張曉芳，馬中元，王立志，陳鮑發(fā)，邱雯婷

( 1.婺源縣氣象局，江西 上饒 333200；2.江西省氣象科學(xué)研究所，江西 南昌 330046；3.中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029；4.景德鎮(zhèn)市氣象局，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

1 引 言

冰雹的發(fā)生往往造成嚴(yán)重的生命、財(cái)產(chǎn)的損失，江西冰雹天氣發(fā)生的頻率較高，大冰雹也時(shí)有發(fā)生，而冰雹的出現(xiàn)一般都有初生、發(fā)展和減弱的過程，通過研究2021 年3 月30—31 日江西的大冰雹天氣過程，找出冰雹發(fā)生發(fā)展階段的雷達(dá)回波、強(qiáng)回波面積、雨量等變化的規(guī)律，試圖找到它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展規(guī)律，從而更好地做好預(yù)報(bào)服務(wù)。

國內(nèi)外的一些專家學(xué)者從事冰雹研究，取得了一些成果。陳鮑發(fā)等[1]得出在江西WebGIS 雷達(dá)拼圖上冰雹的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)：①60～65 dBZ（粉紅色）回波范圍大于10×10 km2，回波形狀呈橢圓形；②30 dBZ（黃）回波界線與60 dBZ 回波界線梯度大；③60～65 dBZ 回波中心有65～70 dBZ（紫色）回波“核”；④強(qiáng)回波下風(fēng)向有“前伸”回波結(jié)構(gòu)。王研峰等[2-14]研究得出降雹對流單體低層反射率因子呈現(xiàn)“V”型缺口，最大回波強(qiáng)度63 dBZ 出現(xiàn)在低層，反射率因子垂直剖面呈有界弱回波區(qū)和回波懸垂；相應(yīng)的徑向速度垂直剖面呈中低層輻合高層輻散特征。最大反射率因子達(dá)到60 dBZ，中等強(qiáng)度以上中氣旋，VIL值和VIL密度分別達(dá)到60 kg/m2和5.0 g/m3，50 dBZ 以上強(qiáng)回波區(qū)伸展到-30 ℃層高度以上。王莎等[15]利用36 個(gè)冰雹個(gè)例，得出冰雹發(fā)生時(shí)，基于風(fēng)暴的最大基本反射率因子、風(fēng)暴頂高、垂直累積液態(tài)水含量平均值分別為62 dBZ、9.9 km、51.6 kg/m2。江慧遠(yuǎn)等[16]分析福建漳州冰雹的回波特征，發(fā)現(xiàn)在降雹過程中，最強(qiáng)回波達(dá)69 dBZ，三體散射回波徑向長度達(dá)16 km，旁瓣回波切向?qū)掃_(dá)20 km，低層的鉤狀回波與入流缺口明顯。文獻(xiàn)[17-19]得出大冰雹風(fēng)暴單體發(fā)展非常旺盛，最大反射因子超過65 dBZ，其高度都達(dá)到5 km 以上；0 ℃和-20 ℃層高度上的最大反射率因子均超過54 dBZ。李曉霞等[20]得出中尺度對流系統(tǒng)MCS，是造成冰雹等強(qiáng)天氣的主要影響系統(tǒng)，且強(qiáng)對流區(qū)主要位于云頂亮溫TBB低值區(qū)的后部和南部。文獻(xiàn)[21-24]研究得出閃電5 min 頻次分布呈現(xiàn)規(guī)律變化，在降雹前4～97 min 出現(xiàn)頻次大于20 fl/(5 min)的峰值，降雹發(fā)生前，閃電活動(dòng)主要分布在對流系統(tǒng)的后部，閃電數(shù)較少，且以負(fù)地閃活動(dòng)為主；降雹期間，閃電頻數(shù)顯著增加，云閃（intra cloud lightning，IC）及正地閃活動(dòng)明顯加強(qiáng)。

相關(guān)研究揭示中層干冷氣流疊加在低層暖濕氣流上形成對流不穩(wěn)定層結(jié)，以及低層逆溫為不穩(wěn)定能量積聚提供了有利條件；中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)對流有組織發(fā)展和維持；地形抬升是冰雹發(fā)生的主要觸發(fā)機(jī)制[25-31]。相關(guān)研究對一次颮線冰雹天氣過程進(jìn)行分析，總結(jié)了颮線過境前后，氣象要素變化比較明顯，風(fēng)向突變、風(fēng)力猛增、氣壓涌升、氣溫急降、相對濕度上升[32-33]。張文海等[34]研究機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)了一種冰雹識別和臨近預(yù)報(bào)的人工智能算法，發(fā)現(xiàn)人工智能對冰雹這類非線性強(qiáng)天氣過程具有較強(qiáng)的識別能力。這些研究成果對江西冰雹天氣的監(jiān)測預(yù)警有重要的指導(dǎo)意義。

利用江西WebGIS 雷達(dá)拼圖平臺、江西省ADTD 二維閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)、江西省自動(dòng)氣象站雨量檢索平臺和MICAPS 系統(tǒng)平臺資料，對江西2021年3月30—31日冰雹天氣過程和超級單體的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，旨在為江西冰雹的監(jiān)測預(yù)警提供理論依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資 料

雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù)來源于江西WebGIS 雷達(dá)拼圖平臺；雷電數(shù)據(jù)來源于江西省ADTD 二維閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)；雨量數(shù)據(jù)來源于江西省自動(dòng)氣象站雨量檢索平臺；TBB 云圖來源于MICAPS 系統(tǒng)平臺。

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)等分析方法，得出回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積、雨量、閃電頻數(shù)、冰雹大小等五要素之間的關(guān)系。收集回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積、雨量、閃電數(shù)據(jù)；對收集獲取的冰雹數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值量化處理，劃分為：無（0）、?。?）、中（2）、大（3）四種類型，并對雷達(dá)拼圖冰雹回波特征、TBB云圖超級單體亮溫特征等進(jìn)行分析。

2.2 方 法

2.2.1 操作流程

打開江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺，選取左上角的雷達(dá)拼圖圖標(biāo)，右側(cè)項(xiàng)目欄設(shè)置：資料選取分鐘，站點(diǎn)類型選取國家站和自動(dòng)站，關(guān)注的區(qū)域選取省際區(qū)域（注：以江西省為中心及周邊6 省部分區(qū)域稱為：省際區(qū)域），站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息選取10 min，日期時(shí)間選取需要查找的雨量數(shù)據(jù)。右下角浮動(dòng)窗口設(shè)置：選擇地圖簡易圖，去除數(shù)值和等值面選項(xiàng)，保留市界、縣界、站點(diǎn)選項(xiàng)。拖動(dòng)左上角地圖放大和縮小的圖標(biāo)，將地圖大小控制在8.00 位置。左下角的日期時(shí)間選項(xiàng)選擇需要查找的回波數(shù)據(jù)，注意選取的日期時(shí)間必須和右側(cè)選取的雨量時(shí)間一致。跟蹤一塊強(qiáng)回波單體的移動(dòng)路徑，記錄最強(qiáng)的回波大小、回波強(qiáng)度大于45 dBZ 的面積和對應(yīng)的最大的10 min雨量。

2.2.2 五要素規(guī)范

（1）回波強(qiáng)度。在江西WebGIS 雷達(dá)拼圖上選取最強(qiáng)回波為回波強(qiáng)度，（2）強(qiáng)回波面積（σ）。選取最強(qiáng)回波強(qiáng)度周邊45 dBZ 以上覆蓋范圍計(jì)算強(qiáng)回波面積（以雷達(dá)拼圖左下角的比例尺為標(biāo)準(zhǔn)，回波面積= 長× 寬）。（3）雨量。對應(yīng)強(qiáng)回波面積之下的國家站（區(qū)域站）10 min 最大雨量值。（4）閃電次數(shù)（Lf），根據(jù)江西省ADTD 二維閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)讀取強(qiáng)回波面積覆蓋及周邊閃電數(shù)據(jù)，以1 小時(shí)為單位。（5）冰雹大?。℉i），在江西WebGIS 雷達(dá)拼圖上劃分為四種：無冰雹（地面無固態(tài)降水）回波強(qiáng)度≤60 dBZ，數(shù)值量化為0；小冰雹（雹徑≤5 mm）回波強(qiáng)度60～65 dBZ，數(shù)值量化為1；中冰雹（雹徑5～20 mm）回波強(qiáng)度65～70 dBZ，數(shù)值量化為2；大冰雹（雹徑≥20 mm）回波強(qiáng)度≥70 dBZ，數(shù)值量化為3。為了在圖上直觀顯示，冰雹的數(shù)值單位擴(kuò)大10倍。

3 天氣實(shí)況與天氣背景

3.1 天氣實(shí)況

2021 年3 月30—31 日，江西出現(xiàn)罕見的大冰雹天氣過程。冰雹自西向東橫掃銅鼓、宜豐、上高、高安、奉新、新建、南昌、進(jìn)賢、余干、樂平、景德鎮(zhèn)、婺源等地，其中銅鼓、南昌市等地還出現(xiàn)罕見大冰雹，最大雹徑超過80 mm，呈放射狀，普通雹徑也在20～50 mm（圖1）。這次江西大冰雹事件，無論是超級單體回波之強(qiáng)、維持時(shí)間之長、影響范圍之廣和冰雹直徑之大都是歷史罕見的。

圖1 2021年3月30—31日江西大冰雹實(shí)況圖

2021 年3 月30—31 日，江西出現(xiàn)的雷暴大風(fēng)較少且小。30 日20 時(shí)—31 日20 時(shí)（圖略，北京時(shí)間，下同），大冰雹所經(jīng)之地，國家站記錄極大風(fēng)速≥17.2 m/s 有7 站，最大風(fēng)速23.3 m/s（南昌市）；區(qū)域站記錄極大風(fēng)速≥17.2 m/s 有33 站，最大風(fēng)速23.3 m/s（南昌市）。這次過程最大風(fēng)速發(fā)生在贛州市信豐（28.0 m/s），但遠(yuǎn)離大冰雹發(fā)生地。

2021年3月30 —31日江西出現(xiàn)的降水較少且小。30 日20 時(shí)—31 日20 時(shí)（圖略）大冰雹所經(jīng)之地，國家站記錄雨量≥30.0 mm/（24 h）的有9 站，最大雨量91.1 mm/（24 h）（景德鎮(zhèn)）；區(qū)域站記錄雨量≥30.0 mm/（24 h）的 有183 站，最 大 雨 量103.0 mm/（24 h）（景德鎮(zhèn)市官莊村）。

這次大冰雹過程主要影響贛北和贛中北部，維持時(shí)間很長。一是超級單體的生命史很長；二是冰雹天氣維持時(shí)間很長。從2021 年3 月30 日20 時(shí)—4 月1 日凌晨，江西北部和中部受到多次冰雹回波系統(tǒng)影響。表1 是回波面積與雨量對照關(guān)系統(tǒng)計(jì)表。

表1 回波面積與雨量對照關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

由此可見，2021 年3 月30—31 日大冰雹天氣過程，雷暴大風(fēng)和降水比江西春季歷史上出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣過程較少且小，但冰雹站數(shù)、影響范圍、維持時(shí)間、冰雹直徑和回波強(qiáng)度都超過歷史上其它強(qiáng)對流天氣個(gè)例，冰雹出現(xiàn)時(shí)次普遍有強(qiáng)回波面積范圍大、雨量小的特征。

3.2 五要素動(dòng)態(tài)曲線圖

2021 年3 月30—31 日江西連續(xù)兩天出現(xiàn)大冰雹天氣過程，是由超級單體和帶上超級單體所致（圖2）。五要素包含：回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積（σ）、雨量、閃電次數(shù)（Lf）和冰雹直徑（Hi）。

圖2 2021年3月30日20時(shí)—31日23時(shí)江西冰雹五要素統(tǒng)計(jì)分析圖

由圖2可以看出五要素基本上成正相關(guān)，冰雹出現(xiàn)時(shí)回波中心大于60 dBZ；強(qiáng)回波面積增大，最大超過4 000 km2；閃電次數(shù)普遍超2 000 fl/h；10 min雨量偏小（普遍小于20 mm），但與冰雹情況成正相關(guān)（圖2中冰雹曲線擴(kuò)大10倍）。

3.3 天氣背景

2021 年3 月30 日20 時(shí)（圖3），高空低槽位于重慶至貴州西部，槽前有明顯的西南急流，500 hPa 長沙西南風(fēng)26 m/s，南昌風(fēng)速為30 m/s；700 hPa 長沙西南風(fēng)風(fēng)速為23 m/s，南昌20 m/s；850 hPa 長沙西南風(fēng)風(fēng)速為14 m/s，三層急流在江西西北部匯合，南昌位于匯合區(qū)附近。匯合區(qū)上空贛北200 hPa有分流區(qū)，高空輻散意味著加強(qiáng)上升氣流的抽吸，加強(qiáng)近地面輻合，除了動(dòng)力抽吸作用，溫度分布的特點(diǎn)是：低溫區(qū)（圖3a，圖3b）。低層850 hPa 在江西中北部及其以東地區(qū)有明顯偏東南氣流，925 hPa 南昌東南風(fēng)風(fēng)速為12 m/s，即伴有超低空急流。低層的明顯偏東氣流與急流一方面把東海上空水汽輸送至對流區(qū)上空，另一方面與西部的西南急流、北部偏東急流產(chǎn)生劇烈輻合，同時(shí)在垂直方向上隨高度增加?xùn)|南風(fēng)轉(zhuǎn)西南風(fēng)形成明顯的暖平流，為上升運(yùn)動(dòng)提供了支撐。850 hPa 切變線位于湖南中部至贛北，切變線上有西南風(fēng)與東南風(fēng)的劇烈輻合，是對流觸發(fā)的重要天氣系統(tǒng)，切變線以南在700 hPa有一急流軸從湖南南部伸向贛西北。低層暖濕，850 hPa 以下為飽和區(qū)，700 hPa 開始變干，500 hPa 湖南中部有明顯干區(qū)，長沙T-Td= 38℃，隨著槽前西南急流東移，干區(qū)移至贛北、贛中上空，“上干下濕”結(jié)構(gòu)為冰雹等強(qiáng)對流發(fā)生提供了有利條件。低層（850～925 hPa）有暖脊發(fā)展，暖脊從廣西經(jīng)湖南南部伸向贛北、贛中，南昌上空T850-500hPa= 28 ℃，低層溫度偏高，且高低空溫差大，為強(qiáng)對流的發(fā)生提供了重要熱力條件與觸發(fā)機(jī)制。此時(shí)，850 hPa 南昌的Td為16 ℃，比濕為14 g/kg，表明水汽條件充沛。

從探空圖上看到（圖3c，圖3d），此次大冰雹過程，在500 hPa 有明顯干層侵入或發(fā)展，受長沙等地干區(qū)東移影響，南昌T-Td從30 日晚20 時(shí)的8 ℃增至31 日08 時(shí)22 ℃。中層急流非常強(qiáng)盛，30 日20 時(shí)600 hPa 西南急流強(qiáng)度達(dá)28 m/s，500 hPa 達(dá)30 m/s，與底層偏東風(fēng)構(gòu)成了強(qiáng)風(fēng)垂直切變，0～5 km 的風(fēng)垂直切變超過30 m/s。同時(shí)，SI 指數(shù)異常偏 小，30 日 晚20 時(shí) 為-5.94 ℃、31 日08 時(shí) 為-4.74 ℃，達(dá)到或超過冰雹等強(qiáng)對流天氣發(fā)生的閾值。K 指數(shù)從30 日晚20 時(shí)的35 ℃增至31 日08時(shí)39.1 ℃，表明不穩(wěn)定能量等條件也異常偏強(qiáng)。CAPE(對流有效位能)中等，31 日08 時(shí)經(jīng)過訂正，南昌CAPE值為848.5 J/kg。

由此可見，本輪強(qiáng)對流天氣的重要天氣系統(tǒng)有中低層多層西南急流、地面倒槽、低層切變線，同時(shí)伴有低層暖脊、“上干下濕”等有利于強(qiáng)天氣發(fā)生的溫、濕條件。水汽條件充沛、大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且伴有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。但與3—4 月江西典型強(qiáng)對流天氣不同的是沒有明顯冷空氣入侵背景，強(qiáng)對流發(fā)生時(shí)高空低槽也沒有明顯東移，強(qiáng)對流的發(fā)生、發(fā)展與中低層切變線附近輻合、低層暖脊發(fā)展、西南急流脈動(dòng)有關(guān)，是典型暖區(qū)強(qiáng)對流型結(jié)構(gòu)。因此，只要滿足水汽、不穩(wěn)定、抬升三大基本條件，在強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定、強(qiáng)不穩(wěn)定能量、強(qiáng)輻合觸發(fā)等作用下，冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣就能發(fā)生發(fā)展。

4 回波系統(tǒng)廓線演變與五要素動(dòng)態(tài)曲線圖

2021 年3 月30 日，江西出現(xiàn)一次罕見的大冰雹天氣過程，南昌冰雹超過歷史記錄，多地出現(xiàn)≥50 mm 的大冰雹。產(chǎn)生強(qiáng)烈冰雹天氣的回波系統(tǒng)是由湖南東南部產(chǎn)生并移入江西的超強(qiáng)超級單體回波系統(tǒng)所致（圖4a）；伴隨超級單體回波的五要素動(dòng)態(tài)曲線，體現(xiàn)出超級單體五要素曲線在高位上運(yùn)行（圖4b）。

20:00，湖南境內(nèi)生成對流回波單體，沿500 hPa高空風(fēng)向東北偏東方向移動(dòng)。20:40，湖南對流單體回波發(fā)展加強(qiáng)，最強(qiáng)回波達(dá)到60 dBZ。21:00，對流回波發(fā)展過程中分裂成兩個(gè)回波單體：A1 回波系統(tǒng)向東北方向移動(dòng)，期間有所發(fā)展加強(qiáng)，但沒有影響江西，于22:40 減弱消散；A 回波是影響江西的主要回波系統(tǒng)，22:00，在向東移動(dòng)過程中發(fā)展成為強(qiáng)烈的超級單體回波系統(tǒng)，22:00，A 超級單體回波影響銅鼓，回波強(qiáng)度達(dá)到70 dBZ以上，強(qiáng)回波面積較大，造成銅鼓出現(xiàn)較大尺寸冰雹。22:40，回波強(qiáng)度有所減弱，影響宜豐北部，出現(xiàn)小冰雹。之后，A 超級單體回波強(qiáng)度保持在60 dBZ 左右約40 min。23:20，A 超級單體回波重新發(fā)展起來，中心強(qiáng)度達(dá)到65 dBZ。23:40，A超級單體回波猛烈發(fā)展起來，中心強(qiáng)度達(dá)到70 dBZ，強(qiáng)回波面積不斷擴(kuò)大，一直保持在3 月31 日01:00，連續(xù)80～100 min 維持超強(qiáng)超級單體回波結(jié)構(gòu)，造成沿途大范圍出現(xiàn)大冰雹天氣，其中，南昌冰雹尺度超過80 mm。23:20—01:00，A 超級單體回波還有一個(gè)明顯特征：形成南北走向的“盾”型回波結(jié)構(gòu)，即超級單體的云砧向北豎起來，像古代盾牌一樣。這種“盾”型回波結(jié)構(gòu)，在江西其它冰雹個(gè)例中，但凡強(qiáng)烈一些的冰雹回波經(jīng)常出現(xiàn)。

A 超級單體回波系統(tǒng)從銅鼓進(jìn)入江西境內(nèi)，回波強(qiáng)度（維持在60 dBZ 以上）、強(qiáng)回波面積（超過10×10 km2）、10 min 雨量（20～30 mm/h）、閃電次數(shù)（維持在3 000 fl/h 高位）和冰雹大小曲線（兩個(gè)高峰區(qū)）基本成正比關(guān)系。

2021 年3 月31 日，江 西 出 現(xiàn)5 次不同強(qiáng)度不同回波系統(tǒng)影響的冰雹天氣過程（其中3次出現(xiàn)較大冰雹，2次出現(xiàn)較小冰雹）。這些冰雹回波系統(tǒng)，一是由湖南與江西交界處產(chǎn)生；二是在江西宜春北部山區(qū)產(chǎn)生。5 次冰雹回波系統(tǒng)由超級單體和回波帶上超級單體兩種形式所致，與3 月30 日超級單體大冰雹個(gè)例有相同之處，受到篇幅限制，3月31日的5次冰雹過程描述省略。

由此可見，3 月30 日江西大冰雹過程的雷達(dá)回波系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)特征：一是回波強(qiáng)度超強(qiáng)，基本上維持在60 dBZ以上，大冰雹發(fā)生在70 dBZ回波中；二是強(qiáng)回波面積超大，大冰雹發(fā)生與超大強(qiáng)回波面積緊密相關(guān)；三是超級單體發(fā)展旺盛時(shí)出現(xiàn)“盾”型回波特征。四是超級單體回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積、10 min 雨量、閃電次數(shù)和冰雹大小曲線成正相關(guān)。

5 冰雹回波典型特征

5.1 雷達(dá)拼圖典型回波特征與統(tǒng)計(jì)

5.1.1 超級單體和帶上超級單體回波特征

3 月30 日16 時(shí)40 分—31 日23 時(shí)50 分，江西境內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)16 次冰雹回波（圖5），主要由超級單體回波（7 次）和回波帶上超級單體或弱超級單體回波（9次）組成。

圖5 2021年3月30—31日 雷達(dá)拼圖典型冰雹回波特征圖

超級單體回波中心強(qiáng)度65～75 dBZ，具有明顯的強(qiáng)回波核（≥70 dBZ）；強(qiáng)回波面積750～4 000 km2；強(qiáng)回波梯度較大1～5 km；下風(fēng)方向有大片中等以下強(qiáng)度的“前伸”云砧回波（圖5a～5f，圖5k）。

回波帶上超級單體或弱超級單體回波中心強(qiáng)度65～70 dBZ，有些個(gè)例具有明顯的強(qiáng)回波核（≥70 dBZ）；強(qiáng)回波面積750～1 500 km2；強(qiáng)回波梯度較大2～5 km；下風(fēng)方向有大片“前伸”云砧回波，由于疊加在其他強(qiáng)回波上而顯現(xiàn)不出。

5.1.2 回波特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過對回波系統(tǒng)的回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波面積、強(qiáng)回波梯度和回波形態(tài)的描述，16 次冰雹個(gè)例統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 2021年3月30—31日江西16個(gè)冰雹個(gè)例回波參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由此可見，2021年3月30—31日，江西連續(xù)兩天出現(xiàn)冰雹天氣，局部地區(qū)出現(xiàn)≥50 mm 的大冰雹，影響的回波系統(tǒng)主要有超級單體和帶上超級單體回波所致。超級單體回波系統(tǒng)是造成江西冰雹天氣的重要的回波系統(tǒng)類型，它的回波中心強(qiáng)度≥65 dBZ，中心出現(xiàn)≥70 dBZ的回波核；60 dBZ回波面積都≥10×10 km2；30～60 dBZ 強(qiáng)回波梯度（最密集區(qū)域）都≤6 km；超級單體具有深厚延的云砧形成的“前伸”回波結(jié)構(gòu)，帶上超級單體的“前伸”回波，由于受到其它強(qiáng)回波的影響被遮擋。

5.2 超級單體TBB云圖亮溫和雷達(dá)拼圖特征

5.2.1 TBB云圖亮溫特征

超級單體回波在TBB云圖上顯示為中尺度對流系統(tǒng)MCS（圖6），A 和B 超級單體MCS 比較經(jīng)典，最低亮溫達(dá)到-109 ℃；MCS 西南端亮溫梯度線十分密集，與超級單體雷達(dá)回波的強(qiáng)回波梯度相對應(yīng)；MCS 表現(xiàn)的云砧結(jié)構(gòu)與超級單體雷達(dá)回波的“前伸”回波相對應(yīng)。

圖6 2021年3月30—31日TBB云圖亮溫特征 a.30日21時(shí)；b.30日22時(shí)；c.30日23時(shí)；d.31日00時(shí)。

A 超級單體MCS 發(fā)生在江西南部，B 超級單體MCS 發(fā)生在江西北部，在TBB 云圖上，AB 兩個(gè)MCS形態(tài)、亮溫強(qiáng)度基本差不多，但產(chǎn)生的天氣卻不同。A-MCS 只是產(chǎn)生一些雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣，B-MCS卻出現(xiàn)了罕見的大冰雹事件，最大冰雹直徑達(dá)到100 mm。

5.2.2 TBB云圖亮溫與雷達(dá)拼圖對比

超級單體MCS 在TBB 云圖上顯示（圖7a、7b），兩個(gè)不同時(shí)刻AB 超級單體MCS 具有相似的亮溫結(jié)構(gòu)，甚至可以看出A 超MCS 亮溫略低于B超，但是，AB 超級單體MCS 卻產(chǎn)生不同天氣。用相同時(shí)間的江西WebGIS 雷達(dá)拼圖來對比AB 超級單體MCS，可見，盡管都具有超級單體結(jié)構(gòu)，但在雷達(dá)拼圖上明顯存在回波強(qiáng)度的不同（圖7c、7d）。

圖7 2021年3月30—31日TBB云圖和雷達(dá)拼圖對比圖 a.30日21時(shí)TBB云圖；b.31日00時(shí)TBB云圖c.30日21時(shí)雷達(dá)拼圖；d.31日00時(shí)雷達(dá)拼圖。

3 月30 日21 時(shí)（圖7c），江西南部A 超級單體回波強(qiáng)度只有55 dBZ；31 日00 時(shí)（圖7d），江西北部B 超級單體回波強(qiáng)度卻達(dá)到70 dBZ，00:20 回波強(qiáng)度甚至超過70 dBZ，回波強(qiáng)度比南部A 超級單體高出三個(gè)量級（1 級/5 dBZ）。雷達(dá)拼圖回波特征很好地揭示了超級單體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了TBB云圖亮溫帶來的誤差。從江西冰雹歷史個(gè)例分析得知，江西冰雹雷達(dá)拼圖回波強(qiáng)度要在≥60 dBZ（粉紅色）才會出現(xiàn)冰雹，大冰雹回波強(qiáng)度要超過70 dBZ。表3 給出這次過程TBB 云圖亮溫與雷達(dá)拼圖回波強(qiáng)度的對比關(guān)系。

表3 2021年3月30—31日江西冰雹TBB云圖亮溫與雷達(dá)拼圖回波強(qiáng)度的對比

由此可見，冰雹超級單體TBB 云圖MCS 有“前伸”云砧結(jié)構(gòu)，亮溫低（-100 ℃左右）、梯度線密集等特征，但這些特征還需要結(jié)合雷達(dá)拼圖回波來揭示超級單體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。南北地域差異是導(dǎo)致TBB 云圖亮溫指示冰雹誤差的原因之一；也有可能雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

6 結(jié)論與討論

利用江西WebGIS 雷達(dá)拼圖平臺、江西省ADTD 二維閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)、江西省自動(dòng)氣象站雨量檢索平臺和MICAPS 系統(tǒng)平臺資料，對江西2021年3月30—31日大冰雹超級單體組合反射率CR 回波強(qiáng)度、地面雨量、TBB 云圖與ADTD 雷電信息等特征進(jìn)行分析，試圖為江西大冰雹超級單體的監(jiān)測預(yù)警提供理論依據(jù)。

（1）2021 年3 月30—31 日大冰雹天氣過程，雷暴大風(fēng)和降水比江西春季歷史上出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣過程較少且小，但冰雹站數(shù)、影響范圍、維持時(shí)間、冰雹直徑和回波強(qiáng)度都超過歷史上其它強(qiáng)對流天氣個(gè)例。匯合區(qū)上空贛北200 hPa 有分流區(qū)，高空輻散意味著加強(qiáng)上升氣流的抽吸，加強(qiáng)近地面輻合，除了動(dòng)力抽吸作用，溫度分布的特點(diǎn)是低溫區(qū)。

（2）此次過程中最強(qiáng)回波、10 min 雨量與冰雹大小成正比；10 min 雨量變化提前于冰雹的出現(xiàn)；強(qiáng)回波面積和雷電次數(shù)普遍正相關(guān)。

（3）超級單體回波系統(tǒng)是造成江西冰雹天氣的重要的回波系統(tǒng)類型。超級單體回波中心強(qiáng)度≥60 dBZ，中心出現(xiàn)≥70 dBZ的回波核；60 dBZ回波面積都≥10×10 km2；30～60 dBZ 強(qiáng)回波梯度（最密集區(qū)域）≤6 km；超級單體具有深厚和蔓延云砧形成的“前伸”回波的盾形結(jié)構(gòu)。

（4）冰雹超級單體在TBB 云圖上具有中尺度對流系統(tǒng)MCS 結(jié)構(gòu)，MCS 西南側(cè)亮溫最低（-100 ℃左右），梯度線密集，MCS 東北側(cè)有云砧形成的云系等特征；在TBB云圖上，超級單體云系基本差不多，但這些TBB 云系是否會出現(xiàn)冰雹？還需要結(jié)合雷達(dá)拼圖用回波來揭示超級單體結(jié)構(gòu)。

江西冰雹分為幾個(gè)類型：初春季節(jié)的冷區(qū)和暖區(qū)冰雹，這個(gè)時(shí)期的冰雹回波強(qiáng)度不一定很強(qiáng)，有時(shí)55 dBZ回波即可出現(xiàn)降雹；進(jìn)入3月份后，江西地面氣溫開始增溫，在強(qiáng)對流天氣條件下的暖區(qū)中，極易形成超級單體回波，或在外來颮線回波帶影響下，江西容易出現(xiàn)較大范圍的冰雹天氣；有時(shí)5—8 月，在一些發(fā)展十分旺盛，回波頂高超過18 km的超級單體中，也會出現(xiàn)冰雹。這些有待進(jìn)一步收集資料開展研究工作。