紅河州2019年春季3次冰雹天氣特征分析

趙紅珍 李鑫焱

摘要 利用蒙自站探空資料、文山雷達站資料、普洱雷達站資料、NECP 2.5°×2.5°再分析資料、EC 0.75°×0.75°再分析資料、中央氣象臺高空實況資料，對紅河州2019年春季3次冰雹過程進行分析。結果表明，3次冰雹過程均為高空急流，配合南支槽東移引起的強對流天氣;3次過程均構成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結條件，且上升運動越強，越有利于降雹;降雹前，紅河州地區(qū)0℃層高度在4.5 km左右，-20℃層高度則分布在7～8 km;雷達圖上，出現(xiàn)小冰雹的雷達回波也會出現(xiàn)回波頂偏移、弱回波區(qū)、“假尖頂”等回波特征，2 km以下會出現(xiàn)50 dBZ以上強回波中心，基本速度圖上會伴隨廣闊的大風區(qū)。

關鍵詞 冰雹;水汽通量散度;干入侵;假相當位溫;雷達回波

雷電、冰雹、大風等強對流天氣是云南省顯著的氣象災害天氣，而冰雹是在有利的天氣形勢下，中小尺度系統(tǒng)觸發(fā)產(chǎn)生的強對流天氣，突發(fā)性和局地性明顯，預報難度大。李紅梅[1]研究表明，云南2012—2016年降雹呈逐年加重趨勢，降雹主要集中在春夏季，紅河是冰雹頻發(fā)的次多區(qū)。2019年1—4月，紅河州冰雹災害共造成直接經(jīng)濟損失4 142萬元，占經(jīng)濟總損失的44%，是造成紅河州1—4月經(jīng)濟損失的最主要災害。

冰雹的預報預警難度較大，造成的經(jīng)濟損失嚴重，因此冰雹預報預警一直是國內(nèi)外氣象專家研究的重點之一。強對流天氣產(chǎn)生的條件為水汽條件、不穩(wěn)定層結條件和抬升力條件，同時較強的垂直風切變條件和中層干冷空氣的入侵，更有利于產(chǎn)生冰雹[2-4]。為準確預報冰雹天氣，氣象專家們研究出了多種算法指標，如段鶴等[5]指出的回波弱切變特征，VIL特征可提前幾十分鐘預報冰雹，同時，歐陽首承教授提出的結構分析法對冰雹的預報預警也具有明顯的指示意義。李湘等[6]研究表明，強回波核所在高度能夠很好地反映出降雹對流單體風暴中心的伸展高度，可將春季南支槽型35～40 dBZ強回波核高度作為云南災害性冰雹預警的指標之一，不同天氣型的冰雹災害在雷達回波特征上也有明顯的差異，但當雷達回波中心強度達到50 dBZ，則預示很有可能出現(xiàn)冰雹天氣。筆者對紅河州2019年春季3次冰雹過程的天氣背景、大氣層結條件和雷達圖像特征進行分析，以期進一步提高對紅河州地區(qū)冰雹的預報能力。

1資料方法和天氣實況

多普勒雷達資料選取文山站雷達資料，探空資料選取蒙自探空站（56985）數(shù)據(jù)，根據(jù)個例發(fā)生時間，若冰雹發(fā)生在08：00—14：00，則取當日08：00探空資料，發(fā)生在14：00—20：00，則用14：00資料拖動訂正，發(fā)生在20：00至次日08：00，用20：00探空資料。另外參照嚴紅梅等的研究方法，用0～6 km的風矢量差代表深層垂直風切變。

2019年2月至4月20日，紅河州13個縣市共出現(xiàn)8次冰雹天氣過程，最大冰雹直徑3 cm，8次冰雹個例分布情況見表1，值得一提的是，3月19日凌晨金平縣降雹厚度達到28 cm，屬歷史罕見。從分布情況可以看出，2019年春季紅河州冰雹以小冰雹為主，降雹時間主要集中在14：00以后，凌晨次之，可見下午時段為紅河州地區(qū)降雹的高發(fā)期，午后強對流的發(fā)生應該重點關注。

2月17日、3月19日、4月8日的冰雹天氣過程降雹面積較廣，最大直徑超過2 cm，造成的經(jīng)濟損失較為嚴重，因此該文著重對這3次冰雹過程進行分析，以期提高冰雹天氣的預報能力。為方便描述，將其分別簡稱為“217”、“319”、“408”冰雹天氣過程，由于3月19日出現(xiàn)了2次冰雹過程，將上午出現(xiàn)的簡稱為“319a”，下午出現(xiàn)的簡稱為“319b”。

2環(huán)流背景分析

2月17日紅河州受淺槽東移影響。200 hPa高空場上紅河州受西風急流控制，滇中大部平均風速達到50 m/s以上。500 hPa高空場上紅河州位于短波槽前的西偏南氣流控制，同時孟灣東部存在明顯的冷溫槽，利于槽的穩(wěn)定維持，云南地區(qū)位于大風核區(qū)，滇中以東地區(qū)風速達到了26 m/s以上，中南半島附近及其以西地區(qū)副高脊線較常年偏南。高空急流輻散區(qū)與槽前上升區(qū)疊加在一起產(chǎn)生強烈的上升運動，對冰雹的產(chǎn)生起著重要作用。700 hPa上紅河州受平直的西風氣流控制。整層分析，2月17日紅河州上空處于不穩(wěn)定階段。

3月18—19日，200 hPa高空場上，紅河州受明顯的西南急流控制，云南省大部風速在40 m/s以上，18日較19日南風分量明顯。500 hPa上，紅河州受南支槽東移影響，屬槽前西南氣流控制，平均風速約為20 m/s，但副高脊線整體較常年明顯偏北，利于暖濕氣流向紅河州地區(qū)輸送。700 hPa上受偏西氣流控制。

4月8日，200 hPa高空場上紅河州同樣受西南急流控制，急流軸風速約為40 m/s，500 hPa上紅河州仍受南支槽前西南氣流控制，平均風速小于20 m/s，南支槽在東移過程中加深，中南半島附近及其以西地區(qū)副高脊線位置接近常年。700 hPa上受偏西氣流控制，但滇東地區(qū)暖脊明顯，構成“上冷下暖”結構。

對比3次冰雹過程的天氣特征，均存在明顯的高空急流，并配合南支槽的東移，高空急流散區(qū)的抽吸作用利于低層氣流的輻合上升，同時也有利于對流云的發(fā)展和維持，槽前的西南氣流利于孟灣的水汽向云南地區(qū)輸送，中低層均為偏西氣流控制，但中層干燥，水汽的缺少反而會使雷暴對流活動增強[7]。不同的是，“319”過程對比另外2個過程，副高較常年偏強，脊線位置偏北，氣層不穩(wěn)定程度相對較強，500 hPa上“217”過程存在明顯的急流區(qū)域，該過程的影響區(qū)域也比另外2個過程廣。

3水汽條件

水汽通量代表了單位時間內(nèi)通過單位面積所輸送的水汽量，水汽通量散度可明顯表征水汽的輻合輻散程度，水汽輸送是產(chǎn)生冰雹天氣的必要條件。2月17日冰雹過程發(fā)生前，紅河州地區(qū)近地面水汽通量散度為-1×10-7 g/（s·hPa·cm2），700 hPa附近為水汽通量輻散區(qū)，中心值達到3.5×10-7 g/（s·hPa·cm2），低層比濕>6 g/kg，600～700 hPa比濕為2～3 g/kg。3月19日02：00冰雹發(fā)生前，紅河州地區(qū)近地面水汽通量散度為-2×10-7 g/（s·hPa·cm2），700 hPa附近為水汽通量散度為1.5×10-7 g/（s·hPa·cm2），低層水汽通量達到了11 g/kg，600～700 hPa比濕為4～6 g/kg;20：00紅河州區(qū)域無明顯水汽通量輻合輻散區(qū)，降雹區(qū)（103°～104°E）近地面比濕仍>10 g/kg，600～700 hPa比濕>4 g/kg。4月8日，僅在101°～102°E低層有-1×10-7 g/（s·hPa·cm2）的水汽通量輻合，紅河州區(qū)域的750 hPa以上均為水汽通量輻散，800 hPa以下比濕>11 g/kg，600～700 hPa比濕為4～7 g/kg。

結合上述分析，幾次冰雹過程均構成了“上干下濕”的濕度條件，“319”過程濕度條件比其他過程強，不僅有大的比濕值，低層還有明顯的水汽輻合，由此判斷不斷的水汽輻合是造成持續(xù)降雹的重要原因。

4不穩(wěn)定層結條件

4.1假相當位溫

假相當位溫可反映出大氣的熱力條件，其值越大空氣越暖濕，反之越干冷。對850 hPa至200 hPa作θse剖面，可以明顯看出干冷空氣和暖濕空氣在垂直方向的大致分布情況，θse低值區(qū)即為干空氣主體。對3次冰雹過程發(fā)生區(qū)域沿23°N作剖面，“217”過程較其他過程500～700 hPa具有更廣闊的干冷空氣入侵，表現(xiàn)為101°～108° E均有干空氣主體，低值中心值也更低，達到320 K，在該種條件下，“217”過程的降雹范圍也比其他過程大?！?19”過程中，對于紅河州區(qū)域（101°～104° E，下同），凌晨降雹前，除500～600 hPa有干冷空氣入侵，在850 hPa附近有中心值高于336 K的大值區(qū)存在，表明有明顯的暖濕氣流匯入，上干冷下暖濕的特征更加明顯，降雹強度也最強?！?19b”過程雖然在中高層有干冷空氣入侵，但700 hPa以下等值線向下彎曲，低層無明顯的暖濕氣流，反而有干空氣入侵，對應的降雹強度和范圍也較小?！?08”過程在600 hPa以下表現(xiàn)出大范圍的大值區(qū)，表明暖濕層深厚，中高層干空氣入侵不明顯，低值中心值還在330 K左右。

對比發(fā)現(xiàn)，3次過程表現(xiàn)出中高層有干冷空氣入侵，但強度不同，干空氣入侵的范圍和強度與降雹的范圍和強度對應較好，此外，若低層有暖濕氣流的配合，上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結條件更加明顯，降雹強度也更強，但只有深厚的暖濕層反而不利于大強度冰雹的形成。

4.2垂直運動條件

“217”過程（圖1a），紅河州區(qū)域內(nèi)（101°～104° E，下同），低層為輻合區(qū)域，中高層為輻散，對應區(qū)域的600 hPa以下均為上升運動，最強上升運動在700 hPa附近，達到0.3 Pa/s，低層的同等高度上，氣溫較其他區(qū)域高，熱量條件充足，利于強對流天氣的產(chǎn)生?！?19a”過程（圖1b），102° E附近為明顯的上升運動區(qū)，在103°～104° E幾乎整層為下沉運動，構成次級環(huán)流，利于上升運動的發(fā)展和維持，輻散輻合區(qū)與次級環(huán)流機構基本對應，101°～103° E近地面溫度較高，與冰雹發(fā)生區(qū)域相對應?！?19b”過程（圖1c），紅河州區(qū)域僅近地面有弱上升運動，降雹范圍和強度均較小。“408”過程（圖1d），101°～105° E區(qū)域上升運動與下沉運動構成次級環(huán)流，低層弱輻合，冰雹出現(xiàn)在上升運動區(qū)。

過程對比發(fā)現(xiàn)，冰雹均與上升運動相配合，而次級環(huán)流的出現(xiàn)利于上升運動的維持和發(fā)展，“319a”過程與“408”過程均有次級環(huán)流，但“319a”過程環(huán)流的強度更強，低層配合3×10-5/s的輻合，輻合強度高于“408”過程，由此分析次級環(huán)流的強度、低層輻合程度與降雹的程度和持續(xù)時間有正相關關系。

4.3探空指標分析

通過蒙自站探空資料分析表明（表2），降雹前K指數(shù)均在30℃以上;“408”過程降雹前的SI指數(shù)甚至達到了-4.52℃，但“319a”過程降雹前SI指數(shù)大于0，SI指數(shù)的指示意義不明顯;降雹前的對流有效位能均達到了700 J/kg以上，14：00的拖動訂正可達1 000 J/kg以上，不穩(wěn)定能量充足;除“217”過程，降雹前的0℃層高度均在4.5 km左右，-20℃層高度則分布在7～8 km。“319”過程的垂直風切變明顯大于另外2個過程，降雹強度也大于另外2次過程，表明垂直風切變對冰雹的產(chǎn)生起著重要作用，強的垂直風切變有利于對流的維持和發(fā)展，垂直風切變越大，越有利于產(chǎn)生冰雹。

5雷達回波特征分析

通過文山天氣雷達（CINRAD/CC，104.25° E，23.467° N，海拔1 790 m），思茅雷達（CINRAD/CC，101.02° E，22.825° N，海拔1 923.6 m）對在紅河州地區(qū)產(chǎn)生冰雹天氣的不同過程的對流單體進行雷達回波特征分析。

2月17日15：00—16：00，紅河州個舊和蒙自地區(qū)降雹，分析其雷達回波特征，可發(fā)現(xiàn)為同一對流單體東移過程中不斷發(fā)展產(chǎn)生。14：50左右，該單體位于元陽境內(nèi)，最強回波達到40 dBZ，15：05，強回波東移至個舊境內(nèi)，開始出現(xiàn)45 dBZ以上的強回波，15：11（圖2a），強回波中心達到50 dBZ以上，對其做垂直剖面，發(fā)現(xiàn)無明顯的回波懸垂特征，35 dBZ以上回波伸展到4 km左右，對流單體發(fā)展高度不高，但50 dBZ以上強回波中心及地，基本速度圖上，回波多處出現(xiàn)了速度模糊，此時個舊地區(qū)開始出現(xiàn)2 mm左右的冰雹，并伴隨著18 m/s以上的雷暴大風，降雹持續(xù)了約6 min，在此期間50 dBZ以上強回波中心觸及地面特征明顯。對流單體以約24 m/s的速度向東快速移動，發(fā)展成西南—東北向的線狀回波，0.5°仰角上的50 dBZ以上強回波一直存在，15：34在蒙自境內(nèi)出現(xiàn)鉤狀回波特征，做起剖面發(fā)現(xiàn)回波略有傾斜，15：40（圖2b），單體發(fā)展更加旺盛，鉤狀回波愈加明顯，0.5°仰角上強回波發(fā)展至55 dBZ以上，垂直剖面上出現(xiàn)了明顯的回波頂偏移特征，低層弱回波區(qū)明顯，35 dBZ以上回波發(fā)展至約6 km高度，假尖頂回波明顯，有回波懸垂特征，蒙自地區(qū)出現(xiàn)了直徑約2 cm的冰雹。

3月19日05：16（圖3a），綠春南部監(jiān)測到明顯的強對流回波，最強回波強度超過35 dBZ，05：40，強回波移動到屏邊與越南交界處，回波強度仍維持在35 dBZ以上，06：21最強回波發(fā)展至55 dBZ，對其做剖面，無冰雹特征出現(xiàn)，回波在東移過程中不斷發(fā)展增強，06：27（圖3b），強回波東移至金平縣城西側銅廠地區(qū)，0.5°仰角上55 dBZ以上強回波面積明顯增大，沿其移動方向做反射率因子剖面（圖3c），50 dBZ以上回波發(fā)展至4 km以上，銅廠地區(qū)出現(xiàn)冰雹。06：39，強回波移動至金平縣城上空且沒有減弱的趨勢，抬高仰角后發(fā)現(xiàn)明顯的回波頂偏移，對其做剖面（圖3d），50 dBZ以上強回波發(fā)展至6 km以上，出現(xiàn)弱的“假尖頂”回波特征，明顯的65 dBZ以上回波出現(xiàn)在2 km以下，金平縣城開始降雹，并伴隨極大風速為19.5 m/s的大風，觀測到最大直徑為3 cm，強回波在金平縣城附近停留了接近3個體掃的時間，且強度沒有明顯減弱，造成其冰雹堆積厚度達28 cm，此后回波繼續(xù)東移，強度有所減弱，金平縣西部的多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，屏邊、河口部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，但冰雹直徑明顯減小，強度也較弱。

4月8日02：00以后，紅河州個舊、蒙自、屏邊等地區(qū)出現(xiàn)冰雹天氣，最大直徑約2 cm，分析其雷達回波特征發(fā)現(xiàn)：02：23，文山雷達監(jiān)測到元陽境內(nèi)有對流單體東移，最強回波在40 dBZ，對其做垂直剖面，最強回波為40 dBZ，但是回波發(fā)展高度較高，回波頂在8 km左右。02：28，對流單體迅速發(fā)展，出現(xiàn)大面積超過50 dBZ的強回波，回波頂高度迅速發(fā)展到8 km以上，東移到個舊和元陽交界處時，出現(xiàn)了55 dBZ以上強回波及地特征，且出現(xiàn)了“假尖頂”回波現(xiàn)象，但由于監(jiān)測站點稀疏，無法判斷是否降雹。02：46，有新的對流單體生成，并迅速發(fā)展。02：57（圖4a），新對流單體移至個舊上空，回波頂高度超過8 km，50 dBZ以上強回波中心及地，此時個舊城區(qū)已經(jīng)在降雹，原來的單體回波并沒有減弱的趨勢且繼續(xù)東移。03：14在蒙自出現(xiàn)弓形回波特征，且紅河州東南部上空回波出現(xiàn)了線狀回波特征，屏邊東部回波出現(xiàn)強回波頂偏移特征，35 dBZ強回波發(fā)展高度接近8 km。03：55（圖4b），線狀回波經(jīng)過屏邊縣城上空，低層弱回波區(qū)明顯，回波頂偏移及“假尖頂”回波特征明顯，且出現(xiàn)回波懸垂，屏邊縣城開始降雹?；舅俣葓D上，隨著強對流回波的移動，廣闊的大風區(qū)持續(xù)存在，金平的南部地區(qū)出現(xiàn)了速度模糊，最大速度約為23 m/s。

根據(jù)上述分析，產(chǎn)生冰雹的對流單體發(fā)展均比較旺盛，基本速度圖上基本會伴隨出現(xiàn)廣闊的大風區(qū)，局部出現(xiàn)速度模糊，同時發(fā)展速度較快，往往1個體掃就會發(fā)展至50 dBZ以上，強回波發(fā)展高度較高，35 dBZ以上強回波可發(fā)展至4 km以上，出現(xiàn)降雹時，2 km以下會出現(xiàn)50 dBZ以上強回波中心明顯的降雹，不一定是2 cm以上直徑的大冰雹，反射率因子剖面圖上也會出現(xiàn)回波懸垂、低層弱回波區(qū)、回波頂偏移及“假尖頂”回波等回波特征。3月19日冰雹過程相比另外2次過程，對流單體發(fā)展更加旺盛，且生命時間長，在金平縣城上空停留了較長時間，導致金平縣出現(xiàn)了歷史罕見的大強度降雹天氣。但由于部分雷達資料的缺失，“319”過程只能選取普洱雷達站的資料，金平縣城距離普洱雷達約225 km，由于地形作用和雷達回波衰減等原因，部分雷達回波特征無法準確識別。

6結論

（1）從影響系統(tǒng)對比，3次冰雹過程均為高空急流，配合南支槽東移引起的強對流天氣，其中3月19日凌晨降雹過程因副高比常年偏強，暖濕氣流的明顯輸送，導致降雹強度更強。

（2）降雹前，3次過程均構成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結條件，3月19日凌晨降雹過程水汽條件較其他過程好，低層連續(xù)的水汽輻合利于降雹的持續(xù)。

（3）從假相當位溫的垂直分布可以看出3次冰雹過程的中高層均有干冷空氣的入侵，干冷空氣的入侵范圍越大，降雹范圍也越大，當中高層干冷空氣入侵配合低層暖濕氣流的輸送時，更有利于強對流天氣的發(fā)生和降雹。

（4）冰雹產(chǎn)生于上升運動區(qū)，次級環(huán)流的出現(xiàn)利于上升運動的維持和發(fā)展，低層輻合與上升運動越強，越有利于冰雹的形成。

（5）探空圖上，K指數(shù)也能較好地反映大氣層結穩(wěn)定度，但SI指數(shù)對紅河州地區(qū)3次降雹的指示意義不是很好;對流有效位能均達到700 J/kg以上時，對流發(fā)展旺盛，0～6 km垂直風切變越大，越有利于大冰雹的出現(xiàn)，“319”過程垂直風切變較大，降雹強度也較大;降雹前，紅河州地區(qū)0℃層高度約在4.5 km左右，-20℃層高度則分布在7～8 km。

（6）雷達圖上，產(chǎn)生冰雹的對流單體最強回波在50 dBZ甚至60 dBZ以上，同時發(fā)展迅速，2 cm以下直徑冰雹的反射率因子剖面圖上也會出現(xiàn)回波懸垂、低層弱回波區(qū)、回波頂偏移及“假尖頂”回波等回波特征，出現(xiàn)降雹時，2 km以下會出現(xiàn)50 dBZ以上強回波中心，并伴隨著廣闊的大風區(qū)，此外，35 dBZ強回波發(fā)展高度越高，越有利于冰雹的發(fā)展。3月19日凌晨降雹過程強回波的長時間停留，導致金平出現(xiàn)歷史罕見的強降雹天氣。

由于對比的過程少，上述結論還有待于進一步檢驗和完善，探空站點稀疏、雷達資料不完善等原因的限制，對冰雹強度和落區(qū)的預報還需要不斷總結探討。

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責任編輯：鄭丹丹