顧天紅，張艷梅，李力，朱育雷，李典南

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

貴州地處云貴高原東部，地勢西高東低，天氣復(fù)雜多變，春季冰雹頻發(fā)，每年因雹災(zāi)造成的經(jīng)濟損失達上千萬元，因此對冰雹的的預(yù)報預(yù)警一直以來都是貴州氣象工作者研究的重難點.萬雪麗等[1]對貴州春季強冰雹展開分型研究，并給出了4 種利于降雹的環(huán)流形勢.吳哲紅等[2]對上述4 種分型進行了環(huán)流特征檢驗，表明其基本適用于貴州中西部冰雹天氣.周永水等[3]制作了基于對流參量特征的冰雹潛勢預(yù)報，取得了良好的效果.羅喜平[4]等對中國天眼“FAST”所在地2 次大冰雹過程進行對比分析，得出利于大冰雹降落的環(huán)境場特征和具有指示意義的物理參數(shù).李瑋等[5]利用多普勒雷達和雙偏振雷達對貴州中部一次降雹進行分析，發(fā)現(xiàn)雙偏振雷達在相態(tài)識別上更占優(yōu)勢.劉小艷等[6]利用衛(wèi)星產(chǎn)品的相關(guān)云參數(shù)，給出一些降雹前的閾值參數(shù)和指標(biāo)判據(jù).他們在環(huán)流分型、對流參數(shù)、雷達及衛(wèi)星資料分析等多方面展開冰雹預(yù)報研究，取得了豐富成果，但其短時臨近預(yù)報準確率仍不夠高.

歐陽首承等[7]提出天氣預(yù)報的“潰變理論”，根據(jù)該理論總結(jié)歸納出V-3θ圖分析方法，對轉(zhuǎn)折性天氣如暴雨、冰雹等有良好的預(yù)報效果.近年來，經(jīng)過國內(nèi)多地多年預(yù)報應(yīng)用，該理論方法在暴雨、強對流天氣、大霧的預(yù)報中取得一定的預(yù)報效果.王若升等[8]通過檢驗得出V-3θ圖能較好地預(yù)報西北地區(qū)的冰雹天氣；林文等[9]總結(jié)了閩西北地區(qū)冰雹發(fā)生前后V-3θ圖的結(jié)構(gòu)特征，為當(dāng)?shù)乇㈩A(yù)報提供了新方法；楊麗杰等[10]通過樣本特征檢驗，表明潰變理論對隴東強對流預(yù)報有一定指導(dǎo)性；趙付竹[11]利用V-3θ圖對海南一次大霧天氣進行分析并預(yù)測，得出了一些有利的指示特征.V-3θ圖目前為止在貴州氣象業(yè)務(wù)中研究和應(yīng)用甚少，本文擬對V-3θ圖在貴州冰雹天氣中的結(jié)構(gòu)特征進行檢驗，在驗證其適用性的同時，也為冰雹預(yù)報提供一些新思路和線索.

1 資料與方法

1.1 資料選取利用常規(guī)觀測資料、區(qū)域自動站、災(zāi)情上報資料，挑選了2018—2021 年貴州境內(nèi)主要的冰雹過程，將24 h 冰雹站次達到3 站以上作為一次冰雹過程，共選出60 次.由于貴州境內(nèi)僅有貴陽（57816）和威寧（56691）兩個探空站，根據(jù)具體冰雹落區(qū)選擇其上游的昆明（56778）、宜賓（56492）和沙坪壩（57516）探空站資料作為參考.本文的地圖數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象信息綜合分析處理MICAPS4 系統(tǒng)，即中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）.

1.2 V-3θ 圖簡介V-3θ圖中的V代表風(fēng)速和風(fēng)向，3θ分別為θ（位溫）、θsed（以Td計算的假相當(dāng)位溫）和θ*（理想狀態(tài)下水汽飽和時的假相當(dāng)位溫），在P-T坐標(biāo)系下表示為從左至右依次排列的3 條曲線[12-13].一般而言，冰雹天氣在V-3θ圖上呈現(xiàn)3個典型特征[7]：①滾流效應(yīng).當(dāng)為一致風(fēng)時，低層風(fēng)小而高層風(fēng)大，這種風(fēng)速切變也算順滾流；當(dāng)為非一致風(fēng)時，上層西風(fēng)下層南風(fēng)是順滾流，預(yù)示天氣轉(zhuǎn)差[8].順滾流和逆滾流交替出現(xiàn)稱為多層滾流（圖1）.②超低溫.θ線在300～100 hPa 間陡然左傾或者準平行于P軸，表明對流層頂有“冷蓋”，造成層結(jié)極不穩(wěn)定[10].超低溫特征說明見圖2.③結(jié)構(gòu)非均勻性.若3θ線隨著P的減小向右傾，則說明大氣結(jié)構(gòu)均勻；若3θ線隨著P的減小左傾或不變，表明大氣垂直結(jié)構(gòu)不均勻，多折拐特征說明見圖1.同樣地，水汽條件上，若θsed和θ*圍成的面積有中間濕度大、上下濕度小或上干下濕的“蜂腰”圖像特征，則表明水汽分布極不均勻[8].“蜂腰”特征說明見圖2.

圖1 V-3θ 圖滾流效應(yīng)示意圖Fig.1 The schematic diagram of rolling flow effect of V-3θ

圖2 V-3θ 圖超低溫和“蜂腰”示意圖Fig.2 The schematic diagram of cryogenic and “wasp waist” of V-3θ

2 總體特征檢驗

圖3（a）是2018—2021 年貴州60 次冰雹過程發(fā)生前后的V-3θ圖特征演變，可以看出冰雹發(fā)生前有52 次個例有超低溫現(xiàn)象，占比為86.7%，過程結(jié)束后維持超低溫的僅11次，占比為18.3%，冰雹發(fā)生前后超低溫現(xiàn)象明顯減少.θ線多折拐的個例在冰雹發(fā)生前有56次，占比為93.3%，過程結(jié)束后該類減少至26次，占比為43.3%.冰雹發(fā)生前無逆滾流，出現(xiàn)48 次個例呈整層順滾流和12 次呈多層滾流（順滾流和逆滾流交替出現(xiàn)），分別占比為80.0%和20.0%；冰雹過程結(jié)束后順滾流效應(yīng)完全消失，轉(zhuǎn)變成31 次呈多層滾流和29 次呈逆滾流，分別占比為51.7%和48.3%.θsed和θ*圍成的“蜂腰”結(jié)構(gòu)，表明水汽分布極不均勻，冰雹發(fā)生前有52 次個例出現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)，占比為86.7%，隨著過程結(jié)束后水汽凝結(jié)減少，呈現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)的個例減少至12次，占比為20.0%.

從冰雹過程前后V-3θ圖滾流效應(yīng)變化（圖3（b））可以看出，冰雹過程結(jié)束后滾流效應(yīng)呈明顯變化.冰雹發(fā)生前共有48 次個例呈現(xiàn)順滾流，而冰雹過程后有21 次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，27 次轉(zhuǎn)為多層滾流，分別占比為43.75%和56.25%.冰雹過程前共有12 次個例呈現(xiàn)多層滾流，冰雹過程后，8次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，僅4 次一直維持著多層滾流，分別占66.7%和33.3%.

圖3 2018—2021 年60 次冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.3 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather from 2018 to 2021

3 分型特征檢驗

本文對照降雹落區(qū)選取上游3 個探空站資料作為參考，基于文獻[1]的貴州冰雹天氣概念模型對60 次冰雹過程進行分型.其中，西北氣流型有18個，占比為30.0%；高空槽型有26個，占比為43.3%；鋒前降雹型有10個，占比為16.7%；高架雷暴型有6個，占比為10.0%.

3.1 西北氣流型

3.1.1 特征檢驗 西北氣流型發(fā)生時，500 hPa 高空槽已移至貴州中東部，青藏高原至貴州為偏西北氣流控制，中低層為西南或偏南急流影響，地面為熱低壓，冷空氣12 h 內(nèi)不影響貴州，地面露點鋒區(qū)常與地面輻合線重合，觸發(fā)對流降雹.參考萬雪麗等[1]的研究，西北氣流型冰雹概念模型示意圖見圖4.

圖4 西北氣流型冰雹概念模型示意圖Fig.4 The schematic diagram of weather type of northwest flow

圖5（a）為18 次西北氣流型冰雹過程前后V-3θ圖特征演變.由圖5（a）可知，冰雹發(fā)生前有15 次個例出現(xiàn)超低溫現(xiàn)象，占比為83.3%，而冰雹過程結(jié)束后僅有5 次維持超低溫，占比為27.8%，冰雹發(fā)生前后超低溫現(xiàn)象明顯減少.冰雹發(fā)生前θ線多折拐的個例有17次，占比為94.4%，過程結(jié)束后減少至8次，占比為44.4%.冰雹發(fā)生前無逆滾流，出現(xiàn)13 次個例呈整層順滾流、5 次呈多層滾流，分別占比為72.2%和27.8%，冰雹過程結(jié)束后順滾流完全消失，轉(zhuǎn)變成12 次呈多層滾流、6 次呈逆滾流，分別占比為66.7%和33.3%.冰雹發(fā)生前有13次個例出現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)，占比為72.2%，過程結(jié)束后，隨著水汽凝結(jié)減少，呈現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)的個例減少至5次，占比為27.8%.

圖5 2018—2021 年西北氣流型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.5 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of northwest flow from 2018 to 2021

從西北氣流型冰雹過程前后V-3θ圖滾流效應(yīng)變化（圖5（b））可以看出，過程前共有13 次個例呈現(xiàn)順滾流，而冰雹過程后，5 次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，8次轉(zhuǎn)為多層滾流，分別占比為38.5%和61.5%.冰雹過程前共有5 次個例呈現(xiàn)多層滾流，冰雹過程后僅1 次直接轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏉L流，有4 次一直維持著多層滾流，分別占比為20.0%和80.0%.

3.1.2 典型個例分析 2020 年5 月15 日20∶00至16 日02∶00，貴州北部地區(qū)出現(xiàn)強對流天氣，其中習(xí)水、仁懷、桐梓、播州、紅花崗、湄潭等6 縣（區(qū)）內(nèi)降小冰雹.5 月15 日08∶00—20∶00（圖略），500 hPa 上湖南西部經(jīng)貴州東部至云南東部有一高原槽，貴州受槽后西北氣流影響；700 hPa 上貴州以西南氣流為主，貴州省的中部一線為濕區(qū)，西北部有一暖脊，700 hPa 與500 hPa 的溫差為15 ℃，貴州南部至廣西中北部為風(fēng)速12～16 m/s 的西南急流；850 hPa上，貴州為東南風(fēng)氣流，西北部有一溫度槽南壓，中東部受冷空氣影響為濕區(qū)；地面上，14∶00—17∶00 貴州西北部有輻合線形成，20∶00北部輻合線發(fā)展并有所南壓至貴州中北部一線.

在降雹（21∶00）前13 h 左右的貴陽站V-3θ圖（圖6（a））上，可見風(fēng)場為多層滾流結(jié)構(gòu)，θsed線和θ*線左傾不多，θsed線和θ*線在700 hPa 附近互相靠近，出現(xiàn)“蜂腰”結(jié)構(gòu)，表明水汽垂直分布不均勻.在降雹前1 h 內(nèi)的貴陽站V-3θ圖（圖6（b））上，可見風(fēng)場轉(zhuǎn)為整層順滾流結(jié)構(gòu)，700～500 hPa 之間θsed與θ*與T軸所圍成的鈍角更大，但超低溫結(jié)構(gòu)消失，“蜂腰”更明顯，有利于冰雹出現(xiàn).降雹停止后（圖6（c）），可見風(fēng)場轉(zhuǎn)為多層滾流，“蜂腰”結(jié)構(gòu)消失，但300～250 hPa 出現(xiàn)超低溫.

圖6 2020 年5 月15 日西北氣流型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.6 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of northwest flow on May 15,2020

3.2 高空槽型

3.2.1 特征檢驗 高空槽型發(fā)生前，500 hPa 青藏高原東部及云南中東部有高空槽東移影響，700 hPa為西南氣流，850 hPa 為偏東氣流或東北氣流，切變位于貴州南部到廣西北部之間，地面為熱低壓，貴州中西部為露點鋒區(qū)，降雹區(qū)一般位于地面輻合線南側(cè)至850 hPa 切變線之間[1]，高空槽型冰雹概念模型示意圖見圖7.

圖7 高空槽型冰雹概念模型示意圖Fig.7 The schematic diagram of weather type of upper trough

圖8（a）是26 次高空槽型冰雹過程前后V-3θ圖特征演變.由圖8（a）可知，冰雹發(fā)生前有23 次個例出現(xiàn)超低溫現(xiàn)象，占比為88.5%，過程結(jié)束后維持超低溫的僅4次，占比為15.6%，過程前后低溫現(xiàn)象明顯減少.過程前有24 次個例呈現(xiàn)θ線多折拐，占比為92.3%，過程結(jié)束后減少至10次，占比為38.5%.過程前無逆滾流，出現(xiàn)22 次個例呈整層順滾流和4 次呈多層滾流，占比分別為84.6%和15.4%；過程結(jié)束后順滾流完全消失，轉(zhuǎn)變成14 次呈多層滾流和12 次呈逆滾流，占比分別為53.8%和46.2%.冰雹發(fā)生前有20 次個例出現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)，占比為76.9%，過程結(jié)束后，隨著水汽凝結(jié)減少，呈現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)的個例減少至4次，占比為15.4%.

從高空槽型冰雹過程前后V-3θ圖滾流效應(yīng)變化（圖8（b））可以看出，過程前共有22 次個例呈現(xiàn)順滾流；冰雹過程后，10 次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，12 次轉(zhuǎn)為多層滾流，占比分別為45.5%和54.5%.冰雹過程前共有4 次個例呈現(xiàn)多層滾流，冰雹過程后，分別有2 次轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏉L流和一直維持著多層滾流，占比各為50.0%.

圖8 2018—2021 年高空槽型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.8 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of upper trough from 2018 to 2021

3.2.2 典型個例分析 2020 年5 月2 日14∶00至5 月3 日07∶00，普安、晴隆、興仁、貞豐、安龍、冊亨、水城、織金、大方、普定等10 縣（區(qū)）內(nèi)在雷雨中夾降冰雹，最大冰雹直徑（25 mm）出現(xiàn)在普安縣羅漢鎮(zhèn).

5 月2 日08∶00—20∶00（圖略），500 hPa 上四川至云南北部有高空槽東移影響，槽后配合有溫度槽；700 hPa 上貴州受西南氣流影響，大部為濕區(qū)，云南南部至廣西中部有低空急流生成；850 hPa 上貴州中北部有一低渦暖切，貴州為偏南風(fēng)控制，貴州中部有溫度脊發(fā)展；地面上，貴州西北部受輻合線影響.

由圖9（a）可知，在降雹（21∶00）前約13 h 的貴陽站V-3θ圖上，風(fēng)場為多層滾流結(jié)構(gòu)，θsed線和θ*線接近重合且較為均勻，折拐少.由圖9（b）可知，在降雹前約1 h 風(fēng)場轉(zhuǎn)為整層順滾流結(jié)構(gòu)，300～250 hPa 出現(xiàn)超低溫，表明高層開始降溫，不穩(wěn)定層結(jié)開始建立.850～400 hPa 之間θsed與θ*多處與T軸成大角度的鈍角（450 hPa 處約為180°），折拐多.θsed和θ*線在700 hPa 附近靠近，出現(xiàn)“蜂腰”結(jié)構(gòu)，表明水汽垂直分布不均勻，“上干下濕”明顯，有利于冰雹出現(xiàn).降雹停止后（圖9（c）），超低溫和“蜂腰”結(jié)構(gòu)同時消失，順滾流也轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬訚L流結(jié)構(gòu).

圖9 2020 年5 月2 日高空槽型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.9 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of upper Trough on May 2,2020

3.3 鋒前降雹型

3.3.1 特征檢驗 鋒前降雹型發(fā)生前，地面冷鋒已經(jīng)影響貴州中東部一帶，700 hPa 上重慶至湖北東部有切變線，850 hPa 上在江南南部至貴州南部有切變線，切變線北側(cè)有溫度槽配合，降雹落區(qū)主要出現(xiàn)在地面移動性冷鋒和地面露點鋒區(qū)之間[1]，鋒前降雹型冰雹概念模型示意圖見圖10.

圖10 鋒前降雹型冰雹概念模型示意圖Fig.10 The schematic diagram of weather type of thunderstorms ahead of cold front

圖11（a）是10 次鋒前降雹型冰雹過程前后V-3θ圖特征演變.由圖11（a）可知，冰雹發(fā)生前有9 次個例出現(xiàn)超低溫現(xiàn)象，占比為90.0%，過程結(jié)束后維持超低溫的僅有2 次個例，占比為20.0%，過程前后超低溫現(xiàn)象明顯減少.過程前有10 次個例有θ 線多折拐，占比為100.0%，過程結(jié)束后減少至5次，占比為50.0%.過程前無逆滾流，出現(xiàn)8 次個例呈整層順滾流、2 次呈多層滾流，占比分別為80.0%和20.0%，過程結(jié)束后順滾流完全消失，轉(zhuǎn)變成4 次個例呈多層滾流、6 次呈逆滾流，占比分別為40.0%和60.0%.冰雹發(fā)生前有9 次個例出現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)，占比為90.0%，過程結(jié)束后，隨著水汽凝結(jié)減少，呈現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)的個例減少至2次，占比為20.0%.

由圖11（b）可知，鋒前降雹型冰雹過程前后V-3θ圖滾流效應(yīng)變化明顯，過程前共有8 次個例呈現(xiàn)順滾流，而冰雹過程后，5 次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，3 次轉(zhuǎn)為多層滾流，占比分別為62.5%和37.5%.冰雹過程前共有2 次個例呈現(xiàn)多層滾流，冰雹過程后，各有1 次轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏉L流和一直維持著多層滾流，占比各為50.0%.

圖11 2018—2021 年鋒前降雹型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.11 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of thunderstorms ahead of cold front from 2018 to 2021

3.3.2 典型個例分析 2018 年3 月18 日17∶00至3 月19 日02∶00，貴州中部一線出現(xiàn)強對流天氣，12 縣（區(qū)）境內(nèi)26 站出現(xiàn)冰雹、84 站出現(xiàn)短時強降水，最大冰雹直徑（30 mm）出現(xiàn)在惠水縣長田鄉(xiāng)、最大小時雨強（65 mm）出現(xiàn)在黔南州貴定縣云霧鎮(zhèn).

3 月18 日08∶00—20∶00（圖略），500 hPa 上南支槽位于95°E 并逐漸東移加深，青藏高原東側(cè)有高原槽影響，呈階梯分布，云南有-5 ℃的負變溫區(qū)，貴州受西南氣流影響，有利于帶動高空冷空氣影響貴州；700 hPa 上切變位于四川東部至湖北東部一線，云南北部經(jīng)貴州南部至湖南有風(fēng)速為12～22m/s的西南急流，700hPa與500hPa的溫差為17℃，有利于冰雹等強對流天氣產(chǎn)生；850 hPa 上切變位于貴州東南部至廣西北部，貴州受西南氣流影響；地面上，08∶00 貴州北部有輻合線，冷鋒位于湖南北部至四川東部，至20∶00 輻合線南壓至貴州南部，冷鋒南壓至湖南南部至貴州東部，3 月19 日08∶00 冷鋒南壓至貴州南部，全省為偏北風(fēng)控制.

由圖12（a）可知，在初次降雹（3 月18 日17∶00）前約9 h 的貴陽站V-3θ圖上，風(fēng)場為多層滾流結(jié)構(gòu)，θsed線和θ*線在中低層折拐較少，300 hPa 附近、250 hPa 附近、150 hPa 附近開始出現(xiàn)超低溫結(jié)構(gòu)，θsed和θ*線在800 hPa 附近靠近，出現(xiàn)“蜂腰”結(jié)構(gòu)，“上干下濕”層結(jié)明顯，實況顯示此時只有西北部地區(qū)3 站降雹.由圖12（b）可知，第2 次臨近降雹（3月18 日20∶00）的貴陽站V-3θ圖上，風(fēng)場轉(zhuǎn)為整層順滾流，θsed線和θ*線在中層折拐明顯增多，超低溫出現(xiàn)的高度降低到300～400 hPa，θsed和θ*線在近地面靠近，“上干下濕”層結(jié)高度降低，實況顯示此時在貴州中部集中降雹，范圍和強度均較傍晚時分大.降雹停止（3 月19 日02∶00）后6 h[圖12（c）]，超低溫和“上干下濕”層結(jié)消失，順滾流轉(zhuǎn)為逆滾流.

圖12 2018 年3 月18 日鋒前降雹型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.12 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of upper Trough on March 18,2018

3.4 高架雷暴型

3.4.1 特征檢驗 高架雷暴型分為兩種，一種是云貴靜止鋒后高架雷暴降雹，另一種是冷鋒后高架雷暴降雹[1].由于高架雷暴型冰雹樣本少，故下文將兩種類型合并統(tǒng)計，高架雷暴型冰雹概念模型示意圖見圖13.

圖13 高架雷暴型冰雹概念模型示意圖Fig.13 The schematic diagram of weather type of elevated thunderstorm

圖14（a）是6 次高架雷暴型冰雹過程前后V-3θ圖特征演變.由圖14（a）可知，該類型冰雹過程前有5 次個例出現(xiàn)超低溫現(xiàn)象，占比為83.3%，而過程結(jié)束后未出現(xiàn)維持超低溫的樣本.過程前有6 次個例θ線呈多折拐，占比100%，過程結(jié)束后減少至3次，占比為50.0%.過程前無逆滾流，出現(xiàn)5 次個例呈整層順滾流、1 次呈多層滾流，占比分別為83.3%和16.7%，過程結(jié)束后順滾流完全消失，轉(zhuǎn)變成5 次呈多層滾流、1 次呈逆滾流，占比分別為83.3%和16.7%.冰雹發(fā)生前有6 次個例出現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)，占比為100%，過程結(jié)束后，隨著水汽凝結(jié)減少，呈現(xiàn)“蜂腰”形態(tài)的個例減少至1次，占比為16.7%.

由圖14（b）可知，高架雷暴型冰雹過程前后V-3θ圖滾流效應(yīng)變化明顯，過程前共有5 次個例呈現(xiàn)順滾流，而冰雹過程后，僅1 次直接轉(zhuǎn)為逆滾流，4 次轉(zhuǎn)為多層滾流，占比分別為20.0%和80.0%.冰雹過程前共有1 次個例呈現(xiàn)多層滾流，冰雹過程后，無直接轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏉L流的樣本，1 次一直維持著多層滾流，占比100%.

圖14 2018—2021 年高架雷暴型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.14 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of elevated thunderstorms from 2018 to 2021

3.4.2 典型個例分析 2020 年1 月24 日下午到傍晚，興義、興仁、晴隆、普安、貞豐、安龍、冊亨、開陽等8 縣（區(qū)）內(nèi)出現(xiàn)小冰雹.

1 月24 日08∶00—20∶00（圖略），500 hPa 上四川東部至孟加拉灣有一高空槽，貴州受西南氣流影響；700 hPa 上四川中東部至江蘇南部有低渦切變線（低渦中心位于四川東部），云南經(jīng)貴州至湖南一線有低空西南急流建立，急流核風(fēng)速為16～20 m/s，貴州區(qū)域為濕區(qū)，四川東部至貴州西北部有溫度槽，700 hPa 與500 hPa 的溫差為17 ℃；850 hPa 上切變線位于貴州南部，貴州中東部有溫度槽，850 hPa與500 hPa 的溫差為19 ℃；地面靜止鋒位于云貴之間，鋒后冷空氣持續(xù)補充，靜止鋒緩慢西進.

由圖15（a）可知，降雹（1 月24 日17∶00）前約9 h 的貴陽站V-3θ圖上，風(fēng)場為多層滾流結(jié)構(gòu)，θsed線和θ*線在中低層多向左傾（700 hPa 處與T軸成大角度的鈍角），折拐多；300～250 hPa 出現(xiàn)弱的超低溫結(jié)構(gòu)，θsed和θ*線在700 hPa 附近互相靠近，出現(xiàn)“蜂腰”結(jié)構(gòu)，表明水汽垂直不均勻，“上干下濕”明顯，有利于冰雹出現(xiàn).降雹后3 h[圖15（b）]，超低溫和“蜂腰”結(jié)構(gòu)也消失，多層滾流仍維持不變.

圖15 2020 年1 月24 日高架雷暴型冰雹過程前后V-3θ 圖特征變化Fig.15 The evolution of V-3θ diagrams before and after hail weather of elevated thunderstorms on January 24,2020

4 適用性分析

4.1 檢驗內(nèi)容及評價指標(biāo)將V-3θ圖上同時出現(xiàn)風(fēng)場整層為順滾流或多層滾流、θ曲線多折拐、300 hPa 左右處有超低溫、對流層中低層有“蜂腰”結(jié)構(gòu)這4 種特征時，出現(xiàn)冰雹的概率情況作為其適用性分析.檢驗時段為2018—2021 年3—5 月貴陽站08∶00 和20∶00時V-3θ圖12 h 內(nèi)的預(yù)報效果，預(yù)報內(nèi)容參考美國SPC 的“點到面”檢驗方法[14]，結(jié)合本文實際，即對于貴陽站V-3θ圖的冰雹預(yù)報正確與否，是以貴陽站附近及下游影響區(qū)域是否出現(xiàn)3 站及以上的冰雹判別.

本文采用命中率（POD）、空報率（FAR）和漏報率（MAR）3 種客觀指標(biāo)作為V-3θ圖對貴州冰雹預(yù)報效果的評價[14-15]，另外，參考氣象上的晴雨預(yù)報準確率（PC）評價預(yù)報有無降雹的正確率，其計算方法分別為：

式中，NA為有降雹預(yù)報正確的次數(shù)，NB為空報的次數(shù)，NC為漏報的次數(shù)，ND為無降雹預(yù)報正確的次數(shù).

4.2 檢驗結(jié)果分析表1 給出了2018—2021 年3—5 月貴陽站08∶00 和20∶00時V-3θ圖的逐年命中率、空報率、漏報率和預(yù)報準確率4 個檢驗指標(biāo)的結(jié)果.需要說明的是，因為一天（24 h）有2張V-3θ圖，故表中的“有效V-3θ圖”由（92×2-無資料的時次）計算得到.

表1 2018—2021 年3—5 月貴陽站08∶00 和20∶00時V-3θ 圖檢驗結(jié)果Tab.1 Verification of V-3θ diagrams of Guiyang station at 08:00 and 20:00 from March to May during 2018-2021

可以看出，V-3θ圖12 h 檢驗結(jié)果中命中率和準確率較好，平均值分別為0.664 和0.687，漏報率較低，平均值為0.336，但同時存在空報率也很高，平均值為0.655.這說明，當(dāng)V-3θ圖上同時出現(xiàn)風(fēng)場整層為順滾流或多層滾流、θ曲線多折拐、300 hPa左右處有超低溫、對流層中低層有“蜂腰”結(jié)構(gòu)這四種特征時，對判斷本站附近及下游地區(qū)出現(xiàn)冰雹有一定的預(yù)報指示意義，但同時空報概率較高，故不適合單一使用V-3θ圖作冰雹預(yù)報.當(dāng)存在利于降雹的大尺度環(huán)流和中小尺度系統(tǒng)時，結(jié)合V-3θ圖作為輔助分析，能在一定程度上起到增加預(yù)報確定性的作用.

5 結(jié)論

（1）貴州冰雹發(fā)生前超低溫結(jié)構(gòu)占比約為90%，冰雹過程結(jié)束后占比不到20%；θ線多折拐形態(tài)的占比超過90%，冰雹過程結(jié)束后占比降至40%左右；冰雹過程前無逆滾流，約80%的冰雹過程為整層順滾流，過程結(jié)束后順滾流完全消失；接近90%的冰雹過程θsed和θ*圍成“蜂腰”形態(tài)，冰雹結(jié)束后占比降至20%以下.故超低溫、θ曲線多折拐、整層順滾流、θsed和θ*圍成“蜂腰”形態(tài)是貴州冰雹天氣的必要非充分條件.

（2）根據(jù)貴州冰雹定量化概念模型，對V-3θ圖進行分型特征檢驗，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)流型的冰雹過程，冰雹發(fā)生前后V-3θ圖特征演變有所不同.分析比較各類型冰雹的前后特征數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)冰雹過程結(jié)束后超低溫消失的情況為高架雷暴型＞高空槽型＞鋒前降雹型＞西北氣流型；θ曲線折拐消失的情況為高空槽型＞西北氣流型=鋒前降雹型=高架雷暴型；“蜂腰”形態(tài)水汽分布消失的情況為高架雷暴型＞鋒前降雹型＞高空槽型＞西北氣流型.綜上，高架雷暴型冰雹過程發(fā)生前后V-3θ圖特征最明顯，而西北氣流型V-3θ圖特征最不明顯.

（3）當(dāng)V-3θ圖上同時出現(xiàn)風(fēng)場整層為順滾流或多層滾流、θ曲線多折拐、300 hPa 左右處有超低溫、對流層中低層有“蜂腰”結(jié)構(gòu)這四種特征時，對判斷本站附近及下游地區(qū)出現(xiàn)冰雹有一定的預(yù)報指示意義，但同時空報率較高，且由于V-3θ圖同TLnP圖一樣在時間和空間分辨率上均較低，故不適合單一使用V-3θ圖作冰雹預(yù)報.當(dāng)存在利于降雹的大尺度環(huán)流和中小尺度系統(tǒng)時，結(jié)合V-3θ圖作為輔助分析，可以在一定程度上起到增加預(yù)報確定性的作用.