王云江?姜世荣?周信荔?张应东?柯勇

摘 要：利用彝良县2013—2022年冰雹天气的常规资料、探空资料以及雷达资料等，对发生在彝良县冰雹天气的背景、雷达回波特征以及物理量场等进行深入分析。对该地区冰雹发生前的雷达回波特征和物理量场特征进行统计分析，彝良县冰雹的定量预警指标雷达回波特征参数特征为：最大回波强度＞60 dBz，回波顶高＞10 km，物理量场特征参数为：θse（850～500）≥6.48 ℃，沙氏稳定度指数（SI）≤1.2 ℃，这些指标可作为该地区冰雹天气预警的重要参考。

关键词：雷达回波特征；物理量场特征；冰雹天气；预警

中图分类号：P458.121.2 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

冰雹、闪电和强降水等强对流天气现象具有强度大、时间短等特征，在狭窄的区域内发生容易给人们生产和生活带来严重损失，并且这些强对流天气现象难以预测。冰雹短临预报的前提是冰雹的有效识别，先是从产生冰雹的冰雹云的特征开始，这种识别是由雷达拼图数据完成的，雷达回波特征是识别冰雹回波的关键。因此，有必要研究冰雹的雷达回波特征。同时，对冰雹天气的物理量场参数特征进行分析，能够为冰雹天气的预警提供有力的数据支撑[1]。彝良县位于我国云南省昭通市，地处云南省东北部云、贵、川三省接合部，受低纬度高海拔气候影响，该地区容易发生冰雹。近年来，彝良县城镇化建设不断推进，在城市热岛效应的作用下，下垫面的地面热通量显著增加，有利于雹云的形成与发展。因此，利用彝良县2013—2022年人工防雹站点的常规资料，深入分析该地区降雹冰雹天气预警指标及方法。

1 资料来源与方法

统计2013—2022年昭通市彝良县地面降雹的真实数据资料，此资料主要来源于云南省彝良县气象局记录的冰雹天气过程资料及冰雹灾情等数据，该资料均为实测数据（如降雹时间、地点、直径），共计选取10个冰雹天气个例[2]。随后利用昭通市多普勒雷达资料分析发生冰雹时的雷达回波共性特征，并根据贵州省威宁站探空资料分析物理量场特征。

2 雷达回波特征分析

2.1 雷达回波预警指标

主要利用昭通市多普勒雷达资料对10个不同冰雹天气的案例雷达回波进行垂直剖面分析。经统计分析发现，冰雹出现时，雷达回波中心强度高于45 dBz回波峰高呈现出以下特点：（1）雹云在产生与发展期间，其强度回波60 dBz回波峰高都大于5 km；

（2）在降雹前10次中，有5次出现明显的跃增现象，其中的跃增高度一般在1～4 km之间，变动幅度在10%～55%之间，仅有2个冰雹天气案例的45 dBz回波顶高比较稳定，没有显著的跳跃现象[3]。

2.2 案例分析

2022年7月26日18：00，云南省彝良县方向有大块云团自西向东移动；18：10，云南省彝良县以西方向发展形成了南北两块块状回波，南、北2个区块的回波最大强度都在60 dBz以下，南部45 dBz的回波顶高约为7 km，南部4个区块的回波均向东移动，并有融合的趋势，而北部和南部的回波的最大强度则在60 dBz以下，两块回波都向东运动且合并趋势明显。

18：22，南北两块回波碰撞后进行合并形成了强度45 dBz的回波，并且顶高提升至8 km以上，同时回波中心的强度也达到了60 dBz。18：34，南北两块合并形成后的回波强度45 dBz的回波顶高达到了10 km，回波中心强度也提高至65 dBz。18：45，45 dBz回波顶高逐渐降低至接触地面后，强回波中心面积也随之减小，18：48～18：58，奎香乡境内出现冰雹，直径范围为2～6 mm。由于此次冰雹天气属于云受到碰撞之后形成的雹云，再加上两者形成雹云后的高度、强度均会出现一定的升降，所以这也预示着冰雹天气快要到来。

2.3 雷达回波特征分析

对上述雹云的回波形状及移动速度进行了分析，结果表明，除大部分雹云的回波形为条带，其他雹云回波均为块状。由此可以看出，在冰雹云发展的早期阶段，一般情况下其移速不快，但随着时间的推移，冰雹云发展较为成熟时，其移速显著增加，而不同的回波移速之间相差较大，通常情况下范围在30～60 km/h[4]。

3 物理量场分析

3.1 大气稳定条件

沙氏指数作为衡量大气稳定度的一项重要判别指标，常常被用于冰雹天气预警研判与决策。下图1是彝良县25°S的沿面时间序列图，其中2014年7月7日8：00，沙氏指数（SI）的负值区主要集中东部地区[5]，

而7日沙氏指数的负值不稳定区范围逐渐扩大，同时伴随着强度不断增强，使其负值低于-1.5 ℃以下，此时云南省绝大部分地区正值热力不稳定的时候，给8日的强对流天气发展提供了充分条件。由图1可见，8日8：00除了东北和西南地区的沙氏指數低于0 ℃，尤其是中部和西部，以沙氏指数低于0 ℃为主的负值差异较大，这恰好与此后发生的冰雹天气区域吻合。

冰雹天气发生前，雹区低空往往伴随着不稳定能量的蓄积，加上充足的外部动力条件，其蓄积的不稳定能量随时可能暴发，进而引发冰雹等强对流天气。对该地区10次冰雹活动初期探空数据进行分析，得出以下结论：

假相当位温θse的垂直分布能够在一定程度上反映出当前的大气对流不稳定性[6]，假设θse（850～500）＞0 ℃，Z＜0，则表明假相当位温会随着高度的增加而降低，因此，当大气层不稳定度增加时，此时的大气正处于对流不稳定状态，有利于冰雹天气的产生与发展。通过对彝良县10场冰雹天气的θse（850～500）进行统计对比分析，得出θse（850～500）≥6.48 ℃，平均在1.2 ℃左右，同时得出θse（850～500）＞0 ℃，θse/Z＜0的冰雹天气产生的冰雹灾害较大，冰雹的直径较大。例如：2022年6月18日的冰雹天气，从18日傍晚开始影响彝良县，一直到19日接近凌晨才结束，同时产生了3次冰雹，造成的冰雹灾害面积达1 000 hm2；2022年8月19日傍晚的冰雹天气，在彝良县产生了直径为24 mm的大冰雹，造成了十分严重的冰雹灾害。而θse（850～500）＜0 ℃，θse/Z＜0的冰雹天气由于大气的不稳定度较弱，所以产生的冰雹灾害较小，冰雹的直径较小。

（2）冰雹现象的发生与其所处时期的大气温度垂直分布密切相关。对10次冰雹事件观测到的850和500 hPa气温差进行了统计，结果表明，这10次冰雹事件观测到的850和500 hPa气温差T（850～500）为26～34 ℃，平均气温为28 ℃。这表明该区域的上游区域存在很强的暖湿空气平流，中高层存在很强的冷空气入侵，具有上干冷下暖湿的对流潜势，这对冰雹事件的发生和发展是有利的。

（3）K指数与沙氏指数是反映大气的层结稳定情况的关键指标。通过对25个典型冰雹个例进行统计，发现其中10个冰雹个例的早期气温为34 ℃，K指数大于16 ℃，平均气温为28 ℃。对彝良县10次冰雹过程中大气的层结稳定情况进行统计分析，得出当θse（850～500）≥1.2 ℃、T（850～500）≥28 ℃、K指数≥26 ℃、沙氏稳定指数≤1.2 ℃时，冰雹过程才会发生[7]。

3.2 水汽条件分析

先兆过程主要指的是在强对流天气发生前1～2 d内，该地区已经出现有弱对流降水。通过统计彝良县这10次冰雹天气可以发现，其中超过90%都出现了这样的过程。（2）通过对彝良县的10次冰雹天气进行分析，可以得出彝良县的冰雹天气的水汽主要来自上游的罗坎镇、柿子坝，这10次降雹过程区域都处于800～850 hPa之间[8]。

3.3 垂直风切变

垂直风切变是指随着高度的改变，水平风会发生改变。一般来说，在热力不稳定的情况下，垂向风切变的增强会引起雷暴的进一步增强。在对10次冰雹事件前的探空数据进行深入分析，发现从低级到高层的切变值均在1.3以上，6次的冰雹事件前均出现了很强的垂向风切变，4次的垂向风切变相对较弱。这表明强垂直风切变有利于增强低层水汽促进强对流的出现，为强对流冰雹的发生和发展创造了有利条件。

3.4 特征层高度分析

根据相关观测结果得出，有利于降雹的大气层高度为4.5 km左右，其中-20 ℃的大气层高度为5.5～6.5 km。

尤其是在水汽条件适宜的情况下，温度处于0 ℃或者-20 ℃的大气层能够促进冰雹天气的形成以及雹粒直径增大。通过分别对彝良县10次冰雹天气进行统计分析，得出春季（2—4月）冰雹天气发生前期0 ℃层高度平均在2 000～2 500 m，而-20 ℃层高度平均在5 000～5 500 m，由于气象条件因素不同，春季的彝良县特征层高度相对较低；夏季（5月到7月）冰雹天气发生前期0 ℃层高度平均在3 000～3 500 m之间，而-20 ℃层高度平均在6 000～6 500 m之间，所以可以得出夏季的彝良县特征层高度更有利于冰雹天气的产生[9]。

4 结论

采用雷达回波特征系统对彝良县2013—2022年暴雨冰雹日进行了详细分析，然后再通过探空数据对雨雹的物理量场特征进行分析，得到了如下结论：

（1）2013—2022年，彝良县共计降雹53次，降雹前1 h，60 dBz的强回波中心高度大于5 km，同时45 dBz强回波顶高发生了明显跃增情况，是暴雨冰雹预警的一个关键参照指标。在5、6月时垂直液态累积含水量分别＞38、＞33 kg/m2等雷达产品特征，可以作为彝良县冰雹预警的定量指标。

（2）从彝良县10次大范围的降雹来看，彝良县的降雹面积均在800～850 hPa范围内。对近10个冰雹个例的T（850～500）进行了统计，结果表明，这10个个例中，T（850～500）在26～34 ℃，平均气温约为28 ℃，预示着该区域上游存在强烈的暖湿气流，中高层存在强烈的冷空气入侵，上干冷下暖湿，对冰雹的发生与发展具有有利影响。

（3）由于冰雹天气的监测预警需要综合多方面因素，利用雷达回波特征以及物理量场特征进行综合分析比较，通过绘制回波廓线，然后根据冰雹回波识别相关标准，再根据风暴跟踪信息对回波的移动路径、范围以及速度等参数进行科学分析判断，最后才能够做出客观、准确的冰雹预警预报。

参考文献

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[3] 杨玉峰.基于雷达回波反射率图的冰雹识别系统的研究[D].天津：天津大学，2005.

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[9] 李彦良，石绍玲，郭婧芝，等.风廓线雷达资料产品在冰雹天气过程中的特征分析[J].气象灾害防御，2019，26（1）：19-24.