滇西南一次冬季降雹过程C波段雷达资料分析*

字 冉 孔 震 李 志 杨秀平 刘 可

(1.西双版纳州气象台,云南 西双版纳傣族自治州 666100;2.西双版纳州气象科技服务中心,云南 西双版纳傣族自治州 666100;3.西双版纳州人工影响天气中心,云南 西双版纳傣族自治州 666100)

0 引言

云南省地处低纬高原地区,受西南暖湿气流影响,全年各月都有冰雹发生,主要集中在2—5月,占全年冰雹日数的58.1%,最多月份为4月,月平均13天[1]。滇西南是冰雹发生最频繁区域,集中出现在春冬季节,占总降雹日数的90.9%,主要降雹时间出现在午后至傍晚,时间尺度1～30min,约80%的降雹是在10min之内完成[2]。

近年来,冬季冰雹在滇西南地区多发,造成民房、农作物、市政设施等不同程度受灾,经济损失严重。2012年12月26日、2013年2月3日、2015年1月11日、2018年12月9日和2022年1月19日,受南支槽影响,滇西南地区的景洪市、勐海县和勐腊县部分乡镇午后至傍晚时段出现降雹,造成多个村受灾。其中,2015年1月11日19时15分至23时左右的降雹过程持续时间长、范围广、冰雹颗粒大,聚集在地面15～20cm厚,受灾31个村民小组6095人,844hm2经济作物受损,直接经济损失2015万元。滇西南地区的普洱市近年亦频繁受到冬季雹灾的影响。2017年2月2—3日,江城县、宁洱县和景谷县先后出现冰雹等强对流天气,其中2月2日22时45—55分,江城县城气象观测站观测到冰雹最大直径为19mm,平均重量为2.2g。3日16时38—43分,宁洱县气象局县城测站出现冰雹等强对流天气,其中冰雹最大直径为30mm,造成蔬菜、烤烟、咖啡、民房等不同程度受损。2021年12月31日02—05时,孟连县勐马镇、公信乡局地出现冰雹天气,持续时间20min左右,冰雹大小约10mm左右。2021年12月23日23时—24日0时、24日02—03时,思茅区云仙乡降冰雹,造成农作物、房屋受雹灾。2022年1月19—20日,普洱、版纳、文山、玉溪等多地先后出现雷暴、冰雹、大风和短时强降水等强对流天气,冰雹最大直径达50mm,最大风力达20.2m/s,最大短时强降水出现在勐海县打洛板镇,为28.5mm,造成多地不同程度受灾,经济损失严重。

本文对2022年1月19日滇西南地区西双版纳境内的冰雹天气过程的多普勒雷达回波特征进行分析,以期能为探索滇西南冬季冰雹天气雷达回波预警提供参考。

1 降雹实况

受南支槽和高原槽东移影响,2022年1月19日08—22时,云南省玉溪、普洱、西双版纳和文山等地先后出现了冰雹、阵性大风、短时强降水和雷电等局地强对流天气,其中,降雹实况如表1所示。本次冰雹局地性较强,大小不均,有记录最大冰雹直径为50mm,出现在普洱市思茅区云仙乡。本次滇西南地区降雹时段主要集中在19日08—10时及13—20时,前一时段主要出现在普洱北部的景谷和镇沅,后一时段集中在15—20时,主要位于普洱中部一线(西盟—澜沧—思茅—宁洱—江城),以及西双版纳的勐海—勐腊。由于两个时段间隔较长,下午时段降雹较为集中且强度较大,本文重点分析15—21时之间降雹的强对流单体的雷达演变特征。

表1 2022年1月19日08时至20日08时

2 环流形势及环境条件分析

2022年1月19日,500hPa云南省受南支槽以及东移高原槽的共同影响,700hPa上西南暖湿急流强盛,水汽条件好,大气易形成上干下湿的不稳定层结,午后低纬高原太阳辐射强烈,有利于大气层不稳定发展,在有利条件和地形抬升作用下,非常有利于雷暴触发,产生较大范围的冰雹天气过程。19日08时,500hPa形势场(图1a)上南支槽位于孟加拉湾上空,经向度较弱,滇西南上空风速达30m/s以上且伴随有强劲的高空急流(300hPa上,风速大于40m/s),高原东侧有短波活动,700hPa同样配合有南支槽,滇西南处于槽前西南低空急流控制,低层有明显暖湿水汽输送(图1c);19日20时,随着高原东移短波槽的同位相叠加,控制云南大部的南支槽移动缓慢且强度加深,滇西南地区槽前的偏南风分量增强(图1b),动力抬升条件稳定,且19日08—20时滇西南地区低层风速大于12m/s的西南急流稳定维持,水汽充沛(图1d);近地面925hPa滇东地区处于大陆冷高压底后部,滇西南处于西南风与东南风辐合区;19日08—20时的普洱、14—19时的西双版纳西北部均存在明显地面辐合线。本次滇西南地区较大范围的冰雹天气过程就是由南支槽造成的,降雹发生在700hPa西南低空急流区内(图1c、1d),这与2004年1月9日云南出现24站冰雹天气过程类似[1-2]。段旭等[3]发现当高低空同时出现急流时,若有风雹天气,两支急流轴线有一明显夹角;李英[4]在分析强对流天气出现的低空急流若干特征时指出,当低空急流区伴随辐合上升运动时,有利于冰雹天气的发生、发展,本次过程环流形势恰符合上述条件。此外,低纬高原午后太阳辐射强烈,地面气温迅速上升,有利于大气层不稳定发展,易产生空气热对流,利于上升运动的发展,这也是云南午后到傍晚出现冰雹较多的原因之一。

(a)08时500hPa形势场和300hPa大风区(阴影)(b)20时500hPa形势场和300hPa大风区(阴影)

(c)08时700hPa形势场和大风区(阴影)(d)20时700hPa形势场和大风区(阴影)

19日08—20时,滇西南地区环境条件有利于冰雹等强对流天气发生。19日08时、20时,普洱市思茅探空站对流参数(表2)显示,CAPE值为由133.1J/kg增大至331.5J/kg,K值为35.6℃升至36.1℃,0～6km垂直风切变较大,由19.4m/s升至20.7m/s,零度层高度在3342～3400m,-20℃层高度在6421～6332m。这表明,19日08—20时爆发对流性的可能在不断增大,环境条件均有利于冰雹等强对流天气发生。

综上,高原东侧短波槽、南支槽叠加,配合低层西南急流形成了滇西南低层暖湿、中高层干冷的不稳定大气层结,在地面辐合线和地形抬升条件下,非常有利于本次雷暴触发,产生冰雹等强对流天气。

表2 2022年1月19日08时、20时思茅探空站物理量值

3 多普勒雷达回波演变特征

通过对滇西南环流场和环境条件的分析,发现19日08—20时均非常有利于产生雷暴,本文将通过西双版纳龙林C波段雷达回波特征具体分析西双版纳勐腊(A)、普洱思茅—宁洱(B)产生冰雹的雷暴。雷暴A产生于西双版纳勐腊南部的层状、积状混合云系,且并非孤立单体雷暴,在其发展移动过程中至少存在4个雷暴,即为一雷暴群。在17时28分,位于勐腊南部及境外上空(图2a)可分辨出有4个较强但尺度小的单体雷暴,分别为a1、a2、a3、a4。其中,a1最强反射率因子达60.5dBz,反射率因子空间梯度非常大,a2、a3、a4在东移过程中减弱并入a1,在18时14分,上述4个雷暴群合并为雷暴A(图2b),并持续发展,此时最强反射率因子达56.5dBz。此时勐腊县城周边有新雷暴单体(b1)生成并发展,18时19—31分,雷暴A及b1东移过程中发展并逐渐合并加强(图2c),18时37分,雷暴A继续迅速发展(图2d),水平反射率因子达65dBz以上的强回波区向西向南扩,在65dBZ强回波区径向上出现强度8dBZ的异常回波(TBSS)特征,勐腊镇开始降雹;18时42分,雷暴A此时最强反射率因子达71dBz,TBSS特征维持(图2e)。从该时刻整层垂直剖面看到,在3.6、5.0km高度“弓”形回波特征显著,其最强反射率因子对应低层为明显有界弱回波区;19时05分,强回波东移出勐腊境内,强度逐渐减弱,TBSS特征消失。本次过程TBSS特征从冰雹临近一直持续到冰雹过程结束,该特征达到云南夏季强冰雹重要指标[5]。从垂直剖面看(图2c～图2e),整个雷暴移动过程中均有明显的高悬反射率因子特征,18时31—42分雷暴虽然维持强劲的上升运动,但其最强回波伸展高度均在3～4km之间,即均处在普洱0℃高度层附近,且由于勐腊南部气温明显高于思茅,这可能是此次过程雷暴A虽最强回波反射率因子中心强于普洱B,但并未产生直径较大冰雹的原因之一。

(a)17时28分

(b)18时14分

(c)18时31分

(d)18时37分

(e)18时42分

影响普洱市境内澜沧—思茅—宁洱—江城一线的为两个冰雹单体(B、b1)。雷暴单体B 12时22分产生于普洱西盟东部地区,此时属层状—积状混合云体,在12时34—52分东移进入澜沧后迅速增强,13时10分后,最强反射率因子达55dBz,反射率因子梯度非常大(图3a),且维持强度继续东移,至13时58分,澜沧西部生成新对流单体b1(图3b),强度不断增强,东移路径与单体B接近, 13—14时在澜沧县竹塘乡观测到直径5～10mm的冰雹。14时10分,单体B移入景谷境内且强度仍在不断增强,14时46分,最强反射率因子达到65dBz以上(图3c),且持续7个体扫,于14时58分进入思茅区北部,15时22分最强达68.5dBz,形成较为明显的钩状回波(图3d)。15时40分,单体B开始移出思茅境内(图3e),但强度继续维持65dBz以上;单体b1在东移过程中减弱至35dBz,但在进入思茅再次迅速加强,两者并未合并而是各自东移发展,16时04分,单体b1出现最强回波中心达65dBz以上(图3f),其移动路径与B相近,其最大VIL值由上一时次22kg/m2跃增到31kg/m2(图4),这是预警滇南地区出现强冰雹的重要指标之一[1]。从实况上看,思茅云仙乡16时前后出现直径达30～50mm的强冰雹,此时单体B仍维持强度65dBz以上,位于宁洱境内出现较明显的“长钉”特征。16时10分前后,宁洱同心镇那柯里降雹,在同心镇境内,回波中心强度大于65dBz,在0.5°～3.3°仰角层上沿强中心雷达径向后侧20km左右位置出现了由于冰雹衰减导致的“V”型缺口(图5)。该缺口较大,从实况看冰雹直径超过10mm。单体b1维持55dBz强度以上至16时52分才移出思茅,本次过程两个冰雹单体B、b1影响思茅期间,15—17时自西向东依次在云仙芦山村、云仙挖令村、云仙大箐村出现小鸡蛋大小尺寸的冰雹。以上分析可看到,冰雹单体B自生成后始终维持55dBz以上强度,一路向东移,进入思茅达最强,移出思茅后才逐渐减弱。但单体b1经历了由弱到强、再到弱再增强的变化过程,两者四周总是伴有范围较大的积状—层状混合云降水回波,因此,该回波所到之处也产生了短历时强降水。

(a)13时10分 (b)13时58分

(c)14时46分 (d)15时22分

(e)15时40分 (f)16时04分

(a)15时58分 (b)16时04分

(a)0.5° (b)1.5°

(a)2.4° (b)3.3°

4 结论

本文分析2022年1月19日在滇西南地区产生冰雹的环流背景和西双版纳、普洱境内多个雷暴系统及其演变特征,结果显示:

①受高原东侧短波槽东移及南支槽叠加的共同影响,配合低层西南急流及午后低纬高原太阳的强烈辐射,造成滇西南地区低层暖湿、中高层干冷的不稳定层结,为本次冰雹提供了有利的环流背景,过程期间各项环境条件均有利于冰雹等强对流天气的发生。

②本次过程期间,低层西南急流的稳定维持,不仅为滇西南地区提供强劲的动力上升条件,还提供了充足的水汽输送。

③低空急流、地面辐合线和午后升温的共同作用,为触发滇西南地区大范围的强雷暴提供了强有力的抬升触发机制。

④普洱南部长时间、多地区的降雹发生在多个单体雷暴发展的最强时段,且其中两个雷暴单体移动路径高度相近,但西双版纳勐腊境内的降雹是由多个单体雷暴合并发展成为一个强雷暴后产生。

⑤本次雷暴发展演变过程中还出现了钩状回波、“V”型缺口、TBSS、最大VIL值骤增等典型的降雹回波特征。最大VIL值由22kg/m2跃增到31kg/m2,所处区域出现了30～50mm的强冰雹验证了最大VIL值骤增是预警滇南地区出现强冰雹的重要指标之一。