摘要:
利用多普勒雷达资料和Micaps资料，对贵州2017年4月5日贵州冰雹天气过程进行分析，揭示强对流天气的环流形势和影响系统，以及各种有利于大冰雹生成的因素和回波特征。分析发现：该次降雹属典型的贵州热低压辐合线型(或高空槽型)，降雹区位于地面辐合线南侧，冰雹直径在10 mm以上的站数占总站数的61%，最大直径为20 mm；CAPE、SSI、K、Si指数和垂直风切变等大气对流参数很好地预示此次强对流天气的发生。本次过程具备适宜冰雹生长的0℃和−20℃层高度的条件，两层之间厚度3 km；这次雹暴具有强烈对流风暴的回波特征：反射率因子图上的弓形回波、悬垂结构、有界弱回波区、三体散射和中层径向辐合。贵阳回波定高为31.5 kft，强回波区高度扩展到−20℃层以上，垂直液态水含量最大值为8.03 kg/m2；5日EC模式给出了较好的预报结果，但是对于地面风场的预报明显低于实况，特别是安顺至贵阳北部的南风，模式预报6~8 m/s，实况13时持续增强到8~12 m/s，因此模式预报强降水落区比实际偏南，实际应用时需要根据地面实际风场分析辐合线位置及辐合强度，对落区进行订正。
Abstract:
Using Doppler radar data and Micaps data, this paper analyzed the hail weather process in Guizhou on April 5, 2017, and revealed the circulation situation and influence system of severe convective weather, as well as various factors conducive to the generation of large hail and echo characteristics. It was found that the hail was a typical low-pressure convergence line (or high-slot type) of Guizhou heat, and the hail area was located in the south of the convergence line of the ground. The number of stations with a diameter of 10 mm or more accounted for 61% of the total stations, and the maximum diameter was 20 mm. Atmospheric convection parameters such as CAPE, SSI, K, Si index and vertical wind shear predicted the occurrence of severe convection weather. In this process, the height of 0˚C and −20˚C layers suitable for hail growth was obtained, and the thickness between the two layers was 3 km. This hailstorm has the echo characteristics of strong convective storm: bow echo, drapery structure, bounded weak echo region, Trisolarum scattering and intermediate radial convergence on the reflectivity factor diagram. The height of Guiyang echo was set at 31.5 kft, and the height of the strong echo zone expanded above the −20˚C layer. The maximum value of vertical liquid water content was 8.03 kg/m2. 5 EC model gives better prediction results, but for actual forecast is significantly lower than the ground wind field, especially in the north of Anshun to Guiyang south, model forecast 6~8 m/s, when live 13 continues to increase to 8 to 12 m/s, so the model forecast heavy rainfall area south, than the actual need ac-cording to the actual surface wind field analysis in actual applications convergence line position and intensity of convergence, the correction was carried out on the drop zone.
1. 引言
冰雹是由生命期较长的强风暴系统产生的强对流天气现象之一，具有发展速度快、持续时间短、影响范围较小等特征，降雹的同时往往伴随短时雷雨大风、强降水等灾害性天气，给人民带来经济损失甚至威胁生命 [1]。
国内外对冰雹研究比较多 [2] - [11]，很多学者对贵州的冰雹研究发现 [12]：春季是冷暖气流在贵州互相交绥形成锋面最频繁的季节，为冰雹发生提供最强劲的动力抬升条件。另一方面，春季低层南风显著增强，气温回升比高层快，大气层结激烈趋向不稳定发展，同时中低层垂直风切变明显加强，有利于对流强风暴的生成。再者，低层南风增强输送暖平流，使得低层能量增加，在有逆温层的覆盖下，低层能量积聚，一旦有抬升条件，则爆发冰雹等强对流天气。贵州的降雹主要分为静止锋型、冷锋型和热低压辐合线型。其中热低压辐合线型占春季降雹的33.8%，也是最易出现大冰雹的天气类型。在4月，乌蒙山脉对西风气流产生的背风波则在贵州中部东、西带中出现多个小区域多雹区。本文就以此次典型的热低压辐合带型冰雹进行具体分析，以期能对以后的本类型冰雹预报提供一定的参考。
2. 过程概述
4 月 5 日
17时至
4 月 6 日
08时，贵州中西部地区出现雷雨、冰雹、大风等强对流天气(图1)，清镇市区及辛店(18:09)、暗流(18:37)、修文县城区(19:05)、王庄(19:16)、卫城(19:22)、白云的牛场(19:30)、犁倭(20:08)和站街(20:15)、乌当的百花和水田(19:51)、花溪区三江(21:20)、贵阳市城区(21:21)、余庆县花山和构皮滩共18乡镇出现冰雹，其中11站冰雹直径为10 mm及其以上，最大冰雹直径为花溪区三江社区周家寨村20 mm，清镇城区出现27 m/s的大风；全省共出现暴雨2县城(清镇60.8 mm、白云57.7 mm) 30乡镇，大雨5县城(贵阳42.5 mm、乌当39.6 mm、平坝37 mm、修文35.4 mm、花溪30.1 mm) 92乡镇，最大小时雨强为农牧场的58.9 mm。
据民政系统初步统计上报汇总，此次灾害性天气过程导致贵阳市南明、乌当、白云、清镇共4个区(市)不同程度遭受风雹灾害。40,204人受灾，南明区因灾死亡1人，紧急转移安置3人；农作物受灾1884公顷，其中成灾1681公顷、绝收18公顷；因灾严重损坏民房1户3间，一般损坏民房19户59间。因灾直接经济损失4000余万元，其中清镇市3700余万元。
Figure 1. Strong convection at 08:00~08:06 on April 5, 2017
图1. 2017年4月5日08时~6日08时强对流实况
3. 天气形势和环境条件分析
3.1. 天气形势
这次强冰雹天气过程的影响系统有200 hPa高空急流、500 hPa高空槽、700 hPa西南急流和切变线、850 hPa切变线和地面低压及其辐合线。由综合天气图(图2)可见，强对流天气发生在200 hPa高空急流南侧。
对比5日08时，在20时：500 hPa高空槽东北移至山西南部–重庆东部–贵州西北部边缘，青藏高原南侧有短波槽东移影响贵州，−2℃显著变温区随之东移至省的中东部，−2 hPa变高区由贵州西部扩大至全省，干区由全省缩小至省的南部和东部；700 hPa川中切变东移并形成低涡，低涡切变位于重庆北部–川东南，西南急流在云南东部建立，迅速增强东南移至华东沿海，其西段南移出贵州，风速为12~20 m/s，温度脊基本维持于重庆–贵阳–广西，全省T75 ≥ 15℃，其中西部T75 ≥ 18℃，全省大部湿度较高；850 hPa人字形切变略有东移加深，温度脊维持，急流由广西西部–华东沿海减弱北抬至广西北部–湖南东部，风速为12~14 m/s，T85 ≥ 23℃区域扩大至全省，中西部和南部地区升高至T85 ≥ 25℃，湿区也随着强对流天气的发生而由全省缩小至省的北部和东部。
5日08时地面辐合线位于省的中北部，贵州受热低压影响；14时辐合线略有南移，低压发展，17~20时辐合线基本维持，湖北–重庆有弱冷平流入侵，低压略有减弱，
4 月 6 日
02时辐合线明显南移至贵州南部–西部。
环流形势分析可见此次降雹属于典型热低压辐合线型，也叫高空槽型，与“贵州大多数冰雹都发生在边界层辐合线附近及其南侧1~2个纬度，几乎所有降雹过程都有直径大于10 mm的冰雹出现，有52%的降雹过程出现了直径大于20 mm的大冰雹”吻合。
Figure 2. Comprehensive mesoscale analysis of severe convection at 08:00 (a) and 20:00 (b) on April 5, 2017
图2. 2017年4月5日08时(a)和20时(b)强对流中尺度综合分析
3.2. 环境条件
4 月 5 日
20时，贵阳Si指数由08时的0.3℃降至−1.6℃、K指数由08时的18℃升至39℃、CAPE由08时的10.9 J/kg飙升至526 J/kg (图3、图4)，表明贵阳附近处于层结不稳定状态。(T-Td)7为3℃，(T-Td)8为7℃，符合热低压辐合线型降雹的其一小于等于4℃的要求。风暴强度指数(SSI)可用于区分强雷暴与非强雷暴。在我国大陆一般取SSI > 60作为出现对流天气的指标，贵阳在08时SSI就达到258，20时上升至267.9，可见本次强天气的强度之大。分析5日20时探空可见(图5)，贵阳地面为东南风，850 hPa为西南风，500 hPa为西南偏西风，风速随高度增加，风向顺转，特别是地面至850 hPa之间的风向顺转幅度最大。贵阳深层垂直风切变为2.3 × 10−3s−1，属于中等偏强垂直风切变，有利于对流不稳定能量的释放，从而形成对流天气。
当天0℃层高度位于4400米左右，即600 hPa以下，这样的高度使得对流云可向更高处发展，使底层的水汽通过强烈的上升运动能够达到该高度，为冰雹生成提供了丰沛的水汽条件，且当雹粒增长到足够大而下落时，不至于因暖层过厚而被融化。−20℃层高度位于7400米左右(400 hPa)，−30℃层高度位于9000米左右，0℃~−20℃层间的厚度为3 km，利于产生大冰雹。
Figure 3. Distribution of SI index (left) and Ki index (right) at 20 o’clock on April 5, 2017
图3. 2017年4月5日20时SI指数(左)和Ki指数(右)分布
Figure 4. Distribution of CAPE index (left) and 0˚C layer height (right) at 20 o’clock on April 5, 2017
图4. 2017年4月5日20时CAPE指数(左)和0℃层高度(右)分布
Figure 5. −20˚C layer height (left) and sounding map of Guiyang station (right) at 20 o’clock on April 5, 2017
图5. 2017年4月5日20时−20℃层高度(左)和贵阳站探空图(右)
4. 雷达回波特征
05日17:00，在我省中部地面辐合线附近生成零星的对流回波，强回波中心为30 dBz；在18:10回波逐渐发展成一条线，辛店镇上空风暴中心达50 dBZ以上，有冰雹降落，直径为10 mm；20:40回波进一步增强，形成“弓”形回波，出现一系列降雹过程，其中，清镇市区上空风暴中心达75 dBz，有20 mm的大冰雹降落，并伴随着雷雨大风，短时强降水等强对流天气；21:20回波继续东移南压，贵阳市区上空风暴中心达55 dBz，有冰雹降落，直径为6 mm，伴有闪电和短时强降水天气；22:00以后，回波开始减弱，“弓”形回波开始断裂，此次降雹过程基本结束，后续主要为短时强降水和雷电天气；06日03时以后，回波减弱到35 dBz以下，短时强降水结束，仅有零星闪电；08时，回波移出我省(图6)。
Figure 6. Combined reflectivity at 18:10, 20:40, 21:20 on the 5th and 03:00 on the 6th
图6. 5日18:10、20:40、21:20、06日03:00组合反射率
20时27分回波移到贵阳市区北部一线，清镇南部gr2analys系统识别到大冰雹，直径为1.42英寸，中心回波强度达70 dBz。强回波伸展高度很高，垂直方向出现悬垂形态和有界弱回波区，表明风暴云的倾斜和强烈的旋转，暖湿气团被倾斜气流抬升到高层(图7)。21时19分gr2analys系统在贵阳市区上空识别出0.59英寸小冰雹，回波中心强度为50 dBz以上，中心回波位于约12千英尺位置，有明显的三体散射和悬垂回波结构(图8)。
5日21:22，贵阳回波定高为31.5 kft，与降强冰雹的时间有较好的相关性；垂直液态水含量最大值为8.03 kg/m2。
Figure 7. Basic reflectance (left) of the radar’s 1.6 degree elevation angle and its vertical profile of the echo over Qingzhen (right) at 20:27 on April 5th
图7. 5日20:27贵阳雷达1.6度仰角基本反射率(左)及其清镇上空回波垂直剖面(右)
Figure 8. Duyun radar basic reflectance of 2.4 degree elevation (left) and its vertical profile of Guiyang echo (right) at 21:19 on April 5th
图8. 5日21:19都匀雷达2.4度仰角基本反射率(左)及其贵阳上空回波垂直剖面(右)
最后将实况与EC模式预报进行对比，发现5日环流形势和环境条件有利于降水天气发生，模式给出了较好地预报结果，但是对于地面风场的预报明显低于实况，特别是安顺至贵阳北部的南风，模式预报6~8 m/s，实况5日11时南风增强到6~10 m/s，13时持续增强到8~12 m/s，因此模式预报强降水落区比实际偏南，实际应用时需要根据地面实际风场分析辐合线位置及辐合强度，对落区进行订正。
潜势预报时需要考虑对流发生的起始位置，再结合模式预报产品分析对流移动影响区域，以及移动过程中环境条件对对流发展的作用，并根据环境物理参数状况及演变判断强对流天气类型。
5. 结论
1) 此次强冰雹过程发生在高层有急流、高空槽、切变线和西南急流、地面有热低压和辐合线的环流形势下，属典型的贵州热低压辐合线型(或高空槽型)，降雹区位于地面辐合线南侧，冰雹直径在10 mm以上的站数占总站数的61%，其中最大直径20 mm。
2) CAPE、SSI、K、Si指数和垂直风切变等大气对流参数能够很好地预示强对流天气的发生。本次过程具备适宜冰雹生长的0℃和−20℃层高度的条件，两层之间厚度3 km。
3) 这次雹暴几乎具有强烈对流风暴的回波特征：反射率因子图上的弓形回波、悬垂结构、有界弱回波区、三体散射和中层径向辐合。贵阳回波定高为31.5 kft，强回波区高度扩展到−20℃层以上；垂直液态水含量最大值为8.03 kg/m2。
4) 5日EC模式给出了较好的预报结果，但是对于地面风场的预报明显低于实况，特别是安顺至贵阳北部的南风，模式预报6~8 m/s，实况13时持续增强到8~12 m/s，因此模式预报强降水落区比实际偏南，实际应用时需要根据地面实际风场分析辐合线位置及辐合强度，对落区进行订正。
基金项目
中国气象局公益性(气象)行业专项：中国不同气候区域夏季短时强降水的中尺度结构特征对比分析及关键预报因子研究，GYHY201506006；中国气象局预报员专项：多源格点温度预报订正技术方法研究，CMAYBY2018-067。
NOTES
*通讯作者。