乐清７．２２冰雹强对流天气过程的分析和预报

摘要 通过对乐清市2007年7月22日形势场、物理量场分析，并利用MM5数值模式预告场的分析，研究乐清7.22冰雹的发生的动力、热力条件；着重利用多普勒雷达产品分析冰雹云发生、发展特征，探讨实现冰雹短时预警的可行性。

关键词 冰雹；过程分析；短时预警；浙江乐清

中图分类号 S165文献标识码A文章编号1007-5739（2008）18-0304-02

乐清市2007年7月22日17时前后发生了一次雷雨、大风、冰雹的强对流灾害性天气过程（以下简称7.22冰雹），3个乡镇的农户遭受严重损失。由于这一过程的突发性和局地性，各级气象台站对于冰雹的发生短期均未预报，乐清站仅在短时提前半个多小时给出预警。

多年来，对于冰雹的发生机制及预报方法曾有过很多研究和论述，特别是新一代天气雷达投入业务后，为冰雹的短时监测、预警提供了有效的手段。但是，由于冰雹预报在技术上的难度，在实际预报服务中对如何建立一个短期、短时预报决策分析方法研究甚少。本文通过7.22冰雹发生的形势和物理量场条件分析，结合MM5数值模式预告产品分析，探讨短期12～24h局地发生冰雹定性预报的思路，着重分析利用多普勒雷达监测的实时资料，结合数值模式预告场探讨冰雹发生前2h以内对于冰雹发生地短时预警的可行性。

1天气过程概况及天气形势背景

1.1天气过程

2007年7月22日下午14时，卫星云图反映浙江西南部丽水、衢州、金华等地有强对流云团发展。15时，该云团迅速向ENE方向扩展，在浙西南发生强降水，其中丽水南部1h降水量达30.9mm。16时，永加、乐清西部发生强降水（乐清岭底乡1h降水29.4mm）。16时30分云团主体向ENE方向移动，17时在乐清中部沿海的石矾、清江一带发生冰雹、强降水和雷雨大风。冰雹最大直径大约1.0～1.5cm，瞬间最大风速达23m/s。18时强对流云团东移至玉环县，强度逐渐减弱。

1.2天气形势场特征

对于7.22冰雹强对流天气过程，各级台站均未能在12h内报出，这是由于这次冰雹过程发生前12h天气形势场特征并不明显。图1a、1b为9月22日8时700hPa、925hPa的天气形势图，700hPa图上切变在淮河以北，浙南沿海处于副高西北缘的干气团中受SW气流控制，850hPa形势和700hPa类似。但925hPa图上浙闽交界处有一弱切变，且有T-TD小于4℃的相对湿区配合、浙中北24h变温为-5～-4℃。上干下湿导致不稳定层结。

另外，从8时大陈、福州、衢州三地的T-LnP图上可以看到：三地沙氏指数＜-5℃，K指数＞30℃，θse850～500＞20℃，700hPa以上均存在正不稳定能量区。大陈站自由对流高度在800hPa附近。0°层大约在580hPa，-20°层在350hPa附近。以上低层弱切变、水汽条件以及不稳定层结状况有利于当天午后强对流系统的发展，也较有利于雹云的生成。

2MM5物理量预告场的分析

据上述形势背景场的分析只能判断午后浙南有雷阵雨或一般强对流天气发生的可能，还难以做出局地冰雹发生的预报，特别是对于冰雹发生的必要条件——强上升气流是否发生发展以及发生时间的定性判断，需要参考中尺度数值模式预告场来进一步分析。我们利用温州MM5模式（21日20时为起始场，预告产品时间间隔3h），对当天物理量场和形势场预告产品进行分析。

2.1θse和垂直流场分析

据MM5提供21日20时至22日20时的北纬28°纬向剖面图和东径120°径向剖面图分析，22日8时之前，在900～700hPa高度层θse等值线较平坦且密集，浙南沿海上空θse900～700＞20℃，属于潜在不稳定。14时θse等值线突然隆起，图2为东经120° 14～17时的剖面图。从图上可以看到，14时温州到乐清上空（28～28.5°N）900～700hPa有1支强上升气流，θse等值线明显倾斜。17时θse等值线密集高值区向上抬升至600hPa。

根据湿位温守恒原理[1]，当等θse面发生倾斜时对流发展，导致气旋性涡度显著增长，上升气流增强，斜压能量快速释放将导致强对流的发生。由此，22日上午可以推断乐清市在14～17时将有强降水、雷雨大风或冰雹发生的可能。

2.2低层流场和水汽条件分析

（1）从MM5提供的925hPa流场预告图上可以看到，21日20至22日8时浙中南沿海为低压环流，14时温州到台州沿海出现1条辐合带线。沿海有1支SW风急流，这种底层辐合流场有利于产生上升运动促使强对流系统发展。

（2）水汽条件及露点锋和能量锋。据700hPa相对湿度RH和T-TD预告图，22日11时浙中南尚处于相对RH＜60%的干区。14时西部湿区快速东移，浙东南沿海处于干湿交界处的露点锋（干线）附近，17时温州沿海已处于RH＞95%、T-TD＜2℃的饱和湿区。有关研究表明干线（露点锋）的快速推进有利于局地强对流系统的发展，据观测资料表明，强雷达回波有60%以上出现在干线附近区域[2]。另外和干线相对应的是能量锋区（图3），从11时开始，浙南沿海出现明显的S-N走向的θse能量锋区，14时，其梯度达到12℃/100km。正是露点锋和能量锋快速东移，促使中低层辐合加强、不稳定能量释放和强对流的发展。

2.3高层辐散、低层辐合

散度场预告图显示14～17时，浙南沿海地区上空300hPa散度为+10～30（10-6/s），850hPa为-20～-30（10-6/s）。低层辐合、高层辐散为强对流发展提供了有利的动力条件。

MM5中尺度数值模式提供了3h间隔的预告场，实践应用表明，MM5模式的24h预告产品在暴雨、强对流预报分析中有较好的可信度。对于冰雹、强对流等局地性灾害性天气中可作为短时预警的重要依据。

3雷达回波特征分析

由于冰雹发生的局地性和突发性，目前对于冰雹发生的时间和地点的短期预报技术有难度，而2h以内的短时预警主要靠雷达监测。对于运用多普勒雷达监测冰雹天气近几年已有很多研究成果，以下我们根据7.22冰雹发生前2h的雷达探测产品分析冰雹的形成过程并探讨提前预警的可行性。

3.1冰雹形成的CAPPI回波特征

从冰雹发生前1h的CAPPI雷达回波图上可以看到，16时2分一个较大的对流单体由WNW向ESE方向移动，另2个小单体由WSW向ENE方向移动。16时32分，先是2个小单位合并成1个较大单位，17时在冰雹发生地2个单位又合并为一个更大的单体，此时回波强度增强到65dBz，同时发生降雹。以上对流单体的合并加强过程相当迅速，仅1个多小时。对流单体的合并意味着能量的集中，辐合上升运动的加强。张培昌等[3]指出：绝大多数冰雹云是由2块以上的对流回波合并形成的，可以是不同移向、移速的回波，也可能是相距不远的回波各自发展扩大而合并。7.22冰雹的发生就是多个对流单体合并的发展过程。

3.2雷达垂直积分液态含水量VIL特征

VIL产品是判别强降水的有效工具之一。郭艳等[4]和邵玲玲等[5]的研究指出：一般产生短时强降水的VIL≥30 kg/m²，产生雷雨大风和冰雹的VIL≥45kg/m²。在夏季只有当VIL≥55kg/m²时才会出现冰雹。一般在降雹前VIL有明显的跃增。7.22冰雹发生前，在16时3分图中指示的单体A的VIL为60kg/m²，17时当冰雹发生时，由于A、B两单体合并，VIL又跃增至65～70kg/m²。

3.3径向速度场特征

从16时2分到17时径向速度产品V图可以看到，16时2分对流单体A、B靠近南北向的0速度线西侧强辐合区内，0线西侧为5～10m/s的正速度区，0线东侧为-10～-5m/s的负速度区，随着0线东移，单体A、B在东移过程中合并加强。

3.4冰雹指数 HI

邵玲玲等[5]指出，冰雹指数与局地灾害性强对流降水有较好的相关性，但直接利用冰雹指数预报冰雹往往会出现空报。因此，应当和垂直液态含水量VIL等产品结合分析。据7.22冰雹发生前15时26分到17时给出的HI产品显示，15时26分单体A以及17时A、B合并后，冰雹概率POH都达到100%，但大冰雹概率POSH=0，SMEH（最大预期冰雹尺寸）＜12.7mm。由于16时32分开始，VIL≥55kg/m²，因此可以在冰雹发生前0.5h得到冰雹发生的预警信息。

3.5回波顶高度和风暴结构

孟冬梅等[6]的统计分析表明，56～65dBz的回波平均高度达10km或者66～75dbz平均回波高度达8.1km均可能发生冰雹。据雷达ET产品和SST产品提供的风暴结构信息，7.22冰雹过程在冰雹发生前1h回波顶高度达15～17km，16时32分67dBz的高度为7.7km，已接近降雹指标，降雹前15min该高度跃升至9.4km。

上述雷达回波特征分析说明，在冰雹发生前0.5～1.0h，利用雷达提供的CAPPI、VIL、HI、V以及风暴结构等产品的综合分析，可以得到冰雹的发生时间和地点预警分析依据。

４讨论

通过上述7.22冰雹过程分析，我们对局地冰雹的发生及预警提出如下几点认识：

（1）7.22冰雹是在低层切变辐合、高层辐散、露点锋和能量锋快速东移以及各种有利的动力、热力条件下发生，多个对流单体的合并是冰雹云生成的直接原因。

（2）局地冰雹的短期12～24h预报技术上难度较大，但12h内的定性预报可以通过中尺度数值模式的物理量场、形势场产品分析结合实时天气形势场综合分析做出判断，并为短时预警提供依据。

（3）新一代天气雷达提供的CAPPI、VIL、V和HI等多种产品的综合分析对冰雹云的发生发展提供了依据，同时，也为冰雹的短时预警提供了分析手段。

（4）冰雹的发生区别于一般的雷暴或对流性强降水。单凭形势场分析难以判断，在预报中必须注意多种物理量以及雷达、卫星探测资料的综合分析，在中尺度模式提供预告场的定性预报基础上，及时利用多普勒雷达的探测信息实现冰雹发生地的0.5～1.0h的预警是有可能的。

5参考文献

[1] 吴国雄，蔡雅平，鲁晓清，等.湿位涡和倾斜涡度的发展[J].气象学报，1995，53（4）：387-404.

[2] 陆汉城，杨国祥.中尺度天气原理和预报[M].北京：气象出版社，2004.

[3] 张培昌，杜秉玉，戴铁怌.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2001.

[4] 郭艳，应冬梅，刘冬梅.江西4.12降雹过程的多普勒雷达资料分析[J].气象，2006，31（11）：47-51.

[5] 邵玲玲，黄立，王倩怡，等.冰雹指数产品分析及在灾害性强降水预报中的应用[J].气象，2006，32（11）：48-54.

[6] 应冬梅，许爱华，黄祖辉.江西冰雹、大风与短时强降水的多普勒雷达产品的对比分析[J].气象，2007，33（3）：48-53.

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