田 白 馬中元 陳鮑發(fā) 段和平 劉懿樞 岳 旭

1 江西省氣象服務(wù)中心,南昌 330096 2 江西省氣象科學(xué)研究所,南昌 330046 3 江西省景德鎮(zhèn)市氣象局,景德鎮(zhèn) 333000 4 江西省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心,南昌 330046 5 江西省鷹潭市氣象局,鷹潭 335001

提 要: 為更好地開展對江西冰雹天氣的監(jiān)測預(yù)警工作,使用MICAPS數(shù)據(jù)、自動站數(shù)據(jù)、雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù)、雷達(dá)PUP產(chǎn)品數(shù)據(jù)、雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場數(shù)據(jù)、冰雹災(zāi)情照片視頻和微信冰雹信息反饋等資料,采用天氣學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)等原理與方法,對2022年3月14日江西及周邊省份冰雹回波特征進(jìn)行分析,結(jié)果表明:3月14日,江西及周邊省份多地出現(xiàn)冰雹,20個區(qū)域站出現(xiàn)≥17.2 m·s-1的大風(fēng),24個區(qū)域站出現(xiàn)≥50.0 mm的降水,且雷暴大風(fēng)和冷空氣大風(fēng)混合出現(xiàn)。200 hPa高空出流區(qū)、500 hPa南支槽和風(fēng)速切變、850 hPa低渦和切變線、地面輻合線和西南倒槽是冰雹天氣主要系統(tǒng);南昌訂正后較大的CAPE、較強(qiáng)逆溫層、中層干區(qū)和低層濕區(qū)為冰雹天氣發(fā)生提供了環(huán)境條件。冰雹以超級單體回波為主,有時孤立存在,有時存在于回波群、回波帶之中;回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積最小≥18 km2,最大≥180 km2;30～60 dBz強(qiáng)回波梯度距離≤6 km,具有明顯的云砧前伸回波;冰雹回波生命史多數(shù)在2 h以上。在冰雹回波識別中,垂直積分液態(tài)水含量(VIL)是一個很重要的特征。江西冰雹單部雷達(dá)VIL在35～60 kg·m-2,雷達(dá)拼圖上VIL為35～50 kg·m-2。在冰雹回波2.5 km CAPPI圖上,冰雹回波強(qiáng)度均≥60 dBz,最大可達(dá)65 dBz;在雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場上多數(shù)回波中心具有中渦旋結(jié)構(gòu)、側(cè)面輻合風(fēng)場、南北風(fēng)場輻合等特征;有些個例風(fēng)場比較凌亂。上述分析結(jié)果為江西冰雹天氣的監(jiān)測預(yù)警提供了分析依據(jù)。

引 言

2022年2—10月,江西天氣過程出現(xiàn)較多且復(fù)雜,如大雪、冰雹、大暴雨、雷暴大風(fēng)、混合型大風(fēng)、雷擊、汛期連續(xù)性大暴雨、城市內(nèi)澇、副熱帶高壓邊緣局地冰雹和高溫、干旱天氣等等。3月14日,江西及周邊地區(qū)(湖南、湖北、安徽、浙江等)出現(xiàn)冰雹,其范圍較廣、站數(shù)較多,但雹徑大多都≤2 cm,過程以中等超級單體或微型超級單體影響為主。

國內(nèi)外學(xué)者對冰雹天氣研究頗多,例如:超級單體反射率因子垂直剖面呈現(xiàn)出典型的有界弱回波區(qū)(穹窿)、回波懸垂和回波墻。最大的回波強(qiáng)度出現(xiàn)在沿著回波墻的一個豎直的狹長區(qū)域,其值超過70 dBz (鄭媛媛等,2004)。超級單體內(nèi)有一個垂直渦度約為8×10-2s-1的龍卷式渦旋(tornadic vortex signature,TVS),高層懸掛回波下是有界弱回波區(qū)(bounded weak echo region,BWER)。超級單體的類型主要有經(jīng)典超級單體、強(qiáng)降水超級單體以及強(qiáng)降水超級單體組成的復(fù)合風(fēng)暴(吳芳芳等,2010;2013)。超級單體在雷達(dá)速度圖上表現(xiàn)出明顯的中氣旋特征,反射率因子圖存在鉤狀回波,相應(yīng)的垂直剖面具有回波懸垂、三體散射等特征(湯興芝等,2022);垂直積分液態(tài)水含量(vertical integrated liquid,VIL)突增時,可以預(yù)示降雹開始;當(dāng)回波強(qiáng)度≥50 dBz 時,回波出現(xiàn)合并現(xiàn)象,強(qiáng)回波水平尺度較大,具有“指狀”或“弓狀”等回波結(jié)構(gòu),而當(dāng)VIL超過50 kg·m-2時,最易發(fā)生強(qiáng)對流天氣(李浚河等,2016;楊淑華等,2014;敖澤建等,2017;馬中元等,2009b;尹麗云等,2021)。颮線移動前方不斷產(chǎn)生具有“前伸”、TBSS 和假象回波結(jié)構(gòu)的超級單體回波群,這些超級單體是產(chǎn)生冰雹災(zāi)害的主要回波系統(tǒng)(馬中元等,2014)。局地冰雹回波產(chǎn)品特征包括:中心強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz,回波頂ET達(dá)到9～12 km,VIL達(dá)到40～60 kg·m-2。冰雹主要有三種回波形式:帶上超級單體、帶上強(qiáng)單體和超級單體(陳鮑發(fā)和馬中元,2019)。在雷達(dá)拼圖回波上,副熱帶高壓邊緣局地?zé)崂子臧l(fā)展、合并形成回波短帶,或是弓形回波帶等短帶回波,雷暴大風(fēng)就發(fā)生在回波短帶凸出部位前沿(高建平等,2019;鄭麗君等,2022;段和平等,2021;Keene and Schumacher,2013;馬中元等,2009a;2011;夏文梅等,2021;黃中根等,2022)?；夭óa(chǎn)生初期為局地對流單體回波,通過不斷新生單體和單體合并等方式,形成南北走向的回波短帶,這種合并形成的回波短帶發(fā)展旺盛時,會產(chǎn)生多站冰雹和雷暴大風(fēng)天氣。對2022年3月14日江西及周邊地區(qū)冰雹天氣進(jìn)行分析,旨在為江西冰雹天氣的監(jiān)測預(yù)警提供更多分析依據(jù)。

1 資料來源

天氣圖資料來源于氣象信息綜合處理系統(tǒng)(MICAPS),地面氣象站資料來源于江西氣象信息內(nèi)網(wǎng)平臺;雷達(dá)回波資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺[審圖號:GS(2021)6375號,底圖無修改];單部雷達(dá)PUP產(chǎn)品來源于江西及周邊雷達(dá)基數(shù)據(jù);雷達(dá)風(fēng)場反演使用中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的“多型天氣雷達(dá)顯示分析平臺”反演軟件;災(zāi)情照片通過微信群、信息員、調(diào)查報(bào)告等渠道收集并利用雷達(dá)回波特征進(jìn)行驗(yàn)證。

2 天氣實(shí)況

2022年3月14日,江西及周邊地區(qū)出現(xiàn)入春以來首場冰雹天氣過程,江西多地出現(xiàn)冰雹。由于冰雹天氣尺度小,很難被記錄到,因此大部分冰雹信息是通過當(dāng)?shù)匦畔T反饋和微信視頻、照片得到,只有江西安義站(老觀測站)記錄到冰雹(圖略)。這些信息和照片經(jīng)過雷達(dá)回波強(qiáng)度、面積、梯度等對比分析確認(rèn)。在一些人煙稀少的地方,難免存在漏記錄冰雹的現(xiàn)象。也就是說由于觀測的限制,一些地方冰雹沒有被記錄到。14日08:00(北京時,下同)至15日08:00,江西20個區(qū)域站出現(xiàn)≥17.2 m·s-1的大風(fēng)天氣,其中各有2個站出現(xiàn)≥20.8 m·s-1、≥24.5 m·s-1的大風(fēng)天氣。14日08:00至15日08:00,江西24個區(qū)域站出現(xiàn)≥50.0 mm的降水,其中,4個站出現(xiàn)≥70.0 mm的降水。

3月14日,鋒前暖區(qū)的雷暴大風(fēng)和鋒后冷空氣大風(fēng)混合比較明顯。14:00(圖1a),長江河谷九江口無冷空氣活動,鋒前暖區(qū)多地出現(xiàn)冰雹和雷暴大風(fēng)天氣。16:00(圖1b),隨著冷空氣的南壓,冰雹和雷暴大風(fēng)天氣有所南壓,九江口開始出現(xiàn)冷空氣大風(fēng)。18:00(圖1c),冷空氣繼續(xù)南下,但風(fēng)力不大,冷空氣大風(fēng)侵入與贛北雷暴回波帶大風(fēng)混合。20:00(圖1d),雷暴回波帶東移并減弱,冷空氣大風(fēng)沿贛江灌入贛北贛中,萍鄉(xiāng)又有冰雹回波發(fā)展。

圖1 2022年3月14日江西雷達(dá)拼圖組合反射率產(chǎn)品(填色)與極大風(fēng)速(風(fēng)羽)疊加圖Fig.1 Overlay of Jiangxi radar puzzle CR product (colored) and maximum wind speed (barb) on 14 March 2022

江西溫度鋒區(qū)形成原因較多且復(fù)雜,主要包括兩種情況:一種是西南氣流強(qiáng)盛,午后太陽輻射增溫,江西北部有小股冷空氣南下或北部有較大面積降水時,在江西北部會形成較大尺度溫度鋒區(qū);另一種是在西南氣流中和午后增溫情況下,暖區(qū)出現(xiàn)熱雷雨,有時發(fā)展旺盛,造成地面較強(qiáng)降水時,降水冷卻降溫而形成尺度較小的溫度鋒區(qū)。溫度鋒區(qū)有利于對流回波的不斷產(chǎn)生和回波系統(tǒng)的維持。

2022年3月14日10:00—22:00,江西閃電較密集,閃電維持時間長達(dá)12 h(圖2)。閃電維持時間里出現(xiàn)6次高峰,正好對應(yīng)13:00—20:00的江西冰雹過程:①修水,②安義、浮梁,③浮梁,④婺源,⑤玉山,⑥萍鄉(xiāng)。16:00左右閃電進(jìn)入最高峰(10 min閃電次數(shù)超過300次),而52次·(10 min)-1是這次過程閃電次數(shù)均值,冰雹回波的閃電次數(shù)均超過均值。負(fù)閃次數(shù)與總閃次數(shù)基本一致,正閃次數(shù)較少。

圖2 2022年3月14—15日江西省10 min閃電次數(shù)分布Fig.2 Distribution of 10-min lightning frequency in Jiangxi Province from 14 to 15 March 2022

3 天氣形勢與探空數(shù)據(jù)分析

由2022年3月14日08:00中尺度天氣系統(tǒng)分析圖(圖3a)可見,500 hPa高空低槽呈階梯狀,分別在湖北西北部、贛西邊界各有一個短波槽,槽前安徽中部至贛西北有一個溫度槽,冷溫槽超前于高度槽有利于強(qiáng)天氣的發(fā)生。地面冷鋒呈東西向,位于長江中下游附近,鋒面附近的浙江、江蘇、安徽、湖北中南部、江西北部500 hPa為顯著干區(qū)(T-Td≥27℃),與700 hPa江南大范圍濕區(qū)在贛北交匯,在贛北形成顯著“上干下濕”的結(jié)構(gòu)。同時贛北低層為暖中心,與500 hPa冷槽在贛北重疊。20:00(圖3b),冷鋒南壓、濕區(qū)東移,500 hPa低槽移入贛東北,與位于贛東北上空的700 hPa、850 hPa切變線相交或重疊,0～6 km垂直風(fēng)切變明顯加大至16.5 m·s-1,有利于冰雹等強(qiáng)對流天氣發(fā)生。

圖3 2022年3月14日(a,c)08:00和(b,d)20:00(a,b)中尺度天氣系統(tǒng)與(c,d)南昌探空Fig.3 (a, b) Synoptic system analysis and (c, d) Nanchang T-lnp at (a, c) 08:00 BT and (b, d) 20:00 BT 14 March 2022

由14日08:00南昌探空(圖3c)可見,中層500～600 hPa有顯著干層,與700 hPa附近及以下的水汽飽和區(qū)形成典型“喇叭口”結(jié)構(gòu),850 hPa和500 hPa溫差為27.4℃,地面露點(diǎn)溫度為18℃,對流有效位能(CAPE)達(dá)211.6 J·kg-1,對流抑制位能(CIN)為229.9 J·kg-1,最大抬升指數(shù)(BLI)為-3.1℃,K指數(shù)為37.4℃,沙氏指數(shù)為-2.18℃,表明層結(jié)處在極不穩(wěn)定狀態(tài),上下層溫差大,低層水汽條件好并伴有一定強(qiáng)度的不穩(wěn)定能量。冰雹融化層高度(濕球溫度0℃到地面的高度)為3449 m,0℃層為3509 m,-20℃層為7052 m,各指標(biāo)有利于冰雹形成。20:00(圖3d),隨著地面冷鋒的南壓,中低層切變線南壓,午后冰雹能量釋放,濕區(qū)東移和抬升,冰雹天氣逐漸結(jié)束。

4 雷達(dá)拼圖回波特征

4.1 16次冰雹回波特征

2022年3月14日,江西及周邊地區(qū)出現(xiàn)了一次較大范圍冰雹天氣過程。針對此次過程的16次冰雹信息,截取江西及周邊24部雷達(dá)拼圖回波特征(圖4)進(jìn)行分析。

注:圓圈:超級單體。圖4 2022年3月14日江西及周邊地區(qū)冰雹雷達(dá)拼圖組合反射率回波特征Fig.4 Composite refectively echo characteristics of the hail radar mosaic in Jiangxi and surrounding areas on 14 March 2022

江西冰雹主要以超級單體為主,其主要特征包括:存在≥60 dBz的回波,有些典型超級單體中心還有≥65 dBz的回波核(圖4a,4b,4d,4e,4h,4j,4l,4n,4p),最強(qiáng)可達(dá)73 dBz(圖4g,4m),最小值為61 dBz,平均值為66 dBz。60 dBz回波面積平均值為63 km2,最大為184 km2(圖4b),最小(微型超級單體)為 18 km2(圖4c);65 dBz回波面積平均值為17 km2,最大為51 km2(圖4b),最小為0 km2(圖4c);70 dBz回波面積平均值為1 km2,最大為12 km2(圖4b),最小為0 km2(圖4c)。30～60 dBz 強(qiáng)回波梯度距離最大值為5.66 km,最小值為1 km,平均值為3 km。云砧前伸回波,回波中心30 dBz線的面積直徑與到回波邊緣10 dBz之間距離的比值,最大為1∶3.23,最小為0,均值為1∶1。

4.2 安義冰雹回波演變

2022年3月14日13:40—13:50,江西安義站(老觀測站)觀測到直徑≤2 cm的冰雹(圖略)。冰雹維持時間較短(2個雷達(dá)拼圖時間≤20 min),回波形態(tài)由強(qiáng)回波單體演變?yōu)槲⑿统墕误w;經(jīng)歷了回波單體合并,單體發(fā)展加強(qiáng)形成微型超級單體,降雹后回波迅速減弱等階段。13:00(圖5a),在江西的西北部(修水—安義),有一條對流單體排列不連續(xù)的雷暴回波帶,帶上至少存在5～7個45 dBz及以上強(qiáng)度的對流單體,其中在修水縣城附近的強(qiáng)回波中識別出微型超級單體,回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積達(dá)到34 km2,修水縣溪口鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹。安義西北側(cè)是正在發(fā)展中的強(qiáng)回波,強(qiáng)度達(dá)到55 dBz。整條回波帶上空被西北偏西氣流覆蓋,云砧回波朝偏東方向伸展。13:10(圖5b),修水識別出2處強(qiáng)回波,一處在邊界上,回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積只有23 km2,有可能出現(xiàn)冰雹(無信息可證);另一處在修水縣城附近溪口鎮(zhèn),為上個時次冰雹的繼續(xù),回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積達(dá)到37 km2。13:20(圖5c),識別出來的2處強(qiáng)回波維持少變(冰雹維持),回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積分別達(dá)到15 km2、24 km2,比上個時次有所減小。13:30(圖5d),修水縣冰雹結(jié)束,回波強(qiáng)度下降到≤55 dBz,但回波帶保持近似東西走向,這與850 hPa和700 hPa切變線位置相關(guān),云砧前伸回波也與200 hPa和100 hPa風(fēng)向一致。此時安義受55 dBz強(qiáng)回波單體影響。13:40(圖5e),安義縣城強(qiáng)回波發(fā)展成為微型超級單體,回波強(qiáng)度≥60 dBz,強(qiáng)回波面積達(dá)到18 km2,江西安義站(老觀測站)記錄到冰雹,從照片上看,冰雹直徑≤2 cm。13:50(圖5f),安義冰雹回波強(qiáng)度保持在60 dBz,強(qiáng)回波面積減小到10 km2,安義縣冰雹停止。回波帶上其他地方分別出現(xiàn)強(qiáng)回波,但沒有冰雹信息。14:00—14:10(圖5g,5h),回波帶上回波強(qiáng)度有所減弱,在55 dBz內(nèi),冰雹回波移出安義縣。14:20—14:30(圖5i,5j),回波帶上西端(修水縣境內(nèi)、湖南境內(nèi))又有多個微型超級單體發(fā)展,對于是否出現(xiàn)冰雹尚無信息論證。

圖5 2022年3月14日江西安義冰雹回波演變Fig.5 Evolution of hail echo at Anyi Station in Jiangxi Province on 14 March 2022

由上可見,3月14日冰雹在回波識別時存在以下特點(diǎn):回波強(qiáng)度均≥60 dBz,強(qiáng)盛時超過60 dBz;強(qiáng)回波面積的大小關(guān)系到是否降冰雹,此次修水2次冰雹和安義冰雹的強(qiáng)回波面積分別為34、24、18 km2,最小為18 km2。說明江西3月冰雹起點(diǎn)比較低,在有利天氣形勢和環(huán)境條件下,非常容易形成冰雹。根據(jù)回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積對冰雹生成進(jìn)行判斷比較快捷實(shí)用,在短時臨近預(yù)報(bào)中還需考慮利用強(qiáng)回波梯度和云砧回波的伸展比值等做綜合分析。

4.3 雷達(dá)組合反射率回波強(qiáng)度分析

2022年3月14日,由江西及周邊地區(qū)16次冰雹雷達(dá)回波組合反射率10 min間隔的最大反射率值(圖6)可見,冰雹發(fā)生在60 dBz及以上回波中,有些回波可以達(dá)到65 dBz或70 dBz,最大為73 dBz;冰雹回波的生命史多數(shù)在2 h左右,少數(shù)為3 h,其中一次達(dá)4 h,沒有出現(xiàn)5 h生命史;以產(chǎn)生冰雹基準(zhǔn)時間為中心,之前出現(xiàn)≥60 dBz回波較少,之后則較多,說明冰雹出現(xiàn)后能維持?jǐn)?shù)小時;冰雹的回波強(qiáng)度都有緩慢上升和下降的過程,尤其是2 h生命史的冰雹回波,上升和下降曲線比較密集。

圖6 2022年3月14日江西冰雹個例10 min回波強(qiáng)度演變Fig.6 The evolution of 10-min echo intensity of hail in Jiangxi Province on 14 March 2022

由此可見,此次江西冰雹以超級單體回波為主,超級單體回波有時孤立存在,有時又存在于回波群、回波帶之中。超級單體回波強(qiáng)度≥60 dBz,有時≥70 dBz;強(qiáng)回波(≥60 dBz)面積較大,均在≥18 km2及以上,最大可以達(dá)180 km2及以上;都具有強(qiáng)回波梯度,30～60 dBz距離≤6 km;回波發(fā)展高度都超過12 km,具有明顯的云砧回波結(jié)構(gòu),當(dāng)周圍有其他回波產(chǎn)生時,云砧回波往往被遮擋。冰雹發(fā)生在≥60 dBz回波中,生命史多數(shù)在2 h以上,冰雹產(chǎn)生之前的回波強(qiáng)度較少出現(xiàn)≥60 dBz,之后出現(xiàn)≥60 dBz回波較多,冰雹回波的強(qiáng)度值都有緩慢上升和下降的過程。

5 雷達(dá)PUP產(chǎn)品特征

5.1 部分PUP參數(shù)

雷達(dá)PUP參數(shù)是識別冰雹回波的重要指標(biāo)與特征,列舉2022年3月14日6次個例(主要為江西范圍的冰雹)PUP產(chǎn)品,統(tǒng)計(jì)參數(shù)的最大值、最小值和平均值(表1),這些指標(biāo)對識別和判斷江西冰雹回波有重要意義。

表1 2022年3月14日部分冰雹雷達(dá)PUP參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical table of radar PUP parameters of some hails on 14 March 2022

表1中組合反射率平均值均大于等于60 dBz,ET都在9 km以上,VIL平均值為60 kg·m-2,基本徑向速度處于-19～19 m·s-1,這些參數(shù)有利于識別冰雹回波。

5.2 垂直積分液態(tài)水含量(VIL)

在冰雹回波識別中,VIL的大小反映了回波中是否存在冰雹顆粒,江西冰雹回波基本為35 kg·m-2≤VIL<60 kg·m-2,且具有較大面積。VIL大小(強(qiáng)度和面積)代表著不同冰雹的大小。一般來說,VIL≥60 kg·m-2,伴隨較大冰雹(直徑≥5 cm);35 kg·m-2≤VIL<45 kg·m-2,冰雹較小(直徑≤2 cm);而45 kg·m-2≤VIL<60 kg·m-2,冰雹直徑適中(圖7)。江西很少存在冰雹VIL<35 kg·m-2的個例。

注:圓圈:超級單體。圖7 2022年3月14日江西及周邊地區(qū)冰雹個例垂直積分液態(tài)水含量回波特征Fig.7 Echo characteristic of vertically integrated liquid water content for hail in Jiangxi and surrounding areas on 14 March 2022

5.3 反射率因子垂直剖面(RCS)

通過RCS可觀測冰雹回波的垂直結(jié)構(gòu)(圖8)。16次冰雹的垂直回波除第一次回波(修水溪口鎮(zhèn))為55 dBz外,其余15次回波中心反射率因子都達(dá)到60 dBz 以上,有多次回波強(qiáng)度達(dá)到65 dBz。55 dBz回波頂高大多數(shù)在6 km以上,最高達(dá)8.8 km(浙江上甘鄉(xiāng)),最低為4 km(安徽七都鎮(zhèn)),平均為6.1 km。有多處冰雹回波伴有“虛假旁瓣尖頂回波”,這時冰雹的強(qiáng)散射使雷達(dá)電磁波的旁瓣探測到回波。多數(shù)冰雹回波沒有出現(xiàn)懸掛、穹窿等結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為直上直下的強(qiáng)回波墻,個別回波可以分析出懸掛、回波墻等特征。這次冰雹過程垂直結(jié)構(gòu)特征并不明顯,主要與發(fā)展并不十分旺盛(只產(chǎn)生一些小冰雹)和早春熱對流偏弱等因素有關(guān)。從圖8可見,只有少部分超級單體具有中氣旋結(jié)構(gòu),大部分超級單體中氣旋結(jié)構(gòu)并不明顯。

圖8 2022年3月14日江西及周邊地區(qū)冰雹個例反射率因子垂直剖面回波特征Fig.8 Echo characteristic of reflectivity factor vertical profile for hail in Jiangxi and surrounding areas on 14 March 2022

綜上所述,在冰雹回波識別中,VIL是一個很重要的特征。江西冰雹單部雷達(dá)VIL在35～65 kg·m-2(多為60 kg·m-2);雷達(dá)拼圖上VIL基本≥35 kg·m-2,并且VIL需要具有一定面積。雷達(dá)拼圖的VIL為多站平均值,比單部雷達(dá)VIL偏弱;回波強(qiáng)度均在≥55 dBz及以上,甚至達(dá)到65 dBz;55 dBz 回波頂高大多數(shù)在6 km以上,平均為6.1 km;冰雹回波伴有“虛假旁瓣尖頂回波”,多數(shù)冰雹回波沒有出現(xiàn)懸掛、穹窿等回波結(jié)構(gòu),反射率因子表現(xiàn)為直上直下強(qiáng)回波墻。

6 冰雹回波雙多普勒雷達(dá)風(fēng)場分析

2022年3月14日,江西及周邊地區(qū)16次冰雹收集到10次雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場圖片(圖9)。這10次雙多普勒雷達(dá)風(fēng)場(每500 m一層)圖中,2.5 km 等高平面顯示CAPPI高度比較有代表性。13:10(圖9a),湖北五廟鄉(xiāng)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz,回波中心具有中渦旋結(jié)構(gòu);13:41(圖9b),江西安義站(老觀測站)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz,回波中心側(cè)面具有輻合風(fēng)場,中渦旋結(jié)構(gòu)不明顯;14:03(圖9c),安徽七都鎮(zhèn)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz,回波存在于南北風(fēng)場輻合氣流之中;14:49(圖9d),安徽藍(lán)田鎮(zhèn)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz,回波中心具有弱中渦旋結(jié)構(gòu);14:53(圖9e),江西浮梁西湖鄉(xiāng)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz,回波中心具有弱中渦旋結(jié)構(gòu);15:02(圖9f),浙江上甘鄉(xiāng)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz,回波中心側(cè)面具有弱中渦旋結(jié)構(gòu);15:18(圖9g),江西浮梁峙灘鄉(xiāng)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz,回波區(qū)具有輻合風(fēng)場結(jié)構(gòu);15:21(圖9h),安徽獨(dú)山鎮(zhèn)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)65 dBz,回波區(qū)有中渦旋風(fēng)場結(jié)構(gòu);15:28(圖9i),安徽瑤山鄉(xiāng)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz,回波區(qū)風(fēng)場較凌亂;16:00(圖9j),湖南梅仙鎮(zhèn)冰雹回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz,回波中心移動前方有較弱的輻合。

注:圓圈:超級單體。圖9 2022年3月14日江西及周邊地區(qū)10次冰雹個例雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場(風(fēng)矢)和反射率因子(填色)特征Fig.9 Characteristic of double multiple wind field (wind vector) and reflectivity factor (colored) for 10 hailstorms in Jiangxi and the surrounding areas on 14 March 2022

由圖9可見,冰雹回波雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場和2.5 km CAPPI圖上,冰雹回波強(qiáng)度都≥60 dBz,最大可達(dá)65 dBz;多數(shù)回波中心具有中渦旋結(jié)構(gòu)、側(cè)面輻合風(fēng)場、南北風(fēng)場輻合等特征;個別風(fēng)場比較凌亂。

7 結(jié)論與討論

2022年3月14日,江西及周邊地區(qū)出現(xiàn)入春以來首場冰雹天氣過程。江西多地出現(xiàn)冰雹,有20個區(qū)域站出現(xiàn)≥17.2 m·s-1的大風(fēng)天氣,24個區(qū)域站出現(xiàn)≥50.0 mm的降水。鋒前暖區(qū)的雷暴大風(fēng)和鋒后冷空氣大風(fēng)混合(同時出現(xiàn))比較明顯。200 hPa為一致的偏西氣流,高空出流明顯;500 hPa南支槽前江西中北部形成較強(qiáng)的風(fēng)速切變;850 hPa有低渦、切變線,無急流;地面的輻合線、西南倒槽、地面增溫明顯,有冷空氣活動。在南昌探空圖上:CAPE較大,經(jīng)過訂正后達(dá)到1320 J·kg-1;630 hPa存在較強(qiáng)逆溫層;650～470 hPa為較干區(qū),650 hPa以下為濕區(qū);0～6 km垂直風(fēng)切變較弱。

江西冰雹以超級單體回波為主,超級單體回波有時孤立存在,有時存在于回波群、回波帶之中。超級單體回波強(qiáng)度≥60 dBz,有時≥70 dBz;≥60 dBz的回波面積較大,均在18 km2及以上,最大可在180 km2及以上。

江西冰雹單部雷達(dá)VIL在35～65 kg·m-2(多為60 kg·m-2);雷達(dá)拼圖上VIL基本在35 kg·m-2及以上。RCS上,回波強(qiáng)度均在55 dBz及以上,甚至達(dá)到65 dBz;55 dBz回波頂高大多數(shù)在6 km 以上,平均為6.1 km;冰雹回波伴有“虛假旁瓣尖頂回波”,多數(shù)冰雹回波沒有出現(xiàn)懸掛、穹窿等回波結(jié)構(gòu),反射率因子表現(xiàn)為直上直下強(qiáng)回波墻。

冰雹回波雙多普勒雷達(dá)反演風(fēng)場和2.5 km CAPPI圖上,回波強(qiáng)度均在60 dBz及以上,最大可達(dá)65 dBz;多數(shù)回波中心具有中渦旋結(jié)構(gòu)、側(cè)面輻合風(fēng)場、南北風(fēng)場輻合等特征;個別風(fēng)場比較凌亂。

2022年3月14日江西及周邊地區(qū)冰雹范圍比較廣,涉及多個省份,重要特征均由超級單體(弱超級單體)產(chǎn)生。在江南3月春季,微型超級單體常常產(chǎn)生直徑≤2 cm的冰雹,與經(jīng)典超級單體相比較,回波識別難度更大,有待于更多個例的檢驗(yàn)和探索。