2017年8月8日华北地区冰雹天气的雷达回波特征和卫星云图分析

曲婧琦

新巴尔虎右旗气象局，内蒙古新巴尔虎右旗 021300

我国华北地区常年遭受冰雹灾害，对农业、电力、交通产生了极大的危害，对我国经济造成了极大的损失，通过分析了解冰雹发生的原因，可以更准确地预报冰雹天气，提前预防各种风险，对减少气象灾害的影响具有重要的意义。多普勒天气雷达、气象卫星探测数据是业务上强对流的主要监测手段，可以实时连续监测，能了解强对流发展的过程，当满足一定条件时，就能够判断会产生冰雹等强对流天气，再通过外推法就可以判断未来哪个区域下冰雹[1]。

1 天气概况

2017年8月8日08:00～16:00全国只有银川出现冰雹，截至20:00全国有5个区域出现冰雹，都位于华北地区，分别为山西北部和中部、陕西北部、辽宁西南部、北京和西安东部，且冰雹直径都大于10 mm。此次华北地区冰雹主要是发生在8日20:00左右，冰雹过程具有范围广、强度强的特点。

2 环流背景

冰雹发生前期，500 hPa高度场上，我国气压场呈南高北低态势，华南地区被副高占据，长江中下游、华北地区多短波槽活动，中高纬度地区为低值系统活动区，东北地区为冷涡活动区，冷涡中心位于黑龙江北部，冷中心位于蒙古国东部，温度场落后于高度场，东北冷涡向南延伸的槽线位于黑龙江、吉林、辽宁中部，在河南东部地区存在一短波槽，华北地区出现冰雹的区域上空温度场和高度场有很大的夹角，华北地区上空有较强的冷平流，风向以西风或者西北风为主，天气形势不稳定，有中尺度触发系统即可诱发强对流。850 hPa风场上，东北冷涡对应的低值系统位于黑龙江中部，华北地区为弱风区域，平均风速为6 m/s左右，华北的北部内蒙古地区有8 m/s的北风，内蒙西部为8 m/s的西北风，山西、河北南部地区风速为3 m/s左右，在这一区域有一定的风速辐合，有利于对流的触发，在温度场上，冰雹发生的华北地区为暖中心，温度在20℃以上，具有较好的热力条件，能够为对流提供较好的能量支撑。

3 雷达拼图分析

由图1可知，应用华北区域雷达拼图对这次冰雹天气进行分析可以看出，2017年8月8日19:00～20:00华北东部地区有零散回波逐渐增强，原因可能是能量充沛，而且地面有中尺度辐合系统，绿色为降雨区、红色为雷雨区，冰雹云系加厚，区域也扩大，水汽条件更加充足，更加有利于冰雹云的形成，华北地区多处有雷雨，华中地区有2条对流带，由冷空气触发，导致华中地区降雹，并且在此前一晚的暖湿气流持续北上，与中国西部的对流层中层的干冷空气相交，导致华北地区出现冰雹天气[2]。

3.1 冰雹形成时的雷达回波特点

由8日19:00雷达拼图可以看出，华北地区多处对流云旺盛，其中华北西部回波分布零散，而东部较为密集，20:00左右除秦皇岛地区其他地区仍有明显回波（图1）。

3.2 冰雹形成时的雷达回波的移动

19:00，雷达回波出现在张家口南部、晋中、临汾、秦皇岛等地区（图1a）。20:48，张家口南部、晋中、临汾秦皇岛处的回波消失并且分别移动至北京、邢台、长治地区，整个华北地区的回波东移，在移动的过程中不断有新的单体加入（图1d）。

3.3 冰雹形成时的雷达回波的强度

19:00呼和浩特西部、张家口南部、保定北部、秦皇岛及其南部、晋中和临汾链接地带、渭城南部、有较为强盛的雷达回波且均在45 dBz以上，整个华北东部回波较强，华北西部较为微弱。19:30，北京和宝鸡的回波加强，且均在45 dBz以上（图1b）。20:00左右华北东部的回波仍大于华北西部（图1c、图1d）。

4 卫星云图分析

4.1 冰雹形成时的可见光图像分析

在8日00:00可见光云图中，华北上空伴有大量明亮的云团，多数呈现丝缕状，虽然该云团纹理较为清晰，但云厚度较小，云中含水量较少，所以不足以提供产生冰雹的条件（图2a）。直到18:00华北地区云团变化较大，云团增厚，含水量增多，整块区域纹理清晰，边界光滑，华北东部的云团呈椭圆状，结构紧密范围较广，云顶亮度低，为本次降雹创造了良好条件（图2b）[3]。

图2 2017年8月08日00:00（a）、18:00（b）可见光卫星云图

4.2 冰雹形成时卫星云图中的水汽和云顶温度分析

卫星水汽图像能够反映出整层大气的水汽散布状态，气象卫星有3个不同波长对大气整层水汽进行观察。卫星辐射权重函数表示不同高度大气层对到达卫星总辐射的贡献比例，它能反映出垂直方向上悬浮在大气中的水汽对辐射贡献的相对大小，但是它不能反映地球表面对辐射率所做贡献的大小。从不同波长整层大气贡献率来看，不同的波长，不同层次大气对其贡献率不同，即不同的波段能够观测不同大气高度的水汽含量（图3）。7.3 μm波长通道观测的大气辐射中，550 hPa左右的大气对其贡献最大；6.9 μm波长通道观测的大气辐射中，450 hPa左右的大气对其贡献最大；6.2 μm波长通道观测的大气辐射中，350 hPa左右的大气对其贡献最大。

图3 卫星辐射权重函数

在图4a中，6.2 μm通道水汽最大权重函数位于350 hPa，主要观测对流层上层的水汽情况，在8日14:00冰雹发生前，华北地区有一东西向狭长的深色区域，表示华北地区上空存在很干的空气，在对流层大气中，干空气能够造成空气中水汽蒸发，水汽蒸发吸热，使得干区附近温度较周边低，即对流层上层干区也存在冷区。6.2 μm通道上的干区表示华北地区对流层高层有干冷空气侵入，干冷空气的侵入往往能够增强整层大气的不稳定性。在图4b中6.9 μm通道水汽图上，华北上空的干区强度下降，并伴有下沉运动，表明在450 hPa左右的大气层中存在微弱的水汽；图4c中，在7.3 μm通道的水汽图上，华北上空水汽含量进一步增加。

图4 2017年8月8日14:00 6.2 μm（a）、6.9 μm（b）、7.3 μm（c）通道水汽图

以上分析表明，在冰雹发生前，华北地区上空对流层上层有干冷空气侵入，对流层中层水汽较为丰富，这种上干冷下暖湿的大气层结条件有利于不稳定能量的释放，进而产生较强的对流。

在 图5a中，8日11:20卫 星 云 图上，华北北部地区有一片高温区域之中存在温度低于-30℃的云区，这些云区中间存在面积很小的云顶温度-50℃左右的对流中心。以上分析表明，8日11:20左右，华北北部的对流云团已经开始发展。在图5b中，月8日18:30华北地区呈遍地开花态势，云图上华北地区较多区域（蓝色区域）温度小于-50℃，且数量和面积较11:20有大幅度增加，表明这一时间华北地区对流云团得到较大发展，并且向南侵入山西河北地区，这与华北地区降水冰雹实况相符。

图5 2017年8月8日11:20（a）和18:30（b）云顶亮温图

5 结论

（1）雷达拼图中表现得非常明显，中尺度辐合系统的充沛能量使零散回波逐渐增强，为冰雹天气创造了良好的条件。而雷达回波强度的演变有时还要考虑地形的影响，在平原地区，强对流移动方向和速度不会发生太大变化，所以影响整个华北地区降雹的系统由西到东逐渐平移。

（2）在卫星云图中，大面积强烈的对流云团，结构由散乱到紧密，外部边缘逐渐清晰，存在云顶温度-50℃左右的对流中心，这表明了云体内部垂直运动旺盛，对流云团强烈的发展是冰雹天气的重要因素。