张 昆，王起唤，王 强，彭艳青

(怀化市气象局，湖南怀化 418000)

冰雹是一种由强对流系统所引发的剧烈天气现象，冰雹的出现具有典型的局地性和短时性，常给农业生产、通信电力以及人民生命财产安全带来了很大损失。怀化市地处湘中丘陵向云贵高原的过渡地带，是冰雹等强对流天气频发地，基本上每年都会出现冰雹天气。2005年2月10日—2月17日出现了长达连续8天的冰雹天气。2013年3月19日，在怀化市南部的靖州县出现了最大雹径达50 mm的强冰雹天气，造成了巨大的经济损失。近年来许多气象工作者对冰雹等强对流天气做了大量深入的研究，也得出了很多有意义的结论。许爱华等[1]通过对2000年以来中国近百次强对流天气个例的环境场进行分析,提出中国强对流天气5种基本类别:冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类、高架对流类，并分析了不同类别的形势配置；孙继松等[2]研究了中国不同区域各类强对流天气的形势配置表现形式及特殊性；鲍向东等[3]对河南省冰雹天气环境参量特征进行了分析；赵强等[4]对商洛地区冰雹天气形势及潜势预报指标进行了研究。这些都是针对某个特定地区的强对流特征研究。因此，针对怀化冰雹天气时空分布、形势配置和环境参量特征的研究，对本地冰雹天气的预报预警和防雹减灾有重要意义。

1 资料与方法

选用怀化地区11个国家气象站2004—2018年降雹日资料进行统计分析。规定某日(20—20时，北京时，下同)，某站出现一次以上的地面降雹时，记为一个雹日。由于有些站夜间无观测任务，只记录20—08时是否降雹，不记录降雹时间，故在做日变化统计分析时，不统计这些没有降雹时间的资料。冰雹大小只统计有记录冰雹直径的，无直径的不在统计范围内。对于怀化地区冰雹天气的形势配置和环境参量的研究，主要选用2004—2018年地面、高空常规观测资料。

2 怀化地区降雹时空分布特征

2.1 空间分布

分析怀化地区11个国家气象站2004—2018年的雹日分布(图1)，可以看出其分布具有一定的地域特点，最南部、最北部以及最西部降雹相对较少，其中新晃雹日最少为3 d。主要降雹区域位于怀化的中部一带，其中辰溪、鹤城、麻阳11个雹日，会同最多达13 d。

图1 2004—2018年怀化地区雹日分布

2.2 时间变化

2.2.1 月变化 怀化地区冰雹的月变化特征非常明显。2004—2018年怀化地区共计出现冰雹87站次，主要出现在冬、春季，其中2、3月出现频次最多，占总频次的83%(图2)。夏、秋两季不易出现冰雹，仅夏季的7月出现过一次。从中也可以得出结论，2、3月为怀化地区降雹期。造成这种明显季节性差异的原因，主要是因为降雹与副热带急流、极锋急流及其锋系位置的季节变化有密切的关系[5]。在这一时段，预报员对冰雹的预报要有高度的敏感性。

图2 2004—2018年怀化地区降雹频次占比月变化

2.2.2 日变化 从87条冰雹发生记录中选取了有明确冰雹发生时间的59条记录，计算了2004年以来一天中不同时段发生冰雹的频率(图3)。从图3可以看出，怀化地区冰雹的日变化特征较明显。除13—14时、20—21时、07—08时基本上未出现降雹以外，其他时段均有冰雹天气出现，其中08—09时、16—17时以及23—00时发生频次最多，占总频次的10%。从不同时段来看，降雹的主要时段集中在午后到傍晚(14—20时)，占34%。23—02时次之，占20%。05—08时出现最少，仅占5%。由此也可以说明，热力条件在冰雹天气发生时起重要重用。

图3 2004—2018年怀化地区降雹日出现频率日变化

2.3 冰雹直径

从70站次有效的冰雹直径观测记录统计(图略)发现，怀化地区冰雹直径主要集中在10 mm以下，有65站次。直径20 mm以上的大冰雹出现较少，仅出现4站次，最大冰雹为2013年3月19日晚靖州观测到直径50 mm的特大冰雹。

3 怀化地区冰雹天气主要形势

采用许爱华等[1]人的方法，选取了2004—2018年影响怀化的降雹过程，对怀化地区冰雹天气主要形势配置进行了分析，发现高架对流类天气形势是导致怀化产生冰雹的最主要类型，且多为连续性过程。经统计，2004—2018年的冰雹天气过程中，高架对流类占77%，低层暖平流强迫类占13%，斜压锋生类站6%，高空冷平流强迫类和准正压类各占2%。因此，高架对流类的天气形势是重点研究的对象。

高架对流是发生在地面锋线北部冷气团中，近地面附近为稳定的冷空气控制，同时低层有明显的逆温，近地面的气块难以穿透逆温层继续上升，而是逆温层之上的气块在一定条件下绝热上升产生的对流。怀化此类型降雹主要发生在2—3月，冰雹发生前期有较强冷空气南下，地面图上，怀化一般处于冷高压底部或底后部。高空图上850 hPa或925 hPa以下为冷垫，为北风或东北风影响；850 hPa有切变线、干线和锋区，为逆温层以上气块提供了动力抬升条件，而此层急流轴往往位于华南中北部；700 hPa上急流轴位于江南中南部，强暖湿气流沿低层冷垫做斜升运动，同时700～500 hPa对流不稳定以及急流轴附近强风切变有利于形成对称不稳定；500 hPa上往往有低槽东移，槽前正涡度平流造成局地涡度增加，系统性上升运动加强，有时温度槽略超前于高度槽，形成对流不稳定，都非常有利于形成高架对流和冰雹。这种天气形势下，怀化地区冰雹直径较小，一般在6 mm以下。

4 怀化地区产生冰雹的环境参量

高架对流是怀化产生冰雹的最主要天气类型，为了研究产生冰雹的条件，选取了2004—2018年高架对流天气形势下的冰雹事件，分别计算冰雹发生前最近时次怀化探空站代表不稳定层结条件的700 hPa和500 hPa的温度差(T700-500)、500 hPa和700 hPa假相当位温差(θse(500-700))，反映能量条件的订正对流有效位能(CAPE)，反映水汽条件的850 hPa比湿(q850)和700 hPa比湿(q700)，以及850～500 hPa垂直风切变，0 ℃层高度(H0)和-20 ℃层高度(H-20)等参量，分析相关阈值，为冰雹预报提供参考。主要的环境参量见表1。

表1 2004—2018年怀化地区高架对流类环境参量

(1)不稳定层结条件

温度垂直递减率越大，层结越不稳定，越有利于产生冰雹。从表1可知，11 ℃≤T700-500≤20 ℃，700～500 hPa平均温差为16 ℃。同样，强假相当位温垂直递减率也有利于冰雹的产生，根据表1，-13.41 K≤θse(500-700)≤11.42 K，平均温差-1.77 K，θse(500-700)有正有负，且多数为负值，负值越大层结越不稳定，越有利于冰雹的产生。

(2)能量条件

在强对流不稳定层结的情况下，只要有触发机制，便容易产生对流。强垂直温度递减率下出现强上升运动主要依靠的斜压有效位能，对流有效位能可以很小。当然，如果这时对流有效位能也很大，更容易产生冰雹[6]。需要特别注意的是，在高架对流形势下，怀化只有个别冰雹天气发生前对流有效位能较大，大部分降雹前的对流有效位能都非常小，不具代表性和适用性。

(3)水汽条件

雹暴内部含有大量水分，要求低层有足够水汽供应[7]。由表1可知，一般2.27 g/kg≤q850≤7.37 g/kg，平均3.69 g/kg。3.28 g/kg≤q700≤7.79 g/kg，平均5.45 g/kg。对比发现，700 hPa比湿明显高于850 hPa比湿，即较高层比湿大于较低层，与常见的强对流天气以及暴雨天气有明显不同，700 hPa的水汽条件比850 hPa更具有意义，这与周明飞等[8]研究结果一致。

(4)垂直风切变

强垂直风切变有利于冰雹的形成。根据表1，850～500 hPa垂直风气切变在7～41 m/s之间，基本都在20 m/s以上，只有个别个例较小，平均达28 m/s，说明这类降雹过程基本都有较强的垂直风切变。

(5)0 ℃和-20 ℃层高度

除了上述条件以外，产生冰雹还要求有特殊的0 ℃和-20 ℃层高度[9]。据表1统计，0 ℃高度基本为3.2～4.0 km，平均3.6 km左右。-20 ℃高度为6.3～8.0 km，平均6.7 km左右。且0 ℃到-20 ℃层的厚度≥2.7 km。

5 结论

(1)高架对流类是怀化地区产生冰雹的最主要天气形势，主要发生在2月中旬到3月下旬，冰雹直径较小。

(2)怀化冰雹天气主要形势配置为：地面处于冷高压底部或底后部，850 hPa或925 hPa以下为东北风或北风，是一个强冷垫；850 hPa有切变线、干线和锋区；700 hPa有强暖湿气流沿锋面(强冷垫)做斜升运动。怀化高架对流冰雹天气发生的主要环境参量特征为：T700-500≥11 ℃；垂直风切变≥20 m/s，越大越有利降雹；q700≥3.28 g/kg；0 ℃高度为3.2～4.0 km，-20 ℃高度为6.3～8.0 km，且0 ℃到―20 ℃层的厚度≥2.7 km。