2018年5月20日局地冰雹回波特征分析

彭 莎，馬中元，陳鮑發(fā)，張 萍，桂園園

(1.鷹潭市氣象局，335000，江西，鷹潭；2.江西省氣象科學(xué)研究所，330046，南昌；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，333000，江西，景德鎮(zhèn))

0 引言

進(jìn)入2018年，江西強(qiáng)風(fēng)雹天氣趨于嚴(yán)重，3月4日、3月15日、4月5日、5月6日、5月18日均出現(xiàn)了區(qū)域性的風(fēng)雹天氣過(guò)程，呈現(xiàn)出頻率高、強(qiáng)度大的總體特征。5月20日，遂川、上高等國(guó)家站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，同時(shí)目擊者報(bào)告有多處冰雹記錄。

對(duì)于江西的強(qiáng)風(fēng)雹天氣，許多專家均有研究。馬中元[1-5]等研究了江西對(duì)流風(fēng)暴的9種觸發(fā)系統(tǒng)與形成機(jī)制，指出在雷達(dá)回波上表現(xiàn)為南北走向的回波帶結(jié)構(gòu)，回波強(qiáng)度≥50 dBZ、“指狀”“弓狀”“前伸”“TBSS”和假象回波結(jié)構(gòu)為局地風(fēng)雹云特征。許愛(ài)華[6-9]等從天氣形勢(shì)與云型特征進(jìn)行了分類(lèi)，并提出了相應(yīng)的預(yù)報(bào)指標(biāo)。朱乾根[10]等在理論上對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的機(jī)制與對(duì)流參數(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)性申述。俞小鼎[11]等從多普勒雷達(dá)理論與應(yīng)用實(shí)例對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的成因與特征進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)。這些均為此次強(qiáng)風(fēng)雹天氣過(guò)程提供了理論依據(jù)與參考。

本文將使用Micaps常規(guī)資料和江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)上的雷達(dá)回波資料，分析5月20日強(qiáng)天氣過(guò)程，以期找出強(qiáng)對(duì)流天氣的成因及WebGIS雷達(dá)拼圖上的冰雹預(yù)警指標(biāo)。

1 災(zāi)情與天氣概況

表1是5月20日江西省重要天氣報(bào)的內(nèi)容，強(qiáng)天氣以雷暴大風(fēng)為主，分布在國(guó)家站(縣站)上，而在區(qū)域站上出現(xiàn)了更多的雷暴大風(fēng)、強(qiáng)降水等天氣。局部冰雹沒(méi)有記載，依靠當(dāng)?shù)刂驹刚哂涗浀降谋⒁曨l為依據(jù)，如：撫州市金溪縣滸灣鎮(zhèn)15:10冰雹、撫州市宜黃縣黃陂鎮(zhèn)19:50冰雹、新余市峽江縣交界18:10冰雹、宜春市豐城縣鐵路鎮(zhèn)19:10冰雹等。

表1 2018年5月20日江西省重要天氣報(bào)記錄表

5月20日08:00(圖1)，從850～500 hPa贛中、贛南均為高壓脊控制，僅贛西北受925～850 hPa的切變線影響。導(dǎo)致贛中、贛州中午以前以晴為主，特別是贛州附近氣溫上升迅速，14:00前后，贛州市附近的氣溫已升至35～37 ℃。而此時(shí)低層925～850 hPa的切變線逐漸南壓，500 hPa低槽東移，高層200 hPa在江西中部有明顯分流區(qū)，在低槽前部，地面倒槽形成的輻合線與低層切變線交匯之處，動(dòng)力抬升加上好的熱力條件，出現(xiàn)強(qiáng)雷電、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖1 2018年5月20日08:00天氣系統(tǒng)配置圖

從08:00南昌探空?qǐng)D可以看到(圖2)，有“上干下濕”的濕度結(jié)構(gòu)。

圖2 2018年5月20日T-logP(a)08:00(c)20:00和V-3θ(b)08:00(d)20:00圖

南昌層結(jié)很不穩(wěn)定，沙氏指數(shù)(SI)08:00為-3.54 ℃，K指數(shù)38 ℃；至20:00，不穩(wěn)定還在繼續(xù)發(fā)展，(SI)降至-4.12 ℃，K增到42 ℃，按天氣學(xué)原理[10]，(SI)在-3 ℃以下時(shí)，由于空氣極不穩(wěn)定，極易出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)暴等強(qiáng)對(duì)流天氣。K指數(shù)在5月份達(dá)40 ℃以上，表明不穩(wěn)定能量較大。T850～500hPa達(dá)26～27 ℃，即有較強(qiáng)的溫度遞減率；Td(850hPa)達(dá)16～19 ℃，水汽充沛。底層為弱的偏東風(fēng)，中層500 hPa由08:00時(shí)8 m/s的西南風(fēng)增至20:00時(shí)16 m/s的西南風(fēng)，即風(fēng)垂直切變明顯增強(qiáng)。強(qiáng)風(fēng)垂直切變，增強(qiáng)了風(fēng)暴的抽吸作用，導(dǎo)致上升氣流增強(qiáng)，是冰雹發(fā)生的重要條件之一。同時(shí)，V-3θ上，08:00—20:00在200 hPa附近，超低溫在發(fā)展，20:00時(shí)200 hPa出現(xiàn)了“陡直”的超低溫現(xiàn)象結(jié)構(gòu)，表明高層變冷，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展有利。

從以上分析看到，弱脊導(dǎo)致的贛中、贛南在5月20日上午氣溫上升明顯，增強(qiáng)了這些地區(qū)的熱力不穩(wěn)定等熱力條件，而空氣極不穩(wěn)定、風(fēng)垂直切變?cè)鰪?qiáng)，在低槽、低層切變線與地面倒槽等動(dòng)力抬升機(jī)制的觸發(fā)下，不穩(wěn)定能量釋放，強(qiáng)雷電、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣隨即發(fā)生。

2 冰雹回波特征

2.1 撫州市金溪縣滸灣鎮(zhèn)冰雹

2018年5月20日15:10左右，有志愿者記錄，在撫州市金溪縣滸灣鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹。從冰雹發(fā)生前后的WebGIS回波拼圖上可以看到(圖3)，是由小塊對(duì)流單體發(fā)展、壯大導(dǎo)致。14:30在七里崗附近有小塊對(duì)流單體生成，14:40強(qiáng)度增至40 dBz以上，14:50強(qiáng)回波面積明顯增大，15:00出現(xiàn)60～65 dBz回波(粉紅色)，且40 dBz以上面積繼續(xù)迅速增大，東側(cè)與東南側(cè)60～65 dBz的強(qiáng)回波(粉紅色)與30～35 dBz(黃色)回波之間的梯度增強(qiáng)，回波中心有少量紫色回波(65～70 dBz)出現(xiàn)。15:10，粉紅色強(qiáng)回波面積達(dá)最大，冰雹產(chǎn)生。15:20，粉紅色回波面積有所縮小，中心紫色回波(65～70 dBz)消失，15:30回波強(qiáng)度大部降至60 dBz以下。

圖3 2018年5月20日撫州市金溪縣滸灣鎮(zhèn)冰雹回波特征圖

此次冰雹由回波單體迅速發(fā)展導(dǎo)致，從逐10 min回波圖上看到，幾乎每過(guò)10 min強(qiáng)回波范圍就增加1倍以上，至60～65 dBz的強(qiáng)回波(粉紅色)的面積最大時(shí)出現(xiàn)冰雹。與同時(shí)的強(qiáng)回波相比，也有少量的60～65 dBz的強(qiáng)回波在不同的回波塊中出現(xiàn)，但面積較15:10發(fā)生冰雹時(shí)小。根據(jù)計(jì)算，冰雹發(fā)生時(shí)60～65 dBz強(qiáng)回波面積達(dá)10 km×10 km以上。

2.2 撫州市宜黃縣黃陂鎮(zhèn)冰雹

19:50，撫州市宜黃縣黃陂鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，從WebGIS回波拼圖上看到(圖4)，由塊狀強(qiáng)回波突然增強(qiáng)導(dǎo)致。19:00在黃陂鎮(zhèn)及其西南角有2塊回波，中心強(qiáng)度均在50～55 dBz。19:10，西南角的回波中心有60～65 dBz(粉紅色)點(diǎn)出現(xiàn)。19:20，黃陂鎮(zhèn)的回波強(qiáng)度與面積明顯減弱，而在西南角塊狀回波中的西北方向有60～65 dBz(粉紅色)發(fā)展，19:30，小塊60～65 dBz回波(粉紅色)又移到東南角，此時(shí)原黃陂鎮(zhèn)的回波強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，至19:40該塊回波整體強(qiáng)度降至35 dBz以下。19:50西南方向的塊狀回波在移到黃陂鎮(zhèn)時(shí)，粉紅色回波面積突然增大，據(jù)計(jì)算達(dá)5 km×5 km附近，冰雹降落。20:00，回波強(qiáng)度整體降至55 dBz或以下。

圖4 2018年5月20日撫州市宜黃縣黃陂鎮(zhèn)冰雹回波特征圖

從宜黃冰雹的回波圖中看到，出現(xiàn)冰雹時(shí)60～65 dBz強(qiáng)回波面積較小(粉紅色)，未達(dá)到典型冰雹出現(xiàn)時(shí)的強(qiáng)回波范圍(10 km×10km)。強(qiáng)回波生消快，從60 dBz以上強(qiáng)度降至30 dBz以下，不到20 min，預(yù)報(bào)難度大。

2.3 新余市峽江縣交界冰雹

18:00，新余市峽江縣出現(xiàn)冰雹，也由小塊單體迅速發(fā)展導(dǎo)致(圖5)。17:40，在峽江縣的西面硯溪鎮(zhèn)有小塊對(duì)流回波生成，10 min后，回波迅速增強(qiáng)，強(qiáng)度達(dá)60～65 dBz，18:00，60～65 dBz強(qiáng)回波面積達(dá)10 km×10 km以上，回波中心出現(xiàn)65～70 dBz回波核(紫色)，冰雹產(chǎn)生。之后，18:10-18:20回波核(紫色)一直存在，在60～65 dBz強(qiáng)回波覆蓋的部分地區(qū)伴有冰雹天氣。18:30，回波核(紫色)消失，60～65 dBz強(qiáng)回波范圍縮小；之后，直到19:00強(qiáng)回波區(qū)(粉紅色)消失。

圖5 2018年5月20日新余市峽江縣交界冰雹回波特征圖

從峽江縣冰雹來(lái)看，60～65 dBz強(qiáng)回波面積達(dá)10 km×10 km以上，回波中心出現(xiàn)65～70 dBz紫色回波核，冰雹產(chǎn)生。由于65～70 dBz(紫色)強(qiáng)回波核面積較大，強(qiáng)天氣持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)。

2.4 宜春市豐城市鐵路鎮(zhèn)冰雹

19:10，豐城市鐵路鎮(zhèn)冰雹，同樣由小塊單體迅速發(fā)展導(dǎo)致(圖6)。18:30，鐵路鎮(zhèn)有對(duì)流單體生成，10 min后，單體強(qiáng)度發(fā)展至50～55 dBz。18:50，回波單體中有7成(粉紅色)強(qiáng)度達(dá)60～65 dBz，20 min后的19:10，60～65 dBz面積明顯增大(粉紅色)，達(dá)10 km×10 km左右，中心出現(xiàn)65～70 dBz回波核(紫色)，冰雹出現(xiàn)。19:20，回波核面積(紫色)縮小，19:30回波強(qiáng)度降至60 dBz以下，冰雹過(guò)程結(jié)束。

圖6 2018年5月20日宜春市豐城縣鐵路鎮(zhèn)冰雹回波特征圖

從豐城冰雹來(lái)看，60～65 dBz(粉紅色)面積明顯增大，達(dá)10 km×10 km左右，且中心出現(xiàn)紫色回波核，冰雹降落。其強(qiáng)回波持續(xù)時(shí)間弱于峽江冰雹，但明顯長(zhǎng)于宜黃冰雹，與60～65 dBz面積(粉紅色)大小有關(guān)，同時(shí)與65～70 dBz回波核(紫色)所占強(qiáng)回波面積比例有關(guān)，面積越大、比例越大，強(qiáng)回波維持時(shí)間越長(zhǎng)。

3 結(jié)論與討論

使用Micaps常規(guī)資料和江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)上的雷達(dá)回波資料，分析5月20日強(qiáng)天氣過(guò)程，得到以下結(jié)果。

1)5月20日上午贛北、贛中的弱脊，導(dǎo)致日照增溫，為此次過(guò)程提供了極好的熱力條件。同時(shí)層結(jié)處極不穩(wěn)定狀態(tài)，風(fēng)垂直切變逐漸增強(qiáng)，不穩(wěn)定能量加大，水汽充沛，在低層切變線與地面倒槽等動(dòng)力抬升機(jī)制的觸發(fā)下，不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)雷電、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。

2)5月20日冰雹天氣大部由小塊單體迅速發(fā)展導(dǎo)致，其發(fā)展模式表現(xiàn)為強(qiáng)度迅速增強(qiáng)，范圍在10 min中增大1倍以上，當(dāng)回波強(qiáng)度達(dá)60～65 dBz，且60～65dBz范圍達(dá)到10 km×10 km附近，且有65～70 dBz的強(qiáng)回波核(紫色)時(shí)，冰雹出現(xiàn)。

3)60～65 dBz強(qiáng)回波范圍越大，中心紫色強(qiáng)回波核占強(qiáng)回波比例越大，強(qiáng)風(fēng)雹維持時(shí)間就越長(zhǎng)。位于塊狀回波內(nèi)的生消較快、面積較小的強(qiáng)中心(60～65 dBz)，也可能出現(xiàn)局地冰雹，但強(qiáng)風(fēng)雹維持時(shí)間短，預(yù)報(bào)難度也大。