鄭艷 劉麗君 吳春娃

（海南省氣象臺(tái) ?？?570203）

近10a海南島冰雹天氣統(tǒng)計(jì)特征與概念模型

鄭艷 劉麗君 吳春娃

（海南省氣象臺(tái) ?？?570203）

利用常規(guī)資料和?？诙嗥绽绽走_(dá)資料對(duì)2004-2014年海南島出現(xiàn)的22次冰雹過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：海南島冰雹均出現(xiàn)在春季；冰雹落區(qū)集中在東方-瓊中-瓊海一線的五指山以北地區(qū)；按照影響系統(tǒng)可分為西南低壓槽Ⅰ型、西南低壓槽Ⅱ型、東路冷空氣型和西路冷空氣型；西南低壓槽Ⅰ型冰雹落區(qū)在儋州和澄邁，西南低壓槽Ⅱ型落區(qū)較分散，二者出現(xiàn)的時(shí)間集中在14：00-17：00；冷空氣型冰雹發(fā)生時(shí)間與鋒面到達(dá)時(shí)間密切相關(guān)，西路冷空氣型冰雹落區(qū)集中在東方和昌江，東路冷空氣型則在?？凇⑴R高和文昌；西南低壓槽Ⅰ型濕層可達(dá)對(duì)流層上層，具有強(qiáng)熱力條件，觸發(fā)機(jī)制為海陸風(fēng)輻合線；西南低壓槽Ⅱ型和冷空氣型600-500 hPa有明顯干區(qū)，邊界層華南沿海至海南島北部地區(qū)有冷式切變；0℃層高度集中在4.3-5.1 km，-20℃層高度為7.6-8.4 km；冰雹直徑與低層垂直風(fēng)切變大小有一定的正相關(guān)；直徑大于等于20 mm的大冰雹△T850-500≥27℃；基于?？诙嗥绽绽走_(dá)提煉的海南島冰雹臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)為最大組合反射率CR≥55 dBZ，50 dBZ強(qiáng)回波高度達(dá)到-20℃層，最大垂直液態(tài)水含量VIL值≥60 kg·m-2，回波頂高ET≥15 km。

熱帶地區(qū)；冰雹；概念模型；預(yù)報(bào)指標(biāo)

引言

冰雹是短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣的主要類(lèi)型之一，伴隨著雷雨大風(fēng)，常常會(huì)造成不同程度的災(zāi)害。近年來(lái)，多位專(zhuān)家學(xué)者［1-4］對(duì)我國(guó)及本地區(qū)的冰雹天氣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。中央氣象臺(tái)總結(jié)了每日出現(xiàn)10個(gè)以上降雹站的大范圍降雹過(guò)程的天氣形勢(shì)，將冰雹天氣形勢(shì)劃分為高空冷槽型、高空冷渦型、高空西北氣流型和南支槽型等四個(gè)類(lèi)型［5］。廖曉農(nóng)等［6-9］認(rèn)為華北地區(qū)的冰雹大多發(fā)生在華北冷渦或蒙古東部冷渦的環(huán)流背景下，使高層冷空氣疊加在低層暖濕空氣上，導(dǎo)致不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展。夏麗花等［10］指出2012年4月10-12日福建省持續(xù)性冰雹過(guò)程是在穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景條件下產(chǎn)生的。王華等［11］研究了山區(qū)地形和城市邊界層在北京強(qiáng)對(duì)流天氣中的作用。朱敏華和廖玉芳等［12-13］對(duì)三體散射長(zhǎng)釘回波特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為S波段新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)生三體散射現(xiàn)象，則強(qiáng)冰雹的可能性幾乎是100%。馮晉勤等［14］統(tǒng)計(jì)福建龍巖中氣旋產(chǎn)品指出大部分持續(xù)3個(gè)體掃以上中氣旋對(duì)應(yīng)風(fēng)暴屬超級(jí)單體風(fēng)暴，與冰雹、雷雨大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前，對(duì)20°N以南熱帶地區(qū)的冰雹特征和成因還鮮有研究。我們通過(guò)對(duì)2004-2014年海南島出現(xiàn)的22個(gè)冰雹日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分型，歸納了西南低壓槽型和冷空氣型冰雹天氣的概念模型，提煉了基于海口多普勒雷達(dá)的冰雹預(yù)報(bào)指標(biāo)。

1 海南島冰雹日概況

普查2004-2014年 “海南省氣象災(zāi)情報(bào)表”和“海南省氣象災(zāi)害大事記”，海南島共有22日、28站次冰雹，均出現(xiàn)在春季（3-5月），最早發(fā)生在3月20日，最晚為5月29日。冰雹一般范圍較小、局地性強(qiáng)，超過(guò)86%的冰雹僅出現(xiàn)在1個(gè)市縣；2013年3月20日先后有5個(gè)市縣出現(xiàn)了冰雹，范圍之廣、強(qiáng)度之大為海南省近10a所罕見(jiàn)［15］。冰雹落區(qū)集中在東方-瓊中-瓊海一線的五指山以北地區(qū)，冰雹日數(shù)最多為澄邁（5日）。從月分布來(lái)看（圖略），4月份為10個(gè)冰雹日，約占總數(shù)的45%；3月和5月各有6個(gè)冰雹日。海南島年平均冰雹日數(shù)為2個(gè)；2005年和2013年各有4個(gè)冰雹日，為歷年最多；2004年和2010年海南島未出現(xiàn)冰雹。

2 海南島冰雹日天氣尺度系統(tǒng)分型

圖1 西南低壓槽型（a）和冷空氣型（b）850 hPa風(fēng)場(chǎng)和地面氣壓場(chǎng)形勢(shì)特征

根據(jù)“海南地區(qū)天氣系統(tǒng)過(guò)程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)”給出的影響海南的4大類(lèi)13種天氣系統(tǒng)過(guò)程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)2004-2014年海南島22個(gè)冰雹日的天氣系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)海南島冰雹出現(xiàn)在2大類(lèi)4種環(huán)流背景下，我們定義為西南低壓槽型（西南低壓槽Ⅰ型、西南低壓槽Ⅱ型）和冷空氣型（東路冷空氣型、西路冷空氣型）。西南低壓槽型定義（圖1a）：主力在我國(guó)西南、華中地區(qū)，有時(shí)在越南北部或北部灣的低壓槽（常被冷空氣南壓）伸向海南島，海南島的氣壓梯度大；1500 m（850 hPa）高空，海南島吹S-SW-W風(fēng)，典型的吹氣旋性西南風(fēng)。冷空氣天氣型定義（圖1b）：冷空氣到達(dá)華南沿海時(shí)，24小時(shí)變壓，重慶大于（或小于）漢口；1500 m（850 hPa）高空，冷高壓中心從恩施以西 （或以東）地區(qū)南下，冷空氣主力從110°E以西（或以東）地區(qū)侵襲海南島；稱(chēng)為冷空氣偏西（或偏東）下影響。

表1 2004-2014年海南島冰雹個(gè)例統(tǒng)計(jì)分型表

圖2 海南島4類(lèi)冰雹日典型個(gè)例?？谡荆?9758）T-lnp圖

西南低壓槽型冰雹的觸發(fā)機(jī)制是海陸風(fēng)輻合線。海南島中南部地區(qū)為山區(qū)，呈現(xiàn)中間高、四周低的地形特征［16］；翟武全等［17］通過(guò)數(shù)值模擬研究不同背景環(huán)流場(chǎng)下海南島海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)現(xiàn)，背景風(fēng)為西南風(fēng)時(shí)，西北部沿海出現(xiàn)的西北方向的海風(fēng)易在儋州一帶與背景風(fēng)匯合，因而該地區(qū)是強(qiáng)天氣易發(fā)區(qū)。海南島午后地面氣溫快速升高，局地加熱不均勻，對(duì)流風(fēng)暴沿著海陸風(fēng)輻合線生成發(fā)展，冰雹初始出現(xiàn)的時(shí)間集中在14：00-17：00。從圖2a和圖2b可見(jiàn)，西南低壓槽Ⅰ型濕層厚，可伸展至對(duì)流層上部，而西南低壓槽Ⅱ型中層（500hPa附近）有明顯的干區(qū)。西南低壓槽Ⅰ型冰雹落區(qū)在海南島西北部?jī)?nèi)陸地區(qū)的儋州和澄邁，西南低壓槽Ⅱ型冰雹落區(qū)較分散。

冷空氣型冰雹的觸發(fā)機(jī)制是鋒面和切變線。西風(fēng)槽東移過(guò)境（110°E），引導(dǎo)地面較強(qiáng)冷空氣南下，中層（600-500hPa）有明顯的干區(qū)（圖2c、2d），對(duì)流風(fēng)暴在地面鋒面南側(cè)暖區(qū)颮線上發(fā)展成熟，冰雹發(fā)生時(shí)間與鋒面到達(dá)時(shí)間密切相關(guān)；西路冷空氣冰雹落區(qū)集中在海南島西部地區(qū)的東方和昌江，東路冷空氣則在海南島北部地區(qū)的?？?、臨高和文昌。

從2004-2012年海南島春季冰雹個(gè)例統(tǒng)計(jì)分型表可見(jiàn)（表1），西南低壓槽Ⅱ型冰雹日數(shù)為9日，約占總?cè)諗?shù)的40%，西南低壓槽Ⅰ型、東路和西路冷空氣型冰雹日數(shù)相當(dāng)；西路冷空氣型冰雹日均出現(xiàn)在4月份，5月份未出現(xiàn)冷空氣型冰雹；3月份未出現(xiàn)西南低壓槽Ⅰ型冰雹；西南低壓槽Ⅱ型冰雹3-5月份均有出現(xiàn)，5月份最多，3月份次之。

3 海南島冰雹天氣概念模型

通過(guò)對(duì)2004-2014年海南島22個(gè)冰雹日的統(tǒng)計(jì)，本文歸納總結(jié)了西南低壓槽Ⅰ型、西南低壓槽Ⅱ型、東路冷空氣型和西路冷空氣型4類(lèi)冰雹的主要影響天氣系統(tǒng)、觸發(fā)機(jī)制、冰雹落區(qū)等特征，在此基礎(chǔ)上建立各型冰雹天氣概念模型，詳見(jiàn)圖3。對(duì)其簡(jiǎn)述如下：

3.1 西南低壓槽Ⅰ型冰雹天氣概念模型

500hPa西太副高偏南，控制南海大部地區(qū)，海南島處于副高北側(cè)邊緣不穩(wěn)定區(qū)中；南支槽常常東移至云南西部地區(qū)，海南島位于槽前，西南暖濕氣流強(qiáng)烈發(fā)展；地面至850hPa西南低渦中心均在四川盆地附近擺動(dòng)，海南島位于其底部吹西南風(fēng)，持續(xù)的西南風(fēng)使得“焚風(fēng)效應(yīng)”顯著，海南島西北部地區(qū)最高氣溫可達(dá)37-39℃。風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，午后隨著地面氣溫快速升高，冰雹出現(xiàn)在海陸風(fēng)輻合線附近的儋州和澄邁。

3.2 西南低壓槽Ⅱ型冰雹天氣概念模型

500hPa南支槽東移至云南中部地區(qū)，海南島位于槽前，西南暖濕氣流強(qiáng)烈發(fā)展；中高緯西風(fēng)槽偏東偏北，地面鋒面在南嶺附近靜止或鋒消，西南低渦明顯南落，中心位于廣西、云南一帶；海南島北半部地區(qū)位于500hPa干舌與850hPa濕舌疊置區(qū)，中層干冷下沉氣流與低層暖濕氣流上下配置，形成強(qiáng)烈對(duì)流不穩(wěn)定；同時(shí)，925hPa冷式切變位于華南沿海，其尾部偏北干冷氣流與來(lái)自南側(cè)的暖濕氣流交匯。冰雹出現(xiàn)在海南島北半部地區(qū)，落區(qū)較分散。

圖3 海南島西南低壓槽Ⅰ型（a）、西南低壓槽Ⅱ型（b）、東路冷空氣型（c）、西路冷空氣型（d）冰雹天氣概念模型

3.3 東路冷空氣型冰雹天氣概念模型

500hPa西風(fēng)槽位于黃海至華東沿海，槽后西北西風(fēng)引導(dǎo)地面冷空氣南下，鋒面到達(dá)華南沿海靜止或鋒消，地面冷高壓中心位于長(zhǎng)江出?？诟浇?，華南沿海以北我國(guó)大部地區(qū)受冷高脊控制，冷高脊大體呈東西向，西南低渦中心南落至北部灣南部海面；925hPa冷式切變東段位于海南島北部地區(qū)；500hPa干舌與850hPa濕舌也疊置在海南島北部，形成強(qiáng)烈對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。冰雹出現(xiàn)在海南島北部地區(qū)的?？?、臨高和文昌。

3.3 西路冷空氣型冰雹天氣概念模型

500hPa中高緯西風(fēng)槽位于黃海至華東沿海，高原槽東移過(guò)110°E，槽后強(qiáng)勁的西北風(fēng)引導(dǎo)地面冷空氣快速南下，地面冷鋒到達(dá)華南沿海后可自西北向東南掃過(guò)海南島，地面冷高壓中心位于黃河中上游，冷高脊大體呈西北-東南向；925hPa冷式切變西段位于海南島西北部沿海；500hPa槽后干冷空氣與850hPa切變線南側(cè)暖濕空氣交匯在海南島上空，形成強(qiáng)烈對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。冰雹出現(xiàn)在海南島西部地區(qū)的東方和昌江。

4 海南島冰雹日一些參數(shù)統(tǒng)計(jì)

普查2004-2014年海南島22個(gè)冰雹日的地面和高空常規(guī)觀測(cè)資料。資料時(shí)間選取標(biāo)準(zhǔn)為：冰雹發(fā)生在白天的取當(dāng)日08時(shí)；發(fā)生在凌晨的取前一日20時(shí)。計(jì)算?？谡荆?9758，下同）1000-850hPa低層垂直風(fēng)切變（約0-1.5km）、垂直溫度梯度（△T850-500）和0℃層、-20℃層高度。由于海口多普勒雷達(dá)2006年9月份才開(kāi)始投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，因此我們普查2007-2014年海南島16個(gè)冰雹日?？诙嗥绽绽走_(dá)資料，篩選冰雹發(fā)生時(shí)刻發(fā)生地的最大垂直液態(tài)水含量VIL、回波頂高ET和最大組合反射率CR。通過(guò)統(tǒng)計(jì)對(duì)比以上所述的特征值，試圖尋找海南島冰雹天氣的預(yù)報(bào)指標(biāo)和特征量。

4.1 特殊高度層

從?？谡綯-lnP圖發(fā)現(xiàn)，海南島冰雹日的0℃層高度集中在4.3-5.1 km（600hPa附近），與文獻(xiàn)［1］中冰雹云的0℃層高度一致；-20℃層高度為7.6-8.4km （400hPa附近）；-20℃層與0℃層的高度差約為3km。

4.2 低層垂直風(fēng)切變

計(jì)算?？谡?000-850hPa（約0-1.5km）低層垂直風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)，低層垂直風(fēng)切變大小與冰雹直徑有一定的正相關(guān)。最大冰雹直徑≥10 mm的冰雹日低層垂直風(fēng)切變均超過(guò)4 m·S-1·km-1。2005年5月10日瓊海觀測(cè)到最大冰雹直徑45 mm，當(dāng)日08時(shí)?？谡镜蛯哟怪憋L(fēng)切變達(dá)到9.83 m·S-1·km-1。

4.3 垂直溫度梯度

許愛(ài)華等［18］統(tǒng)計(jì)1980-1995年，1999-2001年共19年3-9月的資料，對(duì)南昌強(qiáng)垂直溫度梯度與江西強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明，當(dāng)△T850-500≥27℃時(shí)，江西強(qiáng)對(duì)流發(fā)生概率達(dá)到85%。

我們計(jì)算海南島21個(gè)冰雹日 （2007年4月24 日 08時(shí)缺高空觀測(cè)資料）?？谡镜?850hPa與500hPa溫度差△T850-500發(fā)現(xiàn)，21個(gè)冰雹日△T850-500均大于等于23℃，最大差值達(dá)到29℃；西南低壓槽Ⅰ型4個(gè)冰雹日△T850-500均介于27-29℃之間，即在500hPa與850hPa之間平均氣溫直減率超過(guò)0.675℃/100m，比對(duì)流層內(nèi)平均氣溫直減率（0.6℃/100m）大［5］，說(shuō)明在強(qiáng)熱力條件下，且有天氣系統(tǒng)作為觸發(fā)條件時(shí)，對(duì)流穩(wěn)定層結(jié)大氣中也可出現(xiàn)冰雹。另外，出現(xiàn)直徑大于等于20mm大冰雹的冰雹日中約有86%△T850-500≥27℃。

4.4 多普勒雷達(dá)特征值

普查2007-2014年16個(gè)冰雹個(gè)例的?？诙嗥绽绽走_(dá)資料發(fā)現(xiàn)，最大組合反射率CR均≥55 dBZ，接近50%的個(gè)例≥65 dBZ；最大垂直液態(tài)水含量VIL值大約78%≥60 kg·m-2；回波頂高ET均在11 km以上，大約67%≥15 km，最高可伸展至18 km。基于?？诙嗥绽绽走_(dá)提煉的海南島冰雹臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)為最大組合反射率CR≥55dBZ，50dBZ強(qiáng)回波高度達(dá)到-20℃層，最大垂直液態(tài)水含量VIL值≥60 kg.m-2，回波頂高ET≥15 km，業(yè)務(wù)應(yīng)用效果良好。值得注意的是，上述冰雹臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)對(duì)瓊中地區(qū)的冰雹預(yù)警能力較差。2009年3月27日瓊中觀測(cè)到的冰雹直徑為20mm，冰雹發(fā)生時(shí)的VIL值和CR值分別為25kg·m-2和55 dBZ，遠(yuǎn)小于預(yù)報(bào)指標(biāo)，可能是因?yàn)榄傊芯嚯x?？诶走_(dá)較遠(yuǎn)，超過(guò)110km，且處于山區(qū)，地形對(duì)雷達(dá)回波有阻擋和衰減作用造成的。

5 小結(jié)

（1）海南島冰雹均出現(xiàn)在春季（3-5月），4月份冰雹日最多；冰雹落區(qū)集中在東方-瓊中-瓊海一線的五指山以北地區(qū)。

（2）按照影響天氣系統(tǒng)，海南島冰雹可分為西南低壓槽Ⅰ型、西南低壓槽Ⅱ型、東路冷空氣型和西路冷空氣型。西南低壓槽Ⅰ型和西南低壓槽Ⅱ型冰雹初始出現(xiàn)時(shí)間集中在14：00-17：00，西南低壓槽Ⅰ型冰雹落區(qū)在海南島西北部?jī)?nèi)陸地區(qū)的儋州和澄邁，西南低壓槽Ⅱ型冰雹落區(qū)較分散；冷空氣型冰雹發(fā)生時(shí)間與鋒面到達(dá)時(shí)間密切相關(guān)，西路冷空氣冰雹落區(qū)集中在海南島西部的東方和昌江，東路冷空氣則在海南島北部的?？?、臨高和文昌。

（3）西南低壓槽Ⅰ型濕層厚，地面至850hPa海南島位于西南低渦南部吹南南西風(fēng)，具有強(qiáng)熱力條件，觸發(fā)機(jī)制為海陸風(fēng)輻合線；西南低壓槽Ⅱ型和冷空氣型600-500hPa有明顯干區(qū)，925hPa華南沿海至海南島北部地區(qū)有冷式切變。

（4）海南島冰雹日0℃層高度集中在4.3-5.1 km，-20℃層高度為7.6-8.4 km；低層垂直風(fēng)切變的大小與冰雹直徑有一定的正相關(guān)，最大冰雹直徑≥10 mm的低層垂直風(fēng)切變均超過(guò)4 m·S-1·km-1；直徑大于等于20mm大冰雹需要更強(qiáng)的熱力條件，即△T850-500≥27℃。

（5）?？诙嗥绽绽走_(dá)提煉的海南島冰雹臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)為最大組合反射率CR≥55dBZ，50dBZ強(qiáng)回波高度達(dá)到-20℃層，最大垂直液態(tài)水含量VIL值≥60 kg·m-2，回波頂高ET≥15km，業(yè)務(wù)應(yīng)用效果良好。

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［17］翟武全，李國(guó)杰，孫斌，等.海南島附近四季風(fēng)場(chǎng)的中尺度環(huán)流 ［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，1997，13（4）：316-322.

［18］許愛(ài)華，詹豐興，劉曉輝，等.強(qiáng)垂直溫度梯度條件下強(qiáng)對(duì)流天氣分析與潛勢(shì)預(yù)報(bào) ［J］.氣象科技，2006，34（4）：376-380.

Statistical characteristics and conceptual model of hail weather in Hainan Island during recent 10years

Zheng Yan，Liu Li-jun，Wu Chun-wa （Hainan Province Meteorological Observatory，Haikou Hainan 570203）

Based on the conventional data and Doppler radar data from 2004 to 2014 in the Hainan Island，22 hail processes were analyzed.The results show that:hail of Hainan appear in the spring；dropping zone concentrated in the north area of Wuzhishan （Donggfang-QiongZhong-Qonghai line）；According to the affecting system，the hail weather can be divided into four types:southwest troughⅠ，southwest troughⅡ，east road of cold air and west road of cold air；hail of southwest trough typeⅠdrops in Danzhou and ChengMai，dropping zone of southwest trough typeⅡis dispersed，both of these two types of hail appearing time is on PM 14:00-17:00；Cold air type hail occurrence time is closely related to the frontal arrival time，the dropping zone of west road of cold air type hail concentrates in the Dongfang and ChangJiang，while the east road of cold air located in Haikou，Lingao and Wenchang；wet layer of southwest trough typeⅠ could be up to the upper troposphere with strong thermal conditions and the solar wind convergence line as the triggering mechanism；There is obvious dry area in 600-500 hPa of southwest troughⅡ type and cold air type，and cooled shear in the boundary layer of the coastal areas in south China and the north of Hainan island；the height of 0℃ layer is concentrated in 4.3 to 5.1 km，and-20℃layer height is 7.6 to 8.4 km；The diameter size of hail and lower vertical wind shear has certain positive correlation；the big hail with its diameter over or equalingto 20 mm，the△T850-500 is over or equal to 27℃；the hail forecasting indexes，which is extracted from Doppler radar data in Haikou，is the maximum CR over or equaling to 55 dBZ，strong echo of 50 dBZ reaching-20℃layer height，maximum vertical liquid water content VIL≥60 kg·m-2，high echo top ET≥15 km.

tropical zone；hail；conceptual model；forecast indicator

p456.8

A

1673-8411（2015）04-0015-06

2015-07-25

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（414200）；海南省氣象局重點(diǎn)項(xiàng)目（HNQXZD201410）

鄭艷，女，高級(jí)工程師，主要從事強(qiáng)對(duì)流和熱帶氣旋預(yù)報(bào)技術(shù)研究。E-mail：hnzy@126.com