一次春季强对流的多普勒雷达产品特征分析

周宗圣，史跃玲

(宣城市气象局，安徽 宣城 242000)

超级单体风暴、多单体风暴会产生雷雨大风、冰雹、短时强降水等多种强对流天气，会给人们生活生产带来很大影响，故此气象学家对此十分重视。俞小鼎等[1]比较系统地研究了中国超级单体、多单体风暴特征。超级单体具有深厚的中气旋，超级单体、多单体风暴有超强的反射率因子及低层弱回波特征，是产生冰雹的必要条件。李冬梅[2]等对山西运城市一次冰雹过程的雷达产品特征进行了分析，得出湿的下垫面有利于对流风暴加强。郑媛媛等[3]对发生在皖北地区典型的超级单体风暴进行了研究。白玎玲[4]等对垂直风廓线产品在暴雨短临预测上进行了研究。上述研究和结论[5-7]对开展强对流天气成因研究、指导强对流天气预报预警具有重要意义。

2020年3月21日，宣城市出现暴雨、雷电大风、短时强降水和冰雹天气。利用气象观测资料对此次强对流过程的发生发展原因进行分析，以提高本地对春季强对流的预报预警水平。

1 天气实况

2020年3月21日，宣城市7个市县出现雷雨大风、短时强降水等强对流天气，宁国、广德出现冰雹灾害，且全市大部分地区过程降水量达到暴雨量级，其中梅林学校站最大降雨达115 mm；全市平均风力4～5级，阵风7～8级，爱民出现最大瞬时风速18.2 m/s；最大小时雨强出现在梅林学校，达54 mm；21日22时后受超级单体风暴影响，宁国城关、广德杨滩先后出现直径2 cm以下的冰雹。

2 环流背景

2.1 环流形势

21日8时，500 hPa上为宽广的南支槽，中高纬有高脊发展，引导西北气流南下。宣城市位于南支槽前，西南暖湿气流不断加强，并与南下冷空气形成交汇，有利于中低层能量积累，且△T 500-850大于25℃，形成较强的对流不稳定，200 hPa上处于高空急流出口区左侧，高空辐散有利于底层垂直上升运动；比湿大于10 g/kg，低层湿度大，高层有干冷气流加入，加强了大气层结不稳定。850 hPa上切变线位于江淮之间，到21日20时，西南气流逐渐加强，宣城市位于切变线南侧、西南急流控制范围内。

2.2 探空分析

分析安庆、南京站的T-lnP图，对整层大气的水汽、动力、不稳定条件进行分析。安庆21日20时，探空图上600 hPa以下T与Td几乎平行水汽条件良好，湿层较厚，600 hPa以上呈现“喇叭口”形状，大气层结维持上干下湿结构，有利于对流产生。对流有效位能CAPE值401 J/kg，K指数37.7℃，SI指数-3.47℃，低层风随高度顺转，有西南急流，有利于水汽和能量的向上输送；而南京站整层湿度条件良好，低层和400 hPa以上略微偏干，近地层偏南急流较强，有利于强降水的出现。安庆站和南京站0℃线都位于4 km以下，而-20℃线位于6 km以上，位置相对偏高，因此不太有利于大冰雹产生。

3 地面中尺度分析

影响宣城的强对流回波沿地面形成一条中尺度辐合线，并逐渐发展成超级对流单体。21时后，宣州区南部到宁国境内存在西北和东南风的辐合线，自西向东移动并逐渐加强为超级对流单体，造成宣州区、宁国、广德交界处出现大风、冰雹、短时强降水。此次过程地面辐合线比强对流天气发生时间早1 h。

4 多普勒雷达资料分析

4.1 对流单体发生发展

21日14时开始，在旌德县境内出现多个对流单体，自西向东移动发展，15∶04对流单体进入宁国后逐渐加强，2.4°仰角回波强度由50 dBZ上升至60 dBZ以上，并伴有中气旋生成，旋转速度10 m/s；VIL值14∶35为25 kg/m2左右，14:45时跃增至45 kg/m2，维持一段时间后逐渐下降。对其做剖面图可以看到，强回波发展高度位于5 km左右，并无明显的弱回波区。15∶22后多个单体风暴合并形成带状回波区，并逐渐减弱。考虑中气旋维持时间短，回波发展高度不够，中低层上升气流不强，因此不利于冰雹生成，但回波强度大，维持时间长，且垂直液态水含量较高，因此出现了短时强降水和雷电大风天气。

图1 对流单体雷达回波反射率因子Fig.1 Convective cell radar echo reflectivity factor

21时过后，西北部有大块强回波生成，并向东南方向移动逐渐分裂出多个对流单体，22时左右宣州区南部有一强回波东移发展，22∶17在宣州区与宁国交界处最大回波强度加强到65 dBZ，VIL值从20 kg/m2增加到40 kg/m2以上，径向速度图上能看到有弱中气旋生成，风暴顶辐散，高空的辐散抽吸作用有利于底层上升气流的加强；该对流单体在移动过程中逐渐加强为超级对流单体，并出现钩状回波；22∶23对其做剖面(图2)，可以看到强回波区发展高度达到7 km左右，中低层有明显的弱回波区，垂直上升运动强烈。此时宣州区、宁国和广德交界处陆续出现冰雹，大风天气。

图2 雷达回波剖面图Fig.2 Radar echo profile

4.2 反射率因子

21日14∶35，从旌德西部发展生成的多个对流单体(图1)，强度都在50 dBZ左右，在逐渐东移过程中渐渐发展到60 dBZ以上，其中最东部的一个对流单体在中低层发展出了钩状回波，但两个体扫后就逐渐减弱，并且剖面图上弱回波区不明显，也没有出现穹隆状，说明倾斜上升气流并不强，因此属于弱的超级对流单体，并为产生冰雹天气。而夜间21时左右，在宣州区西北部又出现大片强回波区自西北向东南方向移动，移动过程中逐渐分裂发展成多个对流单体，其中位于宣州区南部与宁国交界的一个对流单体强度发展到65 dBZ，并且发展出钩状回波和弱回波区，剖面图上也有高悬的强回波，上升气流很强，故而产生了冰雹。从21时开始一直持续到22日0时以后，强回波不断通过宣城市，形成了列车效应，导致大部分地区出现了暴雨天气。

4.3 中气旋

整个过程中，生成发展了很多个对流单体，也有单体发展成为超级对流单体，其中，下午生成的超级单体伴有中气旋生成，但中气旋维持时间短，强度在10 m/s属于弱中气旋，并未出现风暴顶辐散。夜里发展出的超级对流单体，中气旋从21∶59-22∶55维持了近1 h，10个体扫；强度在15 m/s左右，可以看到风暴顶辐散，导致上升气流加强，因此有利于冰雹生成。

4.4 径向速度和垂直风廓线产品

径向速度图(图3)上可以看到，21时前径向速度呈“S”型，风随高度顺转，有暖平流，22时过后逐渐变成反“S”型，此时高层干冷空气入侵，有冷平流。

图3 径向速度和垂直风廓线产品Fig.3 Radial velocity and vertical wind profile products

垂直风廓线产品(图3)上可以看到，13∶42-14∶41，测站低层风随高度顺转，有暖平流，而高空风随高度逆转，有冷平流，且高空“ND”层较厚，主要考虑湿度低[8]，高层为干冷空气，随着中低层风速增大，转为西南风，整层湿度上升。21∶54-22∶53这段时间的VWP图上能发现低层是偏东风，而中高层为西南风，此时低层风随高度逆转，中低层垂直风切变很大，从0.3 km的出的偏南风到0.9 km转变为偏北风，说明此时高层干冷空气向下入侵，触发不稳定能量的释放，有利于强对流的产生。

5 总结和讨论

此次过程是在南支槽发展过程中高空冷平流入侵作用下中低层出现切变线，高层辐散，低层辐合，并且△T 500-850大于25℃，有较强的位势不稳定，配合地面中尺度辐合线，触发了多单体和超级单体风暴。

探空图上水汽分布呈上干下湿的“喇叭口”形状，具有一定的CAPE和较好的SI指数、K指数，有利于层结不稳定发展及对流不稳定能量的积累，有利于对流风暴的发生发展。

可以看到，整个过程中，很多对流单体发生发展，但只有夜间宣州区、宁国和广德交界处的超级对流单体产生了冰雹天气。超级单体风暴的发展通常随着中气旋的产生，而弱回波区和高悬的强回波及风暴顶辐散都有利于冰雹的形成。

VIL值的突然增大及变化和VWP产品上风切变的增大及随高度的变化都可以对强对流天气的发生起到一定的指示作用。