陳紅梅， 劉洪良

(重慶市合川區(qū)氣象局， 重慶 401520)

冰雹是從發(fā)展強(qiáng)盛的積雨云中降落到地面的冰球，是一種季節(jié)性明顯、局地性強(qiáng)，且來勢(shì)兇猛、持續(xù)時(shí)間短，以機(jī)械性傷害為主的氣象災(zāi)害[1]。冰雹常常伴隨狂風(fēng)、暴雨等其他天氣現(xiàn)象，會(huì)給農(nóng)林牧業(yè)、通信交通、房屋建筑物以及人民生命安全等造成嚴(yán)重的損失。冰雹天氣的預(yù)報(bào)和預(yù)警一直是短臨預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，是氣象工作者研究的熱點(diǎn)與難題，也是提高氣象防災(zāi)減災(zāi)能力的迫切需要。近年來，針對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，并取得了一定的進(jìn)展與成果。有研究表明，降雹一般發(fā)生在低空急流前部與高空急流垂直投影相交的區(qū)域[2]，垂直累積液態(tài)水含量(VIL)對(duì)冰雹的存在有著較好的指示作用[3]，回波強(qiáng)度、回波頂高、冰雹指數(shù)、VIL等是對(duì)判別冰雹云有較高應(yīng)用價(jià)值的特征指數(shù)[4]。隨著觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和探測技術(shù)的快速發(fā)展，利用新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流的監(jiān)測和分析取得了越來越多的研究成果[5-7]，揭示了冰雹形成的機(jī)理和其演變的規(guī)律，為冰雹的監(jiān)測和預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)發(fā)揮了重要作用。為進(jìn)一步提高防災(zāi)減災(zāi)能力，減輕或避免因冰雹造成的災(zāi)害損失，筆者以2020年3月24日(3·24)夜間發(fā)生在重慶城區(qū)的冰雹天氣為例，利用重慶市永川多普勒雷達(dá)資料，結(jié)合天氣形勢(shì)、物理量場診斷資料，深入分析冰雹天氣的形成原因與雷達(dá)回波演變特征，為重慶今后類似強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)、臨近預(yù)警提供參考。

1 天氣實(shí)況

2020年3月24日22:30至25日08時(shí)，重慶城區(qū)受到強(qiáng)對(duì)流天氣影響，出現(xiàn)雷雨天氣，雷雨時(shí)伴有6～7級(jí)陣性大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，最大小時(shí)雨量達(dá)45.3 mm，25日01時(shí)出現(xiàn)在渝北石坪(圖1)，中心城區(qū)大部分地方出現(xiàn)罕見的冰雹，直徑普遍在1 cm左右。由于此次冰雹天氣出現(xiàn)在重慶中心城區(qū)，造成的影響相對(duì)較大。

2 環(huán)流形勢(shì)

從3月24日20時(shí)的中尺度分析(圖2)看出，200 hPa上存在明顯的西南高空急流，重慶地區(qū)位于高空急流的左側(cè)。500 hPa上四川盆地中東部有高空槽東移，重慶處于高空槽前，隨著高空槽發(fā)展，槽后冷平流加強(qiáng)并擴(kuò)散到槽前，槽前的正渦度平流有利于低空低值系統(tǒng)的發(fā)展。700 hPa上西南急流位于重慶的東南部，此次冰雹天氣主要出現(xiàn)在700 hPa以下強(qiáng)烈發(fā)展的暖濕平流中，從強(qiáng)對(duì)流概念模型看屬于低層暖平流強(qiáng)迫類[8]。高低空急流的耦合造成強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，形成較強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，有利于熱力不穩(wěn)定增長、水汽條件的輸送。850 hPa上重慶中心城區(qū)的左側(cè)有切變線存在，溫度脊位置接近切變線，地面到850 hPa為熱低壓控制，空氣暖濕且不穩(wěn)定顯著。中低層上重慶大部分地區(qū)處于濕區(qū)，中心城區(qū)在濕區(qū)的邊緣，濕度條件相對(duì)較好。

3 物理量特征

3.1 探空分析

分析低層和中層溫差，可以判斷溫度層結(jié)導(dǎo)致的熱力不穩(wěn)定。通過3月24日20時(shí)沙坪壩探空?qǐng)D(圖3)分析可知，850 hPa和500 hPa溫差達(dá)29℃，大于25℃的閾值，垂直溫度梯度較大，熱力不穩(wěn)定條件較好。從探空層結(jié)穩(wěn)定度參數(shù)看，3月24日20時(shí)SI指數(shù)為—1.99℃，K指數(shù)為31.3℃，△Qse850～500達(dá)8.09℃，CAPE值608 J/kg，顯示存在強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)。并且0℃高度為4.1 km，—20℃高度為6.7 km，0℃與—20℃高度差為2.6 km，適宜的高度和兩者間的厚度差達(dá)到降雹的參數(shù)條件。

從圖3還可以看出，低層的垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，925 hPa東北風(fēng)為4 m/s，700 hPa時(shí)為西南風(fēng)為18 m/s，垂直風(fēng)切變達(dá)22 m/s，高低空強(qiáng)的垂直風(fēng)切變和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)有利于不穩(wěn)定傾向加大。低層風(fēng)隨高度的順轉(zhuǎn)，說明低層有暖平流；500 hPa以上風(fēng)向變化不大，稍逆轉(zhuǎn)，但風(fēng)速隨高度的增加逐漸增大，說明上層有冷平流。上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)條件，加上垂直風(fēng)切變大，有利于熱力不穩(wěn)定層結(jié)的形成和加強(qiáng)。

3.2 地面觸發(fā)機(jī)制

大量觀測和研究表明，邊界層輻合線是觸發(fā)對(duì)流天氣的重要中尺度系統(tǒng)，對(duì)流天氣傾向于在邊界層輻合線附近發(fā)生[5]。由3月24日22:10沙坪壩區(qū)域站風(fēng)場和溫度場(圖4)看出，在重慶渝北有一條地面輻合線，低層輻合使不穩(wěn)定能量得以釋放，為此次冰雹天氣提供了很好的觸發(fā)機(jī)制，隨后即22:17開始，對(duì)流在渝北南部觸發(fā)出來，并在輻合線附近發(fā)展。

4 雷達(dá)資料

在冰雹發(fā)生階段，最顯著的回波特征就是多單體風(fēng)暴組成線狀對(duì)流。從6月24日23:54對(duì)流回波與低空急流(圖5)看出，線狀對(duì)流位于低空急流出口區(qū)左側(cè)，與低空急流平行，隨低空急流東移而移動(dòng)，兩者具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)流單體首先在渝北生成，然后向西南方向傳播，在引導(dǎo)氣流作用下再向東偏北方向移動(dòng)，傳播與移動(dòng)方向相互抵消，促成對(duì)流成清楚的線狀，并長時(shí)間維持在主城附近。雖然單體尺度較小，但發(fā)展較快，1個(gè)體掃就達(dá)50 dBz，強(qiáng)度最大達(dá)65 dBz。

多普勒雷達(dá)具有較高的時(shí)間和空間分辨率，根據(jù)觀測到的實(shí)時(shí)雷達(dá)回波發(fā)展趨勢(shì)及強(qiáng)度，可以及時(shí)發(fā)布預(yù)警，做好短臨服務(wù)。由3月24日22:18—48雷達(dá)回波演變(圖6)看出，對(duì)流單體A，首先于22:18在渝北東邊發(fā)展，從剖面圖上可以看出回波單體從東邊開始發(fā)展，并且強(qiáng)度較強(qiáng)，達(dá)35 dBz。22:24單體A向上向下伸展，在其后部又有一個(gè)單體B生長，B也是先從東邊開始發(fā)展。22:30單體A基本發(fā)展成型，后面又有單體迅速發(fā)展。22:36單體A和單體B趨于合并，單體A質(zhì)心有明顯下降，55 dBz強(qiáng)回波處于接地狀態(tài)，此時(shí)冰雹處于降落過程。22:42單體E又發(fā)展到45 dBz，22:48單體E和D進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，冰雹持續(xù)降落。

VIL值表示將反射率因子轉(zhuǎn)換為等價(jià)的液態(tài)水值，是假設(shè)所有反射率因子返回都是液態(tài)水引起，通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得出。VIL可以用于判別強(qiáng)對(duì)流天氣造成的暴雨、冰雹等災(zāi)害性天氣。VIL躍增是冰雹獨(dú)特的特征，VIL的躍升對(duì)冰雹臨近預(yù)報(bào)具有一定的指示意義。此次冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，在冰雹出現(xiàn)的代表站沙坪壩站VIL值快速升高，在3月24日15:20—44，VIL值由20 kg/m2躍增到60 kg/m2。

5 小論

通過2020年3·24重慶城區(qū)冰雹天氣分析表明：1) 本次強(qiáng)對(duì)流天氣屬于低層暖平流強(qiáng)迫類，主要影響系統(tǒng)為500 hPa低槽，700 hPa西南急流，地面至850 hPa熱低壓和850 hPa溫度脊。2) 探空CAPE、K、SI等指數(shù)指示意義較好，不穩(wěn)定能量的積聚，適宜的0℃層、—20℃層高度以及地面輻合線的觸發(fā)，有利于冰雹的形成。3) 此過程線狀對(duì)流與700 hPa西南急流對(duì)應(yīng)較好，呈東北-西南向，位于低空急流左側(cè)，且與低空急流平行。4) 此次過程冰雹多發(fā)生在多單體風(fēng)暴階段，最大反射率因子超過65 dBz，且50 dBz回波擴(kuò)展到—20℃層以上的高度。5) VIL垂直液態(tài)水含量從20 kg/m2躍增到60 kg/m2，VIL躍升對(duì)冰雹臨近預(yù)報(bào)具有一定的指示意義。