2019年6月黃河口6次局地冰雹實例分析

鄭麗娜，劉暢，宿秋蘭，梁海霞

(1. 東營市氣象局，山東 東營 257091；2. 山東省氣象臺，山東 濟南 250031)

引言

冰雹是山東省重要災(zāi)害性天氣之一。與干旱、洪澇等其他氣象災(zāi)害相比，冰雹發(fā)生范圍小，持續(xù)時間短，突發(fā)性強，破壞性大。一次范圍較大、強度較強的降雹，往往伴隨著各種陣性極端災(zāi)害性天氣過程，如狂風(fēng)、暴雨、急劇降溫等。山東和我國許多其他地方一樣經(jīng)常受到冰雹的襲擊，由于冰雹多出現(xiàn)在農(nóng)作物生長的關(guān)鍵時期，短短幾分鐘的降雹就可使得農(nóng)作物遭受毀滅性損害。據(jù)《中國氣象災(zāi)害年鑒》(2013—2015年)記載，我國平均每年雹災(zāi)面積170余萬 hm2，重災(zāi)年達400萬hm2，冰雹所造成的直接經(jīng)濟損失約為數(shù)億元至十余億元。

鑒于冰雹產(chǎn)生的巨大災(zāi)害，近幾十年來，隨著探測技術(shù)和手段的發(fā)展，國內(nèi)外許多專家對產(chǎn)生冰雹的雷暴云的形成機理、云體結(jié)構(gòu)進行了不少探索，取得了一些有益的研究成果[1-6]。MONCRIEFF and MILLER[7]與COLBY[8]研究表明，利用對流有效位能和對流抑制能量表示整層大氣的對流潛勢時，對流有效位能越大，對流抑制能量越小，深厚濕對流越容易發(fā)展，越容易產(chǎn)生大冰雹。WILSON and REUM[9]、ZRNIC[10]研究發(fā)現(xiàn)雷達圖上探測到大冰雹時可能會出現(xiàn)虛假回波。LEMON[11]進一步將此虛假回波現(xiàn)象定義為“三體散射長釘”(three body scatter spike，TBSS)。從20世紀(jì)90年代開始，隨著我國新一代多普勒雷達的布網(wǎng)，國內(nèi)的許多氣象學(xué)者也對產(chǎn)生冰雹的超級單體進行了研究。從環(huán)流形勢上，學(xué)者們將產(chǎn)生冰雹的強對流天氣進行分型，歸納為低渦類、低槽類、橫槽類與西北氣流類，其中山東產(chǎn)生降雹最多的類型是低渦類，占降雹類型總數(shù)的56.3%[12-13]。雷達回波圖上，大冰雹的雷達回波特征歸納為高懸的強回波，低層的弱回波區(qū)，中高層的回波懸垂和有界弱回波區(qū)以及中氣旋等[14]。大量的研究表明，冰雹的產(chǎn)生受3個環(huán)境參量的制約，分別是對流有效位能(CAPE)、垂直風(fēng)切變與0 ℃層高度。一般來講，冰雹天氣產(chǎn)生時對流有效位能值在1 000 J·kg-1之上，且該值越高，越有利于大冰雹的產(chǎn)生；大冰雹對應(yīng)的垂直風(fēng)切變值主要集中在2×10-3s-1之上，即發(fā)生在中等以上強度的垂直風(fēng)切變下；大冰雹對應(yīng)的0 ℃層高度主要集中在4.0～5.0 km之間，超過5.0 km，幾乎很難產(chǎn)生大冰雹[15-16]。AMBURN and WOLF[17]利用多普勒雷達的日常產(chǎn)品垂直累積液態(tài)水含量(VIL)與風(fēng)暴頂高度之比定義了VIL密度，研究發(fā)現(xiàn)大冰雹發(fā)生時對應(yīng)的垂直累積液態(tài)水密度閾值是 3.5 g·m-3，如果達到4 g·m-3，幾乎肯定發(fā)生大冰雹。據(jù)研究，大多數(shù)冰雹發(fā)生需要充足的水汽條件，這也是冰雹發(fā)生時往往伴隨強降水的原因。但是在西北和東北地區(qū)，在水汽條件不是很好的情況下也可能出現(xiàn)冰雹，而此時天氣往往只伴隨弱的降水，稱為干雹暴[18-19]。王婷婷等[20]通過數(shù)值模擬實驗表明當(dāng)改變水汽條件時，干濕雹暴天氣可相互轉(zhuǎn)化。

2019年6月上中旬，黃河入?？诔霈F(xiàn)了6次局地小冰雹天氣，有5次伴有不足3 mm的弱降水，1次伴隨的降水量為21.9 mm。盡管冰雹的最大直徑均在10 mm以下，降雹時間也僅有幾分鐘，但是恰逢麥?zhǔn)諘r節(jié)，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)豐收造成了很大的損害。歷年6月也會出現(xiàn)冰雹天氣，可是像2019年這樣高的降雹頻率實屬罕見。產(chǎn)生這些冰雹的大氣環(huán)流有哪些特征，為什么這些冰雹天氣大都伴有弱降水，這些冰雹云中冰水粒子的分布是怎樣的，這些問題值得我們?nèi)パ芯浚瑸榻窈鬁?zhǔn)確預(yù)報與防御冰雹提供參考依據(jù)。

1 冰雹天氣過程概況

2019年6月1日、4日、8日與13日的14—16時，2日的05—07時，3日的00—02時在黃河入海口地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)了6次冰雹天氣，冰雹的最大直徑為5～8 mm，觀測到的冰雹下落時間僅有1～3 min，下落的地點集中在1～3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。下落的具體位置見圖1。從圖1 中可以看到，冰雹的下落地點主要在沾化縣、博興縣、河口區(qū)、利津縣北部、墾利區(qū)的東北部及廣饒縣境內(nèi)。降雹的覆蓋范圍幾公里至幾十公里，觀測到的降雹站點僅有1～3個。這6次降雹天氣呈現(xiàn)出雹暴云發(fā)展迅猛，降雹范圍小，冰雹尺寸小，下降時間短等特點。

圖1 2019年6月1—13日降雹站點示意圖(圓圈代表降雹的大致位置，數(shù)字代表降雹日期)Fig.1 Schematic diagram of hail sites from 1 to 13 June 2019 (circle for approximate location of hail falling, number for date of hail falling)

2 冰雹產(chǎn)生的天氣背景

冰雹產(chǎn)生于強對流天氣過程中，有利的大尺度環(huán)流背景是必不可少的。圖2給出了6次強對流天氣產(chǎn)生的大尺度環(huán)流背景及天氣系統(tǒng)配置。由圖2可以看到，6月1日、2日、3日與4日(圖2a-d)，500 hPa中緯度多為西北氣流，弱的淺槽位于河套地區(qū)。貝加爾湖或其西北部有冷槽，隨著系統(tǒng)的東移，高緯度冷空氣自槽底沿西北氣流向東南方向推進。由高空三層(500、700、850 hPa)槽的配置來看，6月1日與4日屬于前傾槽，2日與3日屬于后傾槽。6月8日(圖2e)，影響黃河口地區(qū)的系統(tǒng)是華北冷渦，黃河口處于冷渦的東南象限。6月13日(圖2f)，東北冷渦已移入鄂霍次克海，其后的橫槽即將影響黃河口地區(qū)。低層850 hPa溫度場上，這6次過程在華北地區(qū)均存在東西向的暖脊或暖中心。這樣在形勢上構(gòu)成了“上冷下暖”的大氣層結(jié)。地面圖(圖略)上，在山東北部一直存在一條東西向的地面輻合線，對6次對流天氣的發(fā)生起到了觸發(fā)作用。

3 環(huán)境條件及物理量特征

由對流天氣發(fā)生前3 h的要素場分布情況(表1)可以看到，這6次對流天氣發(fā)生之前，黃河口地區(qū)850 hPa與500 hPa的氣溫差t850-t500為28～33 ℃。山東在t850-t500≥28 ℃時即可產(chǎn)生對流天氣[21]。1日與2日的CAPE值分別為520 J·kg-1與650 J·kg-1，其余4次的CAPE值大都在900 J·kg-1以上。500 hPa與1 000 hPa之間的垂直風(fēng)切變?yōu)?～7×10-1s-1。普查這6次天氣過程的比濕情況，發(fā)現(xiàn)水汽條件最好的層次在925 hPa以下。據(jù)統(tǒng)計，1日與2日925 hPa的比濕均為6 g·kg-1，3日與4日均為8 g·kg-1，8日與13日分別為12 g·kg-1與11 g·kg-1。在對流天氣發(fā)生前3 h，黃河口地區(qū)處于對流不穩(wěn)定的層結(jié)中，有一定的能量積累，加之近地面層水汽較充沛，這為雹暴云在該地的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

圖2 2019年6月高空形勢及天氣系統(tǒng)示意圖 (a.1日，b.2日，c.3日，d.4日，e.8日，f.13日；黑色實線為500 hPa高度場，紅色虛線為850 hPa溫度場，棕色線表示槽線，綠色線表示地面輻合線，黃色斷線表示t850-t500≥31 ℃的不穩(wěn)定區(qū)，綠色陰影區(qū)表示850 hPa濕區(qū))Fig.2 Schematic diagram of background circulation and synoptic system on 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d), 8 (e), and 13 (f) June 2019 (black solid line for geopotential height at 500 hPa, red dashed line for temperature at 850 hPa, brown line for trough line, green line for surface convergence line, yellow dashed line for unstable area of t850-t500≥31 ℃, green shaded area for wet area at 850 hPa)

表1 2019年6月黃河口地區(qū)降雹日距離降雹時提前3 h的要素場資料

Table 1 Mean element values over the Yellow River Estuary three hours before hail falling in June 2019

降雹日t850-t500/℃CAPE值/(J·kg-1)925 hPa比濕/(g·kg-1)垂直風(fēng)切變/(10-1 s-1)20190601335206720190602286506520190603289508520190604319608720190608301 0801272019061329900116

為了弄清楚對流天氣即將發(fā)生時部分要素的垂直分布，本文利用第五代歐洲中心再分析資料ERA5(分辨率0.1°×0.1°，間隔1 h)制作Skewt-Logp圖。在制作該圖時，選擇如下方案：假設(shè)氣塊從最低層(1 000 hPa)處抬升，先沿干絕熱線上升至抬升凝結(jié)高度(LCL)，再沿濕絕熱線上升，且假設(shè)濕絕熱上升為可逆過程(液態(tài)水和冰都包含在上升氣塊中)，另外假設(shè)氣塊溫度低于0 ℃時里面的液態(tài)水進一步變成冰。

由圖3可以看到，2019年6月發(fā)生在黃河口地區(qū)的局地冰雹天氣呈現(xiàn)出一些共性特征。 1)有5次過程在近地面層存在逆溫：6月1日、4日、8日與13日的逆溫層在1 000～950 hPa之間；3日的逆溫層略高，在900～800 hPa之間；2日沒有逆溫層，但是700 hPa以下氣塊溫度與空氣溫度基本重合，近干絕熱變化。2)環(huán)境空氣大都比較干：在這6次天氣過程中，空氣的溫度曲線與露點曲線距離均比較遠，說明降雹過程中環(huán)境空氣比較干；相對而言，6月4日溫度線與露點線在對流層中層較接近，也僅有這一次，降雹過程伴有21.9 mm的降水，其余過程伴有的降水量均不足3 mm。3)存在對流抑制能量：這6次天氣過程均存在對流抑制能量，相對來講，越靠近降雹時刻，對流抑制能量越小，這可能與對流已經(jīng)激發(fā)或即將激發(fā)有關(guān)，其對流有效位能大都超過1 000 J·kg-1。4)6次降雹天氣過程中，0 ℃層與-20 ℃層之間的厚度在1.8～2.3 km之間：0 ℃層高度位于650～620 hPa，-20 ℃層高度在460～420 hPa之間，0 ℃層與-20 ℃層的高度均較經(jīng)驗值偏低[21]。

圖3 2019年6月1日(a)、2日(b)、3日(c)、4日(d)、8日(e)與13日(f)接近降雹時刻降雹點的Skew t-Logp圖(紅色線表示狀態(tài)曲線，藍色實線表示環(huán)境溫度線，藍色虛線表示環(huán)境露點溫度線，圖左側(cè)下面和上面的藍色短線分別為0 ℃層位置和-20 ℃層位置)Fig.3 Skew t-Logp of hail site near the time of hail falling on 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d), 8 (e), and 13 (f) June 2019 (red line for state curve, blue solid line for ambient temperature, blue broken line for ambient dew point, two blue short lines on the left side of each figure for positions of 0 ℃ layer and -20 ℃ layer from the bottom up)

由6次降雹天氣發(fā)生前1 h的相對濕度、風(fēng)場及垂直速度分布(圖4)可以看到，臨近降雹前，這6次過程在降雹點上空均存在強的上升運動，上升運動的高度可達500 hPa以上，低層偏南風(fēng)與高層偏北風(fēng)的交匯層也在500 hPa附近，這為冰雹天氣的產(chǎn)生提供了動力條件。由相對濕度的分布來看，水汽條件雖然不及強降水時的深厚，但從400 hPa至地面，相對濕度在70%左右。相對而言，6月4日對流層中低層的水汽條件明顯偏好，這可能是其伴隨降水偏多的原因。6月8日與13日，120°E以東靠近萊州灣海面上空的水汽條件明顯偏好，這與其地理位置有關(guān)。

圖4 2019年6月降雹前近1 h相對濕度(填色；單位：%)、風(fēng)場(風(fēng)矢；單位：m·s-1)與垂直速度(等值線；單位：Pa·s-1)沿37°E的剖面(a.1日，b. 2日，c. 3日，d. 4日，e. 8日，f. 13日；黑色三角代表降雹點)Fig.4 Cross section of relative humidity (colored area, units: %), wind field (wind barb, units: m·s-1), and vertical velocity (isoline, units: Pa·s-1) along 37°E about an hour before hail falling on 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d), 8 (e), and 13 (f) June 2019 (black triangle for location of hail falling)

4 雹暴云雷達回波及水凝物特征分析

4.1 雹暴云雷達回波特征

6月1日上午，自河北至河南的高空槽云系逐漸向東移動，10：00雷達圖上觀測到對流回波前沿進入黃河口濱州市境內(nèi)，狹長的南北走向的雷達回波帶上回波中心強度達45 dBZ。在此主回波帶的后方不斷有新生對流單體生成，并隨主回波帶一起移動。13：00主回波帶逐漸東移進入萊州灣，沒有產(chǎn)生冰雹天氣。其后部的新生回波中有一長度僅幾公里的對流回波迅速發(fā)展(圖5a1)，在一個體掃間隔時間內(nèi)回波強度由45 dBZ猛增至55 dBZ，并在濱州的沾化縣境內(nèi)降下小冰雹。隨后此回波東移，強度略有增強，緩慢進入東營市。14：39在利津的虎灘鄉(xiāng)、河口的義和鄉(xiāng)觀測到直徑3～5 mm的冰雹(圖5a2)。10 min之后，回波帶減弱，東移進入萊州灣。

6月2日03時，黃河口北部沿岸有對流單體生成。03—05時，回波范圍逐漸擴大，強度在35 dBZ以下。05時前后，天津附近出現(xiàn)新的對流回波帶，并逐漸東移進入渤海?；夭◣У哪隙嗽谘夭澈Ｎ骱０短幖ぐl(fā)出若干新的對流單體(圖5b1)，這些對流單體隨對流回波帶一起東移。當(dāng)其經(jīng)過黃河口北部沿岸時，原來位于此處強度并不強的對流單體突然增強。十幾分鐘后，回波強度由35 dBZ增至55～60 dBZ。06：51黃河口北岸的回波在河口北部新戶鄉(xiāng)附近降下如玉米粒大小的冰雹(圖5b2)。07：00回波強度減弱至45 dBZ，之后回波東移進入東部沿海。

圖5 2019年6月降雹前1 h與降雹時濱州雷達組合反射率產(chǎn)品(a1/a2. 1日，b1/b2. 2日，c1/c2. 3日，d1/d2. 4日，e1/e2. 8日，f1/f2. 13日；圖中黑色圈代表降雹的回波位置)Fig.5 Composite reflectivity (CR37) an hour before hail falling and during hail falling on 1 (a1/a2), 2 (b1/b2), 3 (c1/c2), 4 (d1/d2), 8 (e1/e2), and 13 (f1/f2) June 2019 from Binzhou radar (black circle for location of hail falling)

6月2日夜間，隨著高空槽東移南下，23時華北北部有對流回波自天津向東移動，靠近渤海西海岸時，回波呈南—北向的帶狀，中心強度為50 dBZ。回波帶南部伸入至黃河口的河口境內(nèi)，強度僅有40 dBZ(圖5c1)。隨后回波繼續(xù)東移，3日01：09，回波強度達50 dBZ以上，強回波區(qū)域也逐漸擴大，并在河口區(qū)觀測到小冰雹(圖5c2)。隨后，對流回波帶繼續(xù)東移，于02：20進入萊州灣。

6月4日12：09，在魯中山區(qū)及其北部地區(qū)有對流單體生成，范圍僅幾公里，單體在原地發(fā)展，強度逐漸增強，范圍逐漸擴大。14：38在回波的前沿發(fā)展出幾塊中心強度達50 dBZ的小范圍回波單體(圖5d1)。在高層引導(dǎo)氣流的作用下，這幾塊小對流單體緩慢向東北方向移動并逐漸聚合成一條東西向的中尺度對流復(fù)合體，中心強度達60 dBZ以上。隨后，此對流復(fù)合體進入東營和濱州境內(nèi)。15：38，在東營的廣饒縣和濱州的博興縣觀測到冰雹 (圖5d2)。

6月8日11—12時，在黃河口北部和東部沿海岸地區(qū)，雷達圖(圖略)上可見2～3條中尺度輻合線。12：12在靠近北部海岸的輻合線上出現(xiàn)對流單體，12 min之后對流單體迅猛發(fā)展，強度增強至50 dBZ。12：36對流回波進一步發(fā)展成一個密實的對流復(fù)合體，且越靠近萊州灣的回波強度越強(圖5e1)。之后，此對流回波一邊向東擴展，一邊緩慢南壓。13：36其回波中心強度達60 dBZ(圖5e2)。在黃河口的孤島鄉(xiāng)附近觀測到最大直徑5～8 mm的冰雹。隨后，對流回波帶向東南方向移動，14：53強回波全部移入萊州灣，對流天氣結(jié)束。

6月13日12：00—12：30，雷達回波圖(圖略)上可見在黃河口沿海岸線附近有2條相接的呈“八”字形的中尺度輻合線。12：50在其中一條輻合線上生成對流單體，6 min之后，沿著輻合線出現(xiàn)了多個小尺度對流回波，并逐漸聚合。13：55發(fā)展成一條東北—西南向的對流回波帶，回波帶的兩端出現(xiàn)中心強度達50 dBZ以上的強回波單體(圖5f1)?；夭◣б苿泳徛瑥娀夭ǚ秶饾u擴展，發(fā)展成一條帶狀(圖5f2)，14：55在河口區(qū)及其附近觀測到小冰雹。

以上分析可知，黃河口地區(qū)冰雹天氣頻發(fā)主要來源于兩種形式，一是強回波從上游移入，比如從天津、河北沿西北路徑東移，到達黃河口地區(qū)強度增強，產(chǎn)生冰雹；二是在適宜的環(huán)境場下，在黃河口本地生成對流單體，然后迅猛發(fā)展，產(chǎn)生冰雹。后者雹暴云具有發(fā)展迅猛，降雹時間短，冰雹直徑小等特點。通過普查這6次冰雹過程，總結(jié)出降雹時刻的部分雷達產(chǎn)品信息(表2)。從表2中可以看到，黃河口地區(qū)產(chǎn)生冰雹，回波頂高(ET)一般在10 km以上，垂直累積液態(tài)水含量(VIL)在23 kg·m-2以上，最大組合反射率(MaxREF)在55 dBZ以上，這可以作為黃河口地區(qū)6月降雹的預(yù)警指標(biāo)。其中，回波頂高和最大組合反射率因子與其他地區(qū)總結(jié)的降雹指標(biāo)沒有差別，但是垂直累積液態(tài)水含量的指標(biāo)下限比其他地區(qū)的值(30 kg·m-2)要小[19,22]。

在風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展過程中，MaxREF、ET 與VIL都會出現(xiàn)不同程度的增長[23-24]，即雹云發(fā)展的躍增階段。本文統(tǒng)計了降雹天氣過程中MaxREF、ET 與VIL的躍增量。在6次過程中，距離降雹時刻躍增時間最短的是4個體掃，最長的是17個體掃。為了便于比較，給出了距離降雹時刻提前4個體掃的躍增量(表2)。由表2可以看出，4日與8日MaxREF的躍增量最大，可達40 dBZ，1日的最小，為15 dBZ?；夭敻逧T的躍增量為4～6 km。VIL的最大增量出現(xiàn)在3日，達40 kg·m-2，最小的出現(xiàn)在1日與13日，也有15 kg·m-2的增量。與以往的研究結(jié)果(三參數(shù)的平均增量分別為7 dBZ，2.7 km，17 kg·m-2)[23-24]相比，MaxREF與ET的躍增量明顯偏高，VIL的增量除了1日與13日較統(tǒng)計結(jié)果略偏低外，其余4次均偏高?？梢姲l(fā)生在2019年6月上中旬的6次雹暴云屬于迅猛發(fā)展個例。

表2 降雹日雷達探測的3個產(chǎn)品資料與其躍增量

Table 2 Three products and their jump increment detected by radar on hail day

降雹日MaxREF值/dBZET值/kmVIL值/(kg·m-2)4個體掃的躍增量MaxREF值/dBZET/kmVIL值/(kg·m-2)201906015552061541520190602556506355202019060360950830440201906046096084062520190608601 080124051820190613609001130515

在降雹天氣發(fā)生時，雷達可探測到雹暴云內(nèi)部的風(fēng)場特征。由圖6可以看到，6月1日與3日，雷達圖上表現(xiàn)為風(fēng)速脈動，這種脈動伴隨著風(fēng)速的輻合，有利于對流的發(fā)展加強。其余4次強對流天氣，雷達徑向速度圖上可見流入雷達與流出雷達徑向速度的輻合，尤其是6月8日與13日，靠近萊州灣的沿岸地區(qū)，可見流入雷達的10～15 m·s-1狹長的風(fēng)速流，這支來自萊州灣水面上方的氣流，一是加強了對流層低層的水汽輸送，二是加強了對流區(qū)域風(fēng)速的輻合，利于對流天氣的發(fā)展。為了弄清楚強對流天氣發(fā)生時雹暴云內(nèi)風(fēng)場的垂直分布特征，以6月1日(徑向速度圖上表現(xiàn)為風(fēng)速脈動)與13日(徑向速度圖上表現(xiàn)為風(fēng)速輻合)為例，利用濱州多普勒雷達的風(fēng)廓線資料進行分析。從圖7中可以看到，6月1日對流天氣區(qū)域的風(fēng)場結(jié)構(gòu)表征為對流層中層的高空槽，槽的高度為3.4～5.2 km，槽的低層為西南風(fēng)，高層為西北風(fēng)。13日的風(fēng)場結(jié)構(gòu)在垂直方向上分為兩層，上層是西北氣流，為冷層，下層是偏南氣流，為暖層，垂直切變的高度為4.9～5.2 km。

圖6 2019年6月降雹時刻濱州雷達1.5°仰角徑向速度圖(a. 1日，b. 2日，c. 3日，d. 4日，e. 8日，f. 13日；黑色圈代表降雹處)Fig.6 Radial velocity at 1.5° elevation during hail falling on 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d), 8 (e), and 13 (f) June 2019 from Binzhou radar (black circle for location of hail falling)

圖7 降雹時刻濱州風(fēng)廓線時間-高度剖面圖(a. 2019年6月1日，b. 2019年6月13日；ND與圓點均表示沒有數(shù)據(jù))Fig.7 Time-height cross section of wind profile in Binzhou during hail falling on 1 (a) and 13 (b) June 2019 (ND and dot represent no data)

4.2 雹暴云中水凝物特征

為了弄清楚這6次雹暴云發(fā)展如此迅猛，降下冰雹卻大都伴有弱降水的原因，文中分析了雹暴云氣柱內(nèi)的冰水含量(濕空氣內(nèi)冰粒子、水蒸氣、云液和雪粒子的總和)、液態(tài)水含量(濕空氣內(nèi)液體水滴的質(zhì)量，不包括雨水)與雨水含量(大尺度云內(nèi)的水滴含量，降落到地面即為降水)的微粒子特征(圖8)。從圖8中可以看到，6月1日08時開始，云內(nèi)的冰水含量開始突增，并于11—12時達到當(dāng)日冰水含量的最大值(0.33 kg·m-2)，這為對流回波在此地發(fā)展加強提供了有利條件(圖8a)。云內(nèi)的液態(tài)水含量與雨水含量盡管也有所增加，但是增加的幅度較冰水含量偏少約3倍多。6月2日，云內(nèi)的冰水含量于降雹時刻前4 h開始增加，并在降雹前1 h冰水含量達到最大值(0.18 kg·m-2)，這個時段對應(yīng)著雷達反射率因子的突增(圖8b)，但是云內(nèi)的雨水含量幾乎沒有變化，液態(tài)水含量在降雹前稍有增加，僅為0.05 kg·m-2。6月3日，云內(nèi)的冰水含量不斷積累，出現(xiàn)了3次弱的峰值，這個過程伴隨著雷達反射率因子與垂直累積液態(tài)水含量的迅猛增加(表2)。6月4日，云內(nèi)冰水含量在14—17時達到最大值(0.35 kg·m-2)，液態(tài)水含量在這個時段也達到了其含量的高值(0.2 kg·m-2)，雨水含量也有小幅度的增加(0.02 kg·m-2)，使得雷達組合反射率因子強度逐漸增至60 dBZ以上(圖8d)。6月8日，雷暴云在近地面輻合線上生成之后，逐漸加強并緩慢南壓。降雹區(qū)氣柱內(nèi)提前12 h冰水含量開始緩慢增加，云內(nèi)的液態(tài)水含量與雨水含量也略有增加。臨近降雹時刻時，冰水含量與液態(tài)水含量出現(xiàn)了第二次迅猛增長，尤其是冰水含量，這時恰對應(yīng)著雹暴云的迅猛發(fā)展(圖8e)。6月13日的降雹區(qū)靠近萊州灣西岸，在偏東氣流的作用下，云內(nèi)的冰水含量與液態(tài)水含量均出現(xiàn)了長達10個多小時的增長過程，最大值分別為0.18 kg·m-2與0.14 kg·m-2，雨水含量則在0.01 kg·m-2上下浮動。

圖8 2019年6月降雹日降雹區(qū)域上空6次冰雹云內(nèi)氣柱冰水含量(iwc)、液態(tài)水含量(lwc)與雨水含量(rwc)的時間演變(a.1日，b.2日，c.3日，d.4日，e.8日，f.13日；藍色點代表降雹時刻)Fig.8 Temporal evolution of ice water content (iwc), liquid water content (lwc), and rain water content (rwc) in the air column of 6 hail clouds over the hail area on 1 (a), 2 (b), 3 (c), 4 (d), 8 (e), and 13 (f) June 2019 (blue dot for time of hail falling)

通過以上分析可知，6次冰雹天氣雹暴云氣柱內(nèi)冰水含量均較液態(tài)水含量和雨水含量明顯偏多，且其數(shù)值在短時間內(nèi)增加迅猛，一般只需2～3 h就可達到峰值(比如1日、2日、3日、4日)，然后再積累再增加(8日、13日)，而云內(nèi)的雨水含量異常偏少，大都在0.05 kg·m-2以下，液態(tài)水含量較雨水含量偏多，但較云內(nèi)冰水含量明顯偏少，這可能是對流天氣只降雹不伴有明顯降水的原因。這6次對流天氣，云內(nèi)冰水含量均增長得快，有突增現(xiàn)象，在適宜的背景場下，隨著雹暴云內(nèi)垂直運動的發(fā)展，利于雹胚碰并過冷雨水而形成冰雹。

5 小結(jié)

本文利用多種資料對2019年6月發(fā)生在黃河口地區(qū)的6次局地冰雹天氣進行了分析，發(fā)現(xiàn)該時段的冰雹天氣具有發(fā)展迅猛，降雹時間短，降雹區(qū)域小，降水偏弱等特點。同時，這6次對流天氣在環(huán)流形勢與要素方面具有如下特征：

1)局地冰雹天氣產(chǎn)生的大尺度影響系統(tǒng)多為高空槽，前傾槽更有利于對流天氣的發(fā)生，另一種影響系統(tǒng)是東北或華北冷渦與橫槽。即將產(chǎn)生冰雹天氣時，對流層低層多存在逆溫層，存在對流抑制。對流有效位能在1 000 J·kg-1以上，0 ℃層與-20 ℃層之間的厚度在1.8～2.3 km之間，兩層的高度均較經(jīng)驗值偏低。

2)雹暴云內(nèi)的風(fēng)場特征表現(xiàn)為雷達徑向風(fēng)的水平切變與垂直切變，而在對流層的低層則表現(xiàn)為風(fēng)向輻合與風(fēng)速脈動。雹暴云氣柱內(nèi)冰水含量偏多，且積累得很快，液態(tài)水含量次之，雨水含量最少，幾乎沒有變化，因而造成對流天氣產(chǎn)生冰雹卻伴有弱降水的現(xiàn)象。

3)雹暴云在發(fā)展加強階段，存在最大組合反射率(MaxREF)，回波頂高(ET)與垂直累積液態(tài)水含量(VIL)的迅猛躍增。在水汽條件與強的上升運動條件具備的前提下，地面中尺度輻合線起到了觸發(fā)作用。另外，由于黃河口北面與東面環(huán)水，水陸差異容易引起風(fēng)場的差異，這往往也是觸發(fā)對流或使對流得到進一步發(fā)展的一個原因。