冰雹天气背景及回波系统演变

辛玮琦，马中元，陈鲍发，宋 雄，范小军，洪丽霞

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.宜丰县气象局，宜丰 336300；3.景德镇市气象局，景德镇 333000)

0 引言

冰雹是江西春季主要的强对流天气之一。在天气图上，产生冰雹的天气背景比较明朗，但确定冰雹天气的发生地点与发生时间，却十分困难。在雷达拼图上，江西冰雹发生在超级单体回波、飑线回波带上超级单体或强单体回波、回波短带上强回波单体等回波形态上。冰雹天气的发生地点与具体时间，只能利用范围更广泛的雷达拼图资料来监测预警，这对提高江西春季强对流天气的监测预警有重要的意义。

国内外专家学者对冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了大量研究与分析，取得了丰硕的研究成果。例如：李聪[1]等指出降雹超级单体存在钩状回波、回波悬垂、三体散射等雷达回波中尺度特征。王研峰[2]等指出降雹对流单体最大回波强度(63 dB)出现在低层。覃靖[3]等得出大冰雹临近预警指标：最大反射率因子达到60 dBz，中等强度以上中气旋，旋转速度达到24 m/s；VIL值和VIL密度分别达到60 kg/m2和5.0 g/m3。黄晓龙[4]等得出冰雹成熟期根据系统的回波形态可以分为飑线形成、弓形回波、雹暴单体爆发3个阶段。陈鲍发[5]等使用江西WebGIS雷达拼图数据对江西冰雹进行分析，得出江西冰雹预报着眼点：60 dBz回波范围大于10 km×10 km，回波形状呈椭圆形；30～60 dBz回波界线梯度大；60 dBz回波中心有65～70 dBz回波“核”；强回波下风向有云砧形成的“前伸”回波结构。马中元[6-8]等研究得出飑线移动前方不断产生具有“前伸”、TBSS和假象回波结构的局地雹云超级单体回波群；江西副热带高压边缘超级单体回波具有55～60 dBz块状回波结构，垂直液态水含量VIL达到60 kg/m2；相对风暴速度SRM和垂直径向速度VCS图上，都具有相邻的正负速度对和达到中等以上中气旋标准；雷达回波特征主要有南北向短带回波、弓状回波、强回波单体、超级单体和复合单体回波。上述研究成果为开展江西冰雹天气的监测预警提供理论依据。

文章使用常规天气资料、雷达拼图资料和雷电监测资料，对2021-03-30—2021-03-31江西罕见大冰雹天气进行分析，试图进一步了解江西冰雹天气背景和冰雹回波系统演变特征。

1 资料与实况

1.1 资料

雨量资料来源于江西国家站地面要素资料、江西省自动气象站显示平台；天气背景资料和探空数据来源于MICAPS平台；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图平台；雷电数据来源于江西省气象局内网雷电数据查询平台。文章使用北京时[9-13]。

1.2 实况

2021-03-30—2021-03-31，江西出现罕见的大冰雹天气。冰雹自西向东横扫铜鼓、宜丰、上高、高安、奉新、新建、南昌市、南昌、进贤、余干、乐平、景德镇和婺源等地，其中铜鼓、南昌市等地还出现罕见大冰雹，最大雹径超过10 cm，呈放射状。此次江西大冰雹事件，无论是冰雹直径、超级单体回波强度、超单维持时间和超单影响范围都是历史罕见的。

2021-03-30T00：00—2021-04-01T23：00，江西出现6次比较明显的冰雹回波系统，伴随着6个雷电次数高峰(图1)，以31日01：00的5836次/h为第1峰，31日20：00的4761次/h为第2峰，其他峰次之。从小时雷电次数平均值1618次/h平均线上看，6次雷电高峰有5次都发生在平均线之上。

图1 2021-03-30T00：00—2021-04-01T23：00每小时雷电次数分布

30日20：00—31日20：00，大冰雹所经之地，国家站记录极大风速≥17.2 m/s有7站，最大风速23.3 m/s(南昌市)；区域站记录极大风速≥17.2 m/s有33站，最大风速23.3 m/s(南昌市)。此次过程最大风速发生在赣州市信丰县(28.0 m/s)，但远离赣北大冰雹发生地。

30日20：00—31日20：00，大冰雹所经之地，国家站记录雨量≥30.0 mm/24 h的有9站，最大雨量为91.1 mm/24 h(景德镇)；区域站记录雨量≥30.0 mm/24 h的有183站，最大雨量103.0 mm/24 h(景德镇市官庄村)。

2 天气背景

2.1 天气系统

文章选择2021-03-30T20：00的天气图，原因是其最贴近强天气发生时间。可见，100 hPa(图2a)高度一致的西风比较大，高空分流明显。500 hPa(图2b)槽前曲率较大，西南气流强劲，长江北存有乱流区。850 hPa(图2c)气旋性环流明显，存有西南急流，长江流域存在气旋性切变。925 hPa(图2d)西南倒槽和低涡是明显特征。

图2 2021-03-30T20：00 高空

此次冰雹过程500 hPa高空低槽一直位于湖南以西，在强对流发生过程之中并没有明显东移；地面冷空气还在蒙古，江南大部为低压环流影响，从广西经湖南至赣北为明显地面倒槽发展。

2.2 天气系统中分析

2021-03-30T20：00(图3)，高空低槽位于重庆至贵州西部，槽前有明显的西南急流，500 hPa长沙西南风26 m/s，南昌30 m/s；700 hPa长沙西南风23 m/s，南昌20 m/s；850 hPa长沙西南风14 m/s，3层急流在江西西北部汇合，南昌位于汇合区附近。汇合区上空赣北200 hPa有分流区。低层850 hPa在江西中北部及其以东地区有明显偏东南气流，925 hPa南昌东南风12 m/s，即伴有超低空急流。

图3 2021-03-30T20：00 中尺度分析

低层的明显偏东气流与急流一方面把东海上空水汽输送至对流区上空，另一方面与西部的西南急流、北部偏东急流产生剧烈辐合，同时在垂直方向上随高度增加东南风转西南风形成明显的暖平流，为上升运动提供了支撑。850 hPa切变线位于湖南中部至赣北，切变线上有西南风与东南风的剧烈辐合，是对流触发的重要天气系统，切变线以南在700 hPa有1个急流轴从湖南南部伸向赣西北。低层暖湿，850 hPa以下为饱和区，700 hPa开始变干，500 hPa湖南中部有明显干区，长沙T-Td=38 ℃，随着槽前西南急流东移，干区移至赣北、赣中上空，“上干下湿”结构为冰雹等强对流发生提供了有利条件。低层(850～925 hPa)有暖脊发展，暖脊从广西经湖南南部伸向赣北、赣中，南昌上空T850-500=28 ℃，低层温度偏高，且高低空温差大，为强对流的发生提供了重要热力条件与触发机制。此时，850 hPa南昌的Td=16 ℃，比湿为14 g/kg，表明水汽条件充沛。

2.3 T-lnP图分析

2021-03-30T20：00和2021-03-31T08：00南昌探空图上，大冰雹在500 hPa有明显干层侵入或发展，受长沙等地干区东移影响，南昌T-Td从30日20：00的8 ℃增至31日08：00的22 ℃。中层急流非常强盛，30日20:00，600 hPa西南急流强度达28 m/s，500 hPa达30 m/s，与底层偏东风构成了强风垂直切变，0～5 km的风垂直切变超过30 m/s。同时，SI指数异常偏小，30日20：00为-5.94 ℃、31日08：00为-4.74 ℃，达到或超过冰雹等强对流天气发生的阈值。K指数从30日20：00的35 ℃增至31日08：00的39.1 ℃，表明不稳定能量等条件也异常偏强。但CAPE(对流有效位能)中等，31日08：00后经过订正，南昌CAPE值为848.5 J/kg。

由此可见，3月30—31日冰雹天气过程，受到中低层西南急流、地面倒槽、低层切变线，以及“上干下湿”大气不稳定层结条件等因素影响，有利于冰雹、雷暴大风等强对流天气发生[14-18]。

3 雷达拼图回波演变

雷达拼图是将多部雷达最有效的探测范围(100 km)回波数据拼制在一起，能很好地监测中尺度系统，减少地球曲率和单部雷达远距离衰减的影响，连续动态地监测冰雹等天气系统的移动，掌握回波系统的演变规律，因此，雷达拼图是监测强天气的有效手段。

3.1 3月30日江西冰雹雷达拼图回波演变

2021-03-30T20：00—2021-03-31T03：00，由湖南境内产生的超级单体冰雹回波系统影响江西，在江西境内得到进一步发展壮大，使得30日冰雹天气十分剧烈。

30日20：00，对流回波在湖南境内(长沙附近)发展，强度55 dBz；21：00，对流回波猛烈发展成为超级单体回波，强度65 dBz，出现云砧形成的“前伸”回波结构；22：00，超级单体回波发展旺盛，移进江西铜鼓境内，强度达到70 dBz，铜鼓部分乡镇出现直径≥50 mm的大冰雹；23：00，超级单体回波移入宜丰，强度有所减弱，达到60 dBz，宜丰北部乡镇出现冰雹。

31日00：00，超级单体回波移出宜丰，影响新建等地，回波强度有所加强，达到70 dBz，强回波面积较大，沿途出现较大范围冰雹；01：00，超级单体回波经过南昌引入进贤境内，回波强度发展更为强盛，强度达到70 dBz，且面积较大，南昌市、南昌县、进贤等地出现大冰雹，尤其是南昌市出现罕见大冰雹；02：00—03：00，超级单体回波移入上饶地区，并逐渐减弱，03：00基本移出进贤。

3.2 3月31日江西冰雹雷达拼图回波演变

2021-03-31T17：00—2021-04-01T00：00，由湖南境内产生的对流回波发展为飑线回波带，带上多个超级单体或强单体回波影响江西，飑线回波带在江西境内得到进一步发展壮大，使得31日冰雹天气发生多次，但剧烈程度弱于30日孤立超级单体回波系统。

31日17：00，对流单体回波在湖南境内不断生成，回波强度在50～55 dBz，多个回波单体发生合并现象；18：00，有两块回波合并形成超级单体回波，中心强度达到65 dBz，移入江西铜鼓境内，部分乡镇出现冰雹天气；与此同时，景德镇—永修—靖安——铜鼓一线，出现不连续回波带，铜鼓超级单体发生在回波带上西段；19：00，回波带上出现多个超级单体和强单体回波，回波带排列更为紧密，发展成为飑线回波带；铜鼓、宜丰北部有超级单体回波活动，强度65 dBz，部分乡镇地面出现冰雹；20：00，飑线回波带开始南压，带上超级单体和强单体回波影响宜丰、奉新，部分乡镇出现冰雹。

21：00，飑线回波带上超级单体造成南昌再次出现冰雹天气，但相比30日23：00至31日01：00的冰雹直径要小，回波强度为60 dBz；22：00，飑线回波带西段有超级单体回波发展加强，达到65 dBz，宜丰、万载等地出现冰雹；23：00，带上超级单体回波发展加强到70 dBz，上高等地乡镇出现冰雹；4月1日00：00，随着飑线回波带的南压，回波强度有所减弱，冰雹天气逐渐消失。

4 结束语

文章对2021-03-30—2021-03-31江西罕见大冰雹天气进行分析，得出以下结论：

1)2021年3月30—31日冰雹天气过程，受到中低层西南急流、地面倒槽、低层切变线，以及“上干下湿”大气不稳定层结条件等因素影响，有利于冰雹、雷暴大风等强对流天气发生。

2)30日超级单体回波强度65 dBz，出现云砧形成的“前伸”回波结构；移进江西铜鼓境内，强度达到70 dBz，铜鼓部分乡镇出现直径≥50 mm的大冰雹，宜丰北部乡镇出现冰雹。超级单体回波移出宜丰后，有个短时减弱过程，当移入新建等地时，回波强度再次加强到70 dBz，并且强回波面积大，南昌等地出现较大范围大冰雹；之后，超级单体回波移入上饶地区，并逐渐减弱。

3)31日超级单体回波强度65 dBz，发生在飑线回波带上，回波带上出现多个超级单体和强单体回波，铜鼓、宜丰北部等地不断有超级单体回波活动，部分乡镇不断出现冰雹；随着飑线回波带南压，回波强度有所减弱，冰雹天气逐渐消失。

江西冰雹天气的监测预警和预报服务是预报业务中重要内容，如何做好冰雹天气的监测预警是一项重要课题。通过不断总结冰雹天气的天气背景和雷达回波特征，能为冰雹天气的监测预警提供分析线索和预报依据。