference for hail weather forecast in the future.

Key words    hail;radar echo;northwestern Hubei;April 27，2016

冰雹天气是一种小尺度系统引起的天气现象，多发生在地形复杂的山区和丘陵地带，由于其突发性、局地性等特点，给人民生命财产安全造成了严重的损失。湖北省冰雹天气的发生西部多于东部、高山多于丘陵、山地多于平原，每年的3—4月是冰雹的集中发生时期，尤其以4月中、下旬最集中。很多气象工作者对鄂西北冰雹天气已经开展了大量的研究。如张萍萍等[1]利用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料等，对2009年6月鄂北冰雹天气发生前的抬升、水汽及不稳定条件进行了诊断分析，并分析了多普勒天气雷达资料以及闪电定位等监测数据。蔡寿强等[2]利用MICAPS常规资料、TWR01雷达资料及十堰的多普勒雷达资料对2009年6月6日和8月26日发生在保康县的2次冰雹天气进行了分析。牛  奔等[3]利用十堰的多普勒天气雷达资料和地面高空资料对2013年5月23日凌晨发生在十堰地区的强超级单体风暴进行了详细的分析。襄陽雷达建成较晚，于2015年6月才开始正式投入使用，对鄂西北的强对流天气特别是冰雹天气监测较少，2016年4月27日是投入使用以来首次对这种大范围冰雹天气进行监测。因此，此次过程多普勒天气雷达的分析意义重大，对今后雷达监测强对流天气具有一定的指导意义。

1    天气实况

2016年4月27日午后至夜晚这一时段，鄂西北地区出现较大范围的冰雹天气。16：40，冰雹自北向南先后袭击了丹江口市石鼓镇、凉水河镇、丹江口市城区。沿途出现了雷暴大风、短时强降水天气，雨量达15～36 mm，阵风达7～9级，冰雹直径达1.5 cm左右。16：40—17：25老河口市、谷城县先后出现风雹天气。老河口市16：40左右开始降大雨，5 min后出现冰雹，冰雹持续10 min，直径1～2 cm。谷城16：56出现阵雨，17：01出现29 m/s的大风，17：10出现冰雹，冰雹直径1 cm左右，降雨量为12.5 mm，同时伴随雷电发生，17：25风雹过程结束。17：40左右，襄城区卧龙镇姚河、当华村出现风雹天气。18：03—20：50，冰雹天气从郧西三官经郧阳区大柳、郧阳区城区、十堰城区东部、丹江口市六里坪、盐池河、房县东部（万峪、沙河等）后进入襄阳保康境内，21：30左右，保康县后坪镇出现风雹天气。此次冰雹天气影响范围大、持续时间长，给经过的乡镇带来了严重灾害。

2    冰雹天气分析与预警的思路和步骤

根据武汉中心气象台总结，目前常用于分析冰雹天气的雷达产品包括组合反射率、基本反射率、回波顶、基本速度、垂直积分液态含水量、中尺度气旋、冰雹指数。具体分析步骤：①分析环境条件。根据地面、高空、数值预报等资料，判断主要影响天气系统。②分析回波形状。如超级单体、多单体、脉冲单体、弓状回波、飑线都有可能产生冰雹，在组合反射率图上有时有三体散射、旁瓣回波、低层入流缺口、有界弱回波、弱回波、风暴顶倾斜等特征。③分析回波强度。当强度达60 dBZ（有时>55 dBZ），发生冰雹的可能性很大。④分析回波顶高。一般冰雹回波高度较高，春季10 km、夏季12 km以上;50 dBZ高度超过-20 ℃层高度（春季6 km、夏季8 km左右）。在多仰角基本反射率因子图上，雷达回波有前倾现象。⑤分析回波水平梯度。在组合反射率图上有较大梯度，另一侧常有明显的中高云回波（辐散气流）。⑥分析速度场特征。速度图上有风暴顶辐散特征（强冰雹）、中气旋。⑦分析产品指数。如有冰雹指数（虚警率偏高，慎用）、中气旋特征、垂直液态含水量很大（超过45 kg/m2）。⑧发生冰雹时，常伴有大风天气（先大风，后冰雹）。以下根据以上步骤及指标对鄂西北的此次冰雹天气过程进行分析。

3    天气背景

目前，形成冰雹的天气形势主要有高空冷槽型、高空冷涡型、高空西北气流型和南支槽型[4]。本次过程属于典型的高空西北气流型降雹。27日8：00，500 hPa等压面上有稳定的长波槽，温度槽落后于高度槽，长波槽随高度后倾，鄂西北地区500～850 hPa为一致的偏北气流控制，925 hPa湖北西部有辐合存在。地面图上，西北部有小股弱冷空气自西部灌入。选取离鄂西北附近的探空站（安康站和南阳站），从2个站探空曲线（图1）可以看到，都是呈上干、下湿的分布，尤其是安康站在600 hPa存在明显干区，这种上干下湿的高低层配置有利于强对流天气发生。两站0～6 km风速垂直切变达12 m/s，可促使低层的暖湿空气的不稳定能量释放并形成冰雹。南阳站和安康站8：00的0 ℃层高度在3 km以上，-20 ℃高度在6 km以上，0 ℃和-20 ℃高度也非常有利冰雹天气的产生。对8：00的CAPE值进行订正，由14：00地面图可以看到，当天下午十堰地区最高气温在28 ℃以上，襄阳西部也达26 ℃以上。根据气温对CAPE值进行订正，可以看到14：00鄂西北地区的CAPE值均已达1 000 J/kg以上，大于1 000 J/kg的CAPE值是形成大冰雹的有利条件。

4    对流风暴回波演变分析

由实况天气分析可知，此次降雹天气分2个时间段和2条路线：第1次降雹天气开始于15：30左右，结束于17：00左右，降雹路线为丹江口市→老河口市→谷城县→襄阳市区;第2次降雹天气开始于18：00左右，结束于21：30左右，降雹路线为郧西县→郧阳区→十堰城区→丹江口市→房县→保康县。以下对这2次降雹天气的回波特征进行分析。

4.1    第1次降雹天气回波分析

从组合反射率产品上可以看到，27日15：30左右，自河南淅川县有强对流单体向十堰丹江口移动，此回波在淅川县已经有冰雹产生;在图2（a）中15：11在淅川县最大回波达60 dBZ，回波移动速度较快，发展迅速;在图2（b）中15：47在丹江口增强到65 dBZ以上，对流云团呈圆形，边界清晰，此后基本上以此強度和结构自西北向东南移动经过丹江口、老河口、谷城、襄阳市区西南角;在图2（c）中17：46到达南漳境内强度开始减弱到60 dBZ，而且结构开始变成东北西南状的带状回波，之后回波减弱。此次强回波持续时间较长、结构完整、尺度较小但是破坏力强，给经过的县市都带来了不同程度的大风、冰雹天气。在15：59的2.4°基本反射率产品上有明显的三体散射出现，见图3（a），>50 dBZ的回波已经伸展到6 km以上，在回波顶产品中回波顶高达11 km以上，见图3（b）。在垂直积分液态含水量图上可以看到有>40 kg/m2的含水量大值区，见图3（c）。通过不同仰角的反射率产品可以看到强回波具有悬垂结构，说明这块云团发展非常剧烈，上冲云顶很高。从1.5°径向速度图上（图4）可以看出，15：23在丹江口北部可以看到有明显的正负速度对存在，在相对风暴速度图上叠加中尺度气旋产品，可以识别出此处有中尺度气旋存在，此气旋在向东南方向移动的过程中不断加强，由此可见这是一次超级单体降雹过程。冰雹指数产品也明确识别出有冰雹产生的可能。这些都可以作为判断冰雹天气的依据，依此发布冰雹预警信息。

4.2    第2次降雹天气回波分析

组合反射率图上，18：00左右在郧西地区又有新的对流回波发展，回波强度达60 dBZ;回波自西北向东南方向移动，同时河南淅川又有回波向东南移动影响鄂西北，回波强度达60 dBZ（图5），淅川回波移至鄂西北时减弱至60 dBZ以下，而且结构变成带状回波并没有带来冰雹天气。第2次降雹天气主要是由郧西地区新形成的对流云团产生的。从组合反射率产品上可以看到，此回波结构较松散，自西北向东南方向移动，在移动过程强度不稳定，时强时弱，到20：21在丹江口南部回波中心强度已达到60 dBZ以上，但强回波只持续3个体扫，之后有所减弱。21：21到达保康北部受地形影响，回波再次增强，最强中心达65 dBZ，经过1个体扫后减弱至60 dBZ，持续3个体扫之后减弱南移出保康。与第1次降雹天气对流云团相比，第2次降雹对流回波相对较弱。在基本反射率产品中，在十堰境内回波相对较弱，结构比较松散，>60 dBZ强回波出现的时段较少且范围较小，一般只持续1个体扫。到达保康分水岭附近回波达到最强，在21：21的2.4°产品上出现65 dBZ的强回波，>50 dBZ的强回波已伸展至6 km以上，但是强回波范围很小，只持续1个体扫;在1.5°产品上（图6）可以看出有三体散射现象，但较弱，回波到保康增强，考虑此处地形起到了一定的抬升作用。在对应回波顶产品达11 km。垂直积分液态含水量上显示，此次过程含水量较小，大部分时段含水量在40 kg/m2以下，只有21：27出现了1个体扫>40 kg/m2的含水量大值区。在径向速度产品上可以看到，19：28的0.5°速度图上（图7），十堰地区有一正负速度对出现，但是叠加中尺度气旋产品并没有发现中气旋的存在，但是冰雹指数产品上可以清晰地看到有冰雹产生的可能，并且此产品指示的冰雹的路径与实际路径比较符合。

5    结论

通过对2016年4月27日鄂西北大范围冰雹天气分析可以得出以下结论：

（1）本次降雹天气是典型高空西北气流型降雹天气，对应T-lnT图上，0 ℃层和-20 ℃高度层分别在3 km和6 km以上，0～6 km垂直风切变达12 m/s，并具有>1 000 J/kg的CAPE值，以上指标均有利冰雹天气的发生，特别是大冰雹天气的发生。

（2）由实况天气分析可知，此次降雹天气共分2个时段和2条路线，第1次降雹时间为15：30—17：00，路线：丹江口市→老河口市→谷城县→襄阳市区。第2次降雹时间为18：00—21：30，路线：郧西县→郧阳区→十堰城区→丹江口市→房县→保康县。

（3）通过分析可以看出2次降雹天气的差异。一是路线不同。第1次降雹天气路线偏北，第2次路线偏南，受地形影响较大。二是性质不同。第1次降雹天气属于典型的超级单体降雹，具有明显的冰雹天气的回波特点，易于识别、判断;第2次回波特征不明显，较难判断。三是降雹云团结构不同。第1次降雹云团结构密实完整且在降雹过程中强度维持，第2次降雹云团较松散且强度变化较大，时强时弱。

（4）2次降雹天气也出现了一些共同点，可对今后预报此季节冰雹天气提供一定的参考。最强回波强度达到65 dBZ以上，50 dBZ强回波伸展高度达6 km以上，对应回波顶产品高度達11 km以上，垂直积分液态含水量达40 kg/m2以上，冰雹指数产品具有很好的指示作用，可作为预报冰雹天气的重要参考。

6    参考文献

[1] 张萍萍，龙利民，张宁，等.2009年6月6日鄂北冰雹天气过程分析[J].气象与环境学报，2012，27（2）：10-15.

[2] 蔡寿强，牛生杰，郭彬，等.湖北保康两次冰雹天气过程的综合分析[J].大气科学学报，2014，37（1）：108-118.

[3] 牛奔，张家国，吴涛，等.鄂西北一次超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析[J].暴雨灾害，2016，35（1）：45-52.

[4] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理[M].北京：气象出版社，2000：450-452.