王勤

摘要? ? 2019年4月26日18：00至27日00：00，成都市出現(xiàn)了一次強對流天氣過程，位于西部的都江堰市區(qū)出現(xiàn)降雹災(zāi)害性天氣，對此次強對流天氣形勢、溫江站探空數(shù)據(jù)和S波段新一代多普勒天氣雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果表明，新疆東部至甘肅西部的大槽東移并疊加高原分裂的短波槽是此次冰雹強對流天氣的主要影響系統(tǒng);冰雹發(fā)生前反映大氣不穩(wěn)定能量的各項熱力和動力參數(shù)發(fā)生顯著變化，其上干下濕的大氣結(jié)構(gòu)及強的垂直風(fēng)切變有利于產(chǎn)生降雹;孤狀的對流單體的合并區(qū)域是冰雹的主要落區(qū)，強中心回波可達70 dBZ，回波的“穹窿”結(jié)構(gòu)和垂直累積液態(tài)水含量的躍增可作為冰雹降落時的重要指標。

關(guān)鍵詞? ? 冰雹;回波強度;垂直液態(tài)水含量;垂直風(fēng)切變;四川成都

中圖分類號? ? P458.12? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）24-0177-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

冰雹是我國主要強對流災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一，具有持續(xù)時間短、影響范圍小、破壞力強的特點，給社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全帶來了嚴重損害。因時空尺度小和突發(fā)性強，國內(nèi)外相關(guān)人員對冰雹監(jiān)測預(yù)警識別和防雹技術(shù)進行了大量研究，并取得了很多成果。

常規(guī)氣象探空數(shù)據(jù)推算的物理量產(chǎn)品預(yù)測局地冰雹災(zāi)害是一種非常有價值的經(jīng)驗工具[1]，而在冰雹的臨近監(jiān)測預(yù)警中主要是使用天氣雷達，特別是新一代多普勒天氣雷達能提供豐富的產(chǎn)品供預(yù)報人員使用[2]。多普勒雷達能較好地監(jiān)測對流單體的發(fā)生發(fā)展及移動路徑，對冰雹云的識別和作業(yè)時機選擇具有預(yù)警指示作用[3]，通過垂直液態(tài)含水量值（VIL）的變化就可以用于預(yù)測冰雹的落區(qū)和降雹時間[4]。

成都市位于青藏高原東部向川西平原的過渡地帶，西靠龍門山脈，東臨龍泉山脈，均呈東北—西南走向，海拔落差約4 500 m，境內(nèi)有白馬河和沱江等若干條岷江支流，獨特的地理環(huán)境使得成都易遭受冰雹強對流災(zāi)害性天氣的影響[5]。因此，本文利用地面及高空探測資料和成都新一代多普勒天氣雷達產(chǎn)品，對2019年4月26日夜間成都冰雹天氣發(fā)生前后的氣象環(huán)境因子、多普勒雷達回波特征及人工防雹作業(yè)進行分析，探討新型探測設(shè)備在冰雹天氣監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用，為今后此類天氣的監(jiān)測預(yù)警及相關(guān)應(yīng)用提供參考。

1? ? 天氣實況

2019年4月26日18：00到27日0：00成都市西部出現(xiàn)了雷雨、大風(fēng)、冰雹的強對流天氣過程，在6 h內(nèi)全市出現(xiàn)中雨20站，大雨14站，暴雨4站，最大降水量出現(xiàn)在都江堰蒲虹公路埡口，為89.6 mm，1 h最強降水自動氣象站也發(fā)生在都江堰埡口，為67.2 mm，同時成都市大部分地方出現(xiàn)瞬間最大風(fēng)速>10 m/s的大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速在都江堰幸福街道（15.2 m/s），都江堰市區(qū)產(chǎn)生降雹過程，冰雹最大直徑為6 cm，造成了較大的社會經(jīng)濟損失（圖1）。

2? ? 環(huán)境背景分析

2.1? ? 天氣形勢分析

此次冰雹是受西北地區(qū)槽線快速東移并疊加高原小型波動影響共同產(chǎn)生的。2019年4月26日8：00 200 hPa盆地及我國西北部地區(qū)受西風(fēng)帶控制，長江中下游平原為弱的偏西風(fēng)急流，成都位于西風(fēng)急流的左側(cè)。500 hPa東亞中高緯地區(qū)為兩槽一脊型，槽線分別位于甘肅西部和朝鮮半島東部，成都受弱脊控制，華南地區(qū)為一切變線;700 hPa盆地為弱的西南風(fēng)，水汽輸送不明顯;850 hPa盆地東部為氣旋環(huán)流，成都為氣旋環(huán)流后部的東北風(fēng)。至20：00，系統(tǒng)移速較快，500 hPa的槽線已到達河套地區(qū)，并受高原切變東移的影響，成都位于槽前的西南風(fēng)，風(fēng)速已達10 m/s，700 hPa水汽加強，四川盆地、陜西及寧夏均是較強的偏南風(fēng)，輻合中心在河套地區(qū)，850 hPa氣旋環(huán)流增強，濕度增大。探空圖上，層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，能量高，近地面有逆溫層存在，濕度條件較差（圖2）。

2.2? ? 探空資料分析

2.2.1? ? CAPE和CIN能量。對流有效位能（CAPE）和對流抑制能量（CIN）均是有可能轉(zhuǎn)化為上升運動的能量，但CIN較大或較小時均不利于強對流天氣的發(fā)生[6]。分析表1中的CAPE和CIN值可見，25日20：00和26日20：00的CAPE均大于2 100 J/kg，但25日20：00的CIN值較大，抑制了對流的發(fā)展，在25日晚上并沒有發(fā)生強對流天氣。隨著天氣系統(tǒng)的演變，在26日8：00 CIN值上升的同時，CAPE值下降，為即將發(fā)生的強對流天氣積聚能量，在26日20：00的對流有效位能與對流抑制能量之差達到最大，其值為2 043.9 J/kg，引起了晚上的強對流冰雹天氣過程，至27日8：00 CAPE和CIN值均變小，預(yù)示著此次強對流冰雹天氣過程結(jié)束。

2.2.2? ? 垂直風(fēng)切變。200 hPa和850 hPa之間的垂直風(fēng)切變對強對流天氣的發(fā)生發(fā)展具有重要指示意義。分析此次強對流天氣的垂直風(fēng)切變發(fā)現(xiàn)，26日的垂直風(fēng)切變突然加強，從8：00的17.8 m/s增大至20：00的32.2 m/s，為強的垂直風(fēng)切變，加強了風(fēng)暴中雹胚的上升運動，雹胚在暖濕氣流中經(jīng)歷多次的上升和下沉運動并增長形成冰雹，此次降雹過程發(fā)生在26日23：00。

2.2.3? ? K和SI指數(shù)。沙氏指數(shù)（SI）和K指數(shù)反映大氣穩(wěn)定度情況，其中SI>0表示氣層較穩(wěn)定，數(shù)值越大越不利于強對流天氣的發(fā)生，SI<0表示氣層不穩(wěn)定，K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。從溫江探空站在冰雹發(fā)生前后的4次探空數(shù)據(jù)計算得到的物理量參數(shù)（表1）可以看出，冰雹發(fā)生前K指數(shù)遞增，SI指數(shù)均為負值且在減小，在26日20：00 K指數(shù)達到最大值，為43.9，SI指數(shù)最小，為-3.53，為對流的觸發(fā)及發(fā)展提供了良好的環(huán)境。降雹后，K指數(shù)變小，SI指數(shù)為正值，氣層變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。

2.2.4? ? 0 ℃層和-20 ℃層高度。0 ℃層和-20 ℃層高度也是反映雹云特征的重要環(huán)境參數(shù)，在不同時間和不同地點參數(shù)差別較大，二者之間的高度差越大，說明對流發(fā)展旺盛，越有利于冰雹的增長。在26日20：00冰雹發(fā)生前，0 ℃層高度較8：00降低，而-20 ℃層高度升高，過冷水層厚度變大，是非常有利于冰雹形成的環(huán)境條件。

3? ? 多普勒天氣雷達回波特征

3.1? ? 反射率因子

26日20：01，郫縣東部有一塊強度為47 dBZ的回波生成，并向東北方向的彭州移動，速度大約為30 km/h，至20：17，此塊回波減弱消失，其中回波強度已<30 dBZ，但在彭州市中部和雅安市蘆山縣有新生孤狀單體回波，其中心回波強度也達45 dBZ，并向東北方向移動，移速減弱。20：55，溫江區(qū)有新回波生成，范圍和強度均逐漸加強，至21：11回波發(fā)展旺盛，中心強度為50 dBZ，移速較小，仍在原地發(fā)展，此后回波減弱，中心強度已<40 dBZ，并緩慢向北方的郫縣方向移動，此塊回波生命史為40 min。21：49都江堰市區(qū)出現(xiàn)弱回波，強度為25 dBZ，但有加強趨勢，至22：21回波范圍擴大至彭州北部，中心強度已達50 dBZ，同時在西南方向的邛崍、大邑、崇州均有新生的孤狀回波單體生成，并向東北方向的彭州市移動，在23：04上述回波單體在都江堰市合并加強，形成中尺度對流復(fù)合體，其中心回波強度甚至達到58 dBZ，同時崇州、大邑和邛崍仍有回波不斷生成并向都江堰市方向移動，至23：24回波強度已達70 dBZ，并仍在繼續(xù)加強發(fā)展，至23：44回波開始減弱但范圍不斷擴大，強度維持在40 dBZ，并向東北方向的什邡市移動。都江堰市區(qū)中心在23：25左右開始降雹，最大直徑為6 cm，造成露天停放的汽車玻璃破碎等經(jīng)濟損失（圖3）。

3.2? ? 垂直剖面

由圖4可看出，2019年4月26日23：30沿都江堰市區(qū)—郫縣—成都做剖面所得到的垂直剖面圖，回波頂高最大為13 km，雹云伸展到-20 ℃層高度以上，回波隨高度升高發(fā)生傾斜，低層風(fēng)較強，有明顯的回波“穹窿”結(jié)構(gòu)，最大回波強度已達70 dBZ，強回波中心高度較低，形成了利于降雹的環(huán)境條件。

3.3? ? 垂直累積液態(tài)水含量

垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是辨別強風(fēng)暴中是否含有冰雹降水的重要參數(shù)，在不同的月份和地區(qū)其值差別也較大，但在降雹前VIL通常有個“躍增”現(xiàn)象。依據(jù)經(jīng)驗，成都地區(qū)在4月VIL值達到20 kg/m2時就要做好防雹工作，此次天氣過程發(fā)生時，VIL值在23：04為10 kg/m2，到23：19躍升到55 kg/m2，至23：39下降至40 kg/m2，隨后逐漸減小，降雹過程結(jié)束（圖5）。綜觀此次降雹天氣過程，VIL值躍升現(xiàn)象明顯，可作為降雹時的重要依據(jù)，對防雹作業(yè)指揮人員有重要指示價值。

4? ? 人工防雹作業(yè)

針對此次強對流冰雹天氣過程，成都市人工影響天氣中心積極與西南民航空管區(qū)溝通，在空域繁忙的成都西部，仍開展了3批次的防雹作業(yè)。在回波單體開始形成的初級階段，人影指揮中心在20：00就陸續(xù)在郫都和溫江區(qū)申請消雹作業(yè)，至20：51得到空管區(qū)同意，在蒲江、邛崍、郫都和溫江開展10炮次的防雹作業(yè)，用彈107發(fā)。第二階段為22：00，彭州市回波發(fā)展旺盛，其5個炮點均在22：24—22：25開展防雹作業(yè)，用彈量100發(fā)。第三階段為23：00，大邑和崇州方向的孤立單體回波合并后繼續(xù)向北邊的都江堰市移動，得到作業(yè)批復(fù)命令的時間為23：36—23：48，人影中心指揮蒲江、崇州和都江堰的高炮進行防雹作業(yè)，用彈量83發(fā)。此次強雹作業(yè)過程，民航空管局給予了大力支持，把雹災(zāi)損失降到最小，但都江堰市中心區(qū)域遠離高炮防御控制范圍，在23：25開始產(chǎn)生了降雹，持續(xù)時間為10 min，冰雹直徑最大為6 cm，造成了較大經(jīng)濟損失。

5? ? 結(jié)語

（1）此次冰雹天氣過程是我國西北地區(qū)大槽東移并疊加高原短波槽東移引起的，孤立單體的合并加強了回波強度，強中心最高達70 dBZ。

（2）冰雹發(fā)生前大氣不穩(wěn)定能量快速上升，對流有效位能、對流抑制能量、沙氏指數(shù)、K指數(shù)、0 ℃和-20 ℃層高度的物理量變化對冰雹強對流天氣的發(fā)生發(fā)展具有重要的指示意義。

（3）冰雹形成時的回波頂高、“穹窿”結(jié)構(gòu)和強回波中心對冰雹的落區(qū)預(yù)報預(yù)警也有很好的科學(xué)價值;降雹開始前的垂直累積液態(tài)水含量“躍增”可作為降雹開始時刻的參考指標。

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