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摘要 利用常规观测资料、MICAPS资料和雷达资料，对2000—2012年5—9月辽西地区冰雹天气过程进行分型讨论，按照地面有无冷空气影响将冰雹类型分为锋后冰雹型、高压后部偏南气流冰雹型和锋前暖区冰雹型，并重点对锋前暖区冰雹型进行中小尺度和雷达资料的诊断分析。结果表明：华北地区低值系统东移南压配合低空切变线和地面冷锋的共同影响是此类冰雹的直接影响系统；对流层中低层大范围上冷下暖结构为此类冰雹提供不稳定层结条件；低层辐合配合高空急流轴南侧辐散产生明显上升运动；雷达回波特征分析显示，此类天气过程存在并维持尺度较小的中气旋结构。
关键词 锋前暖区型；冰雹；天气过程；雷达回波特征；辽西地区
中图分类号 P458.1 22 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）23-0258-05
Abstract By using conventional observation data，MICAPS data and radar data，classification discussion of hail weather process in western Liaoning area from May to September during 2000 to 2012 was conducted. According to the cold air influence to the ground，the hail types can be divided into front after the hail type，high pressure at the back of the south airflow hail type and prefrontal warmer area hail type. Small and medium scale type prefrontal warmer area hail and radar data were mainly analyzed. The results showed that the common effect of the minimum system in north China east south press fit a low shear line and the ground cold front is the direct impact system of such hail. In the lower troposphere on a wide range of cold with warm structure made the hail with unstable stratification structure. Disturbance convergence with low-level jet stream axis south divergence produced significant upward movement. Radar echo characteristics analysis showed this kind of weather process exist and maintain scale smaller cyclone structure.
Key words prefrontal warmer area type；hail；weather process；radar echo characteristics；western Liaoning area
冰雹天气是辽西地区5—9月主要的灾害性天气之一，一次严重的冰雹天气往往给农业、交通、电力部门和人民生活带来极大影响。近年来，由于技术手段的提高和理论系统的不断完善，冰雹天气的预测水平也有了较大幅度的提高，同时对冰雹过程的形成机制也开展了较多研究。王晓玲等研究了春季冰雹触发机制；王笑芳等分析了强对流天气的短时预报方法，概括出北京地区的冰雹落区概念模型；张鸿发对平凉冰雹云回波特征进行统计分析。上述研究在冰雹云的形成与预报等方面取得了很大的进展。
按照地面有无冷空气影响将辽西地区冰雹类型[1]分为锋后冰雹型、高压后部偏南气流冰雹型和锋前暖区冰雹型，其中以锋前暖区冰雹类最多。本文研究结果表明：华北地区低值系统是辽西地区大范围降雹的重要天气系统。2012年7月1日下午，辽宁省朝阳地区部分地区出现了一次伴有冰雹、雷雨大风等天气的中等强度强对流天气，15：13—15：25朝阳地区出现了短时冰雹天气，冰雹最大直径为4 cm，并且伴有明显的降水。本文利用探空资料、地面观测资料、MICAPS资料和雷达回波资料重点对此次过程的天气尺度、中尺度、物理量场和雷达回波特征进行诊断分析，并对比分析了2000—2012年5—9月辽西地区的3次相同天气系统下降雹过程的触发机制[2]，为此类冰雹天气预报提供有益参考。
1 天气形势分析
2012年6月20日20：00 500 hPa高空图上，河套地区存在一个冷性低压槽，辽西地区位于槽前西南气流，到了7月1日8：00低槽加深（图1），东移南下，辽西地区风速逐渐增大，气温逐渐下降。西南暖湿气流不断输送，在河套以东地区形成了温度露点差低值中心，随着低槽继续南压，辽西地区的温度露点差值逐渐减小，直到7月1日20：00以后，辽西地区转为西北气流控制，温度露点差值逐渐回升。
7月1日8：00 700 hPa有明显冷性切变（图2），辽西地区位于切变线前的西南气流控制之下。同时，700 hPa存在明显的温度露点差低值区，说明水汽输送层较深厚。
7月1日8：00地面天气图（图3a）上辽西地区处在一个暖低压控制下，地面锋面大致位于河套以西地区；到14：00锋面已经移动到辽宁省西部边界处，气压达到最低值。7月1日8：00地面低压和高空辐散区对应较好。8：00槽线领先于地面锋线，锋前为暖性低压。而高空槽区存在冷平流，建立高低空层结不稳定区，到了14：00（图3b），随着锋面东移，地面暖低压继续加强，层结不稳定更加明显，地面冷锋前较易触发强对流天气。 因此，造成此次冰雹天气过程的影响系统为高空冷槽东移南压，配合低空冷式切变线及地面冷锋。高空对应槽区冷平流和低层配合较好的水汽输送，造成对流层内大范围上冷下暖的不稳定层结构。同时，地面低压环流与高空辐散区配合较好，提供动力上升条件。不稳定能量和较好的动力触发机制[3]造成了本次冰雹天气过程。
分析卫星云图可发现，14：30辽西朝阳地区上空发展成一块椭圆形云系（图4a），向东南方向不断加强，到了15：30云系移动至降雹区（图4b），即朝阳地区北票市附近，此时高空风不断加大，云团不断发展加强，直到16：30左右移出朝阳境内。此次过程在卫星云图上表现并不十分明显，预计14：00前后云团位于槽区或者槽后受西北气流控制。
2 物理量场分析
2.1 温度-对数压力图
由2012年7月1日8：00辽西地区上游探空站温度-对数压力（T-lnP）图（图5）可以看出，从低层至600 hPa高空存在正的不稳定能量区，ECAP=849.4 J/kg，量值较大，温度线和露点线相近，说明低层水汽输送充足。同时假湿球位温线随着高度增加不断减少，说明满足层结不稳定条件。7月1日8：00位于辽西地区上游的赤峰站具有较高的不稳定能量，可以为下游预报[4]提供指导。
2.2 涡度场及散度场
由8：00涡度、散度场（图6）可以看出，850 hPa辽西地区上空存在较强的辐合区，量值在19.9×10-5，对应气旋性涡度，至高空200～300 hPa对应强辐散区。高层辐散，低层辐合，提供上升运动所需的动力抬升条件。
3 雷达回波分析
3.1 基本反射率和回波顶高
图7是朝阳雷达站CINRAD/CD雷达观测的回波强度生消[5]的整个过程。2012年7月1日13：06在距离雷达站122 km、方位318°的位置处新生一块回波单体，向上不断发展，同时回波强度不断增强，回波以50 km/h的速度向东南方向移动。冰雹发生以前反射率因子在15：15达到56 dBZ，顶高14 km，15：15已经移动到朝阳地区北票市境内，过程中强度继续增大。到15：31达到顶高最大值14 km，回波强度60 dBZ。此后，回波顶高逐渐下降，至16：30回落到5 km处，到16：40左右移出辽西地区。有雷达产品分析发现，13：06—16：40，小型超级单体风暴[6]在辽西朝阳地区维持3 h以上（图8）。
在14：34雷达识别出风暴中存在中气旋（图9a），直到16：10后消散，维持1.5 h。中气旋生成后，强度不断增大，在15：10达到成熟（图9b），15：20—15：50为强盛期，对应冰雹发生时间为15：15—15：30。
3.2 径向速度
2012年7月1日15：00径向速度图（图10）显示，中气旋在2.4°仰角处、距离雷达站70 km、方位45°的地方可看到正、负中心分别为-5、16 m/s的气旋性辐合，气旋半径为4.5 km，随着回波向东南移动辐合加强到15：20中气旋发展成熟，气旋半径在6 km以上，此后中气旋不断减弱，辐合不断减弱，直至消亡。中气旋发生在低层“V”型缺口的右前侧上方区，该中气旋存在的过程中维持了较长时间的强盛期，但是厚度较浅薄，中气旋强度的大小直接影响此次降雹过程的强弱。
3.3 垂直累积含水量（VIL）
图11给出了最大VIL值在冰雹云发展过程中的变化。可以看出，最大VIL值在整个过程中出现2次明显突变：一次是在中气旋生成时，即14：34—14：44量值由15 kg/m2增大到35 kg/m2；另一次是在降雹时，即15：01—15：15量值由35 kg/m2增加至55 kg/m2，并且冰雹落点含水量值较大。
3.4 垂直风廓线
由图12可以看出，冰雹发生前14：03朝阳地区位于槽前西南气流中，降雹过程中则处在槽区或槽后偏西气流中，说明有冷空气不断补充。整个过程风的垂直切变并不大，不利于强上升运动的维持。过程结束后低层风向逐渐转为无序的西南风，低层风向的变化是短时预报重要的参考依据。
4 对比分析
为了对此类冰雹的影响系统、温湿风结构及雷达回波特征作进一步总结，表1统计了辽西地区2003年6月27日（16：00—17：00）、2008年6月21日（15：00—16：00）、2012年7月1日（15：00—16：00）3次同类影响系统下冰雹天气过程的高低空温湿情况及雷达回波特征。通过对比，得出以下结论。
（1）此类冰雹强度较小，冰雹最大直径为2～4 mm，分析天气形势往往无法明显观察到强风暴特征，而结合雷达产品可以加强此类冰雹的预警工作。
（2）3次过程在8：00的上游测站探空图上均对应较明显的不稳定能量，量值在700～900 J/kg，3次过程均发生在14：00以后的15：00—17：00时段，此时段为1 d内温度较高的时段，辐射增温使得对流层中、低层之间积聚不稳定能量；过程中环境垂直风切变较小，利于维持冰雹的强度及持续时间；8：00 3次过程的700 hPa温度露点差在2～4 ℃，说明云体整层比较潮湿，提供较好的水汽条件，并且3次过程早期均伴有较大降水。
（3）雷达回波强度图可看到典型的“V”型缺口；速度图上存在中气旋，且中气旋强盛期对应地面降雹期；垂直液态水含量大值区和强回波中心对应冰雹落点；VIL的第2次突变量值在30～45 kg/m2可以很好地反映降雹时间；垂直风廓线图上，系统发生前后，低层风向过渡明显且逐渐转为无序浅薄风向。
5 结语
本文重点对锋前暖区型冰雹进行中小尺度和雷达资料的诊断分析。结果表明：华北地区低值系统东移南压配合低空切变线和地面冷锋的共同影响是此类冰雹的直接影响系统；对流层中低层大范围上冷下暖结构使得此类冰雹具有不稳定层结结构；低层扰动辐合配合高空急流轴南侧辐散产生明显上升运动；雷达回波特征分析显示，此类天气过程存在并维持尺度较小的中气旋结构。
6 参考文献
[1] 俞小鼎.新一代天气雷达对局地强风暴预警的改善[J].气象，2004（8）：3-7.
[2] 唐熠，姚立宏，薛荣康，等.多普勒雷达风廓线产品应用初探[J].广西气象，2005（2）：39-41.
[3] 朱永兵，张曙.一次大冰雹过程的多普勒雷达回波特征[J].广东气象，2005（2）：21-22.
[4] 赵淑艳，朱文志.北京地区冰雹云生成的宏观条件分析[J].气象科技，2004（5）：348-351.
[5] 周玲，陈宝君，李子华，等.冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究[J].大气科学，2001（4）：536-550.
[6] 周嵬，张强，康凤琴.我国西北地区降雹气候特征及若干研究进展[J].地球科学进展，2005（9）：1029-1036.
关键词 锋前暖区型；冰雹；天气过程；雷达回波特征；辽西地区
中图分类号 P458.1 22 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）23-0258-05
Abstract By using conventional observation data，MICAPS data and radar data，classification discussion of hail weather process in western Liaoning area from May to September during 2000 to 2012 was conducted. According to the cold air influence to the ground，the hail types can be divided into front after the hail type，high pressure at the back of the south airflow hail type and prefrontal warmer area hail type. Small and medium scale type prefrontal warmer area hail and radar data were mainly analyzed. The results showed that the common effect of the minimum system in north China east south press fit a low shear line and the ground cold front is the direct impact system of such hail. In the lower troposphere on a wide range of cold with warm structure made the hail with unstable stratification structure. Disturbance convergence with low-level jet stream axis south divergence produced significant upward movement. Radar echo characteristics analysis showed this kind of weather process exist and maintain scale smaller cyclone structure.
Key words prefrontal warmer area type；hail；weather process；radar echo characteristics；western Liaoning area
冰雹天气是辽西地区5—9月主要的灾害性天气之一，一次严重的冰雹天气往往给农业、交通、电力部门和人民生活带来极大影响。近年来，由于技术手段的提高和理论系统的不断完善，冰雹天气的预测水平也有了较大幅度的提高，同时对冰雹过程的形成机制也开展了较多研究。王晓玲等研究了春季冰雹触发机制；王笑芳等分析了强对流天气的短时预报方法，概括出北京地区的冰雹落区概念模型；张鸿发对平凉冰雹云回波特征进行统计分析。上述研究在冰雹云的形成与预报等方面取得了很大的进展。
按照地面有无冷空气影响将辽西地区冰雹类型[1]分为锋后冰雹型、高压后部偏南气流冰雹型和锋前暖区冰雹型，其中以锋前暖区冰雹类最多。本文研究结果表明：华北地区低值系统是辽西地区大范围降雹的重要天气系统。2012年7月1日下午，辽宁省朝阳地区部分地区出现了一次伴有冰雹、雷雨大风等天气的中等强度强对流天气，15：13—15：25朝阳地区出现了短时冰雹天气，冰雹最大直径为4 cm，并且伴有明显的降水。本文利用探空资料、地面观测资料、MICAPS资料和雷达回波资料重点对此次过程的天气尺度、中尺度、物理量场和雷达回波特征进行诊断分析，并对比分析了2000—2012年5—9月辽西地区的3次相同天气系统下降雹过程的触发机制[2]，为此类冰雹天气预报提供有益参考。
1 天气形势分析
2012年6月20日20：00 500 hPa高空图上，河套地区存在一个冷性低压槽，辽西地区位于槽前西南气流，到了7月1日8：00低槽加深（图1），东移南下，辽西地区风速逐渐增大，气温逐渐下降。西南暖湿气流不断输送，在河套以东地区形成了温度露点差低值中心，随着低槽继续南压，辽西地区的温度露点差值逐渐减小，直到7月1日20：00以后，辽西地区转为西北气流控制，温度露点差值逐渐回升。
7月1日8：00 700 hPa有明显冷性切变（图2），辽西地区位于切变线前的西南气流控制之下。同时，700 hPa存在明显的温度露点差低值区，说明水汽输送层较深厚。
7月1日8：00地面天气图（图3a）上辽西地区处在一个暖低压控制下，地面锋面大致位于河套以西地区；到14：00锋面已经移动到辽宁省西部边界处，气压达到最低值。7月1日8：00地面低压和高空辐散区对应较好。8：00槽线领先于地面锋线，锋前为暖性低压。而高空槽区存在冷平流，建立高低空层结不稳定区，到了14：00（图3b），随着锋面东移，地面暖低压继续加强，层结不稳定更加明显，地面冷锋前较易触发强对流天气。 因此，造成此次冰雹天气过程的影响系统为高空冷槽东移南压，配合低空冷式切变线及地面冷锋。高空对应槽区冷平流和低层配合较好的水汽输送，造成对流层内大范围上冷下暖的不稳定层结构。同时，地面低压环流与高空辐散区配合较好，提供动力上升条件。不稳定能量和较好的动力触发机制[3]造成了本次冰雹天气过程。
分析卫星云图可发现，14：30辽西朝阳地区上空发展成一块椭圆形云系（图4a），向东南方向不断加强，到了15：30云系移动至降雹区（图4b），即朝阳地区北票市附近，此时高空风不断加大，云团不断发展加强，直到16：30左右移出朝阳境内。此次过程在卫星云图上表现并不十分明显，预计14：00前后云团位于槽区或者槽后受西北气流控制。
2 物理量场分析
2.1 温度-对数压力图
由2012年7月1日8：00辽西地区上游探空站温度-对数压力（T-lnP）图（图5）可以看出，从低层至600 hPa高空存在正的不稳定能量区，ECAP=849.4 J/kg，量值较大，温度线和露点线相近，说明低层水汽输送充足。同时假湿球位温线随着高度增加不断减少，说明满足层结不稳定条件。7月1日8：00位于辽西地区上游的赤峰站具有较高的不稳定能量，可以为下游预报[4]提供指导。
2.2 涡度场及散度场
由8：00涡度、散度场（图6）可以看出，850 hPa辽西地区上空存在较强的辐合区，量值在19.9×10-5，对应气旋性涡度，至高空200～300 hPa对应强辐散区。高层辐散，低层辐合，提供上升运动所需的动力抬升条件。
3 雷达回波分析
3.1 基本反射率和回波顶高
图7是朝阳雷达站CINRAD/CD雷达观测的回波强度生消[5]的整个过程。2012年7月1日13：06在距离雷达站122 km、方位318°的位置处新生一块回波单体，向上不断发展，同时回波强度不断增强，回波以50 km/h的速度向东南方向移动。冰雹发生以前反射率因子在15：15达到56 dBZ，顶高14 km，15：15已经移动到朝阳地区北票市境内，过程中强度继续增大。到15：31达到顶高最大值14 km，回波强度60 dBZ。此后，回波顶高逐渐下降，至16：30回落到5 km处，到16：40左右移出辽西地区。有雷达产品分析发现，13：06—16：40，小型超级单体风暴[6]在辽西朝阳地区维持3 h以上（图8）。
在14：34雷达识别出风暴中存在中气旋（图9a），直到16：10后消散，维持1.5 h。中气旋生成后，强度不断增大，在15：10达到成熟（图9b），15：20—15：50为强盛期，对应冰雹发生时间为15：15—15：30。
3.2 径向速度
2012年7月1日15：00径向速度图（图10）显示，中气旋在2.4°仰角处、距离雷达站70 km、方位45°的地方可看到正、负中心分别为-5、16 m/s的气旋性辐合，气旋半径为4.5 km，随着回波向东南移动辐合加强到15：20中气旋发展成熟，气旋半径在6 km以上，此后中气旋不断减弱，辐合不断减弱，直至消亡。中气旋发生在低层“V”型缺口的右前侧上方区，该中气旋存在的过程中维持了较长时间的强盛期，但是厚度较浅薄，中气旋强度的大小直接影响此次降雹过程的强弱。
3.3 垂直累积含水量（VIL）
图11给出了最大VIL值在冰雹云发展过程中的变化。可以看出，最大VIL值在整个过程中出现2次明显突变：一次是在中气旋生成时，即14：34—14：44量值由15 kg/m2增大到35 kg/m2；另一次是在降雹时，即15：01—15：15量值由35 kg/m2增加至55 kg/m2，并且冰雹落点含水量值较大。
3.4 垂直风廓线
由图12可以看出，冰雹发生前14：03朝阳地区位于槽前西南气流中，降雹过程中则处在槽区或槽后偏西气流中，说明有冷空气不断补充。整个过程风的垂直切变并不大，不利于强上升运动的维持。过程结束后低层风向逐渐转为无序的西南风，低层风向的变化是短时预报重要的参考依据。
4 对比分析
为了对此类冰雹的影响系统、温湿风结构及雷达回波特征作进一步总结，表1统计了辽西地区2003年6月27日（16：00—17：00）、2008年6月21日（15：00—16：00）、2012年7月1日（15：00—16：00）3次同类影响系统下冰雹天气过程的高低空温湿情况及雷达回波特征。通过对比，得出以下结论。
（1）此类冰雹强度较小，冰雹最大直径为2～4 mm，分析天气形势往往无法明显观察到强风暴特征，而结合雷达产品可以加强此类冰雹的预警工作。
（2）3次过程在8：00的上游测站探空图上均对应较明显的不稳定能量，量值在700～900 J/kg，3次过程均发生在14：00以后的15：00—17：00时段，此时段为1 d内温度较高的时段，辐射增温使得对流层中、低层之间积聚不稳定能量；过程中环境垂直风切变较小，利于维持冰雹的强度及持续时间；8：00 3次过程的700 hPa温度露点差在2～4 ℃，说明云体整层比较潮湿，提供较好的水汽条件，并且3次过程早期均伴有较大降水。
（3）雷达回波强度图可看到典型的“V”型缺口；速度图上存在中气旋，且中气旋强盛期对应地面降雹期；垂直液态水含量大值区和强回波中心对应冰雹落点；VIL的第2次突变量值在30～45 kg/m2可以很好地反映降雹时间；垂直风廓线图上，系统发生前后，低层风向过渡明显且逐渐转为无序浅薄风向。
5 结语
本文重点对锋前暖区型冰雹进行中小尺度和雷达资料的诊断分析。结果表明：华北地区低值系统东移南压配合低空切变线和地面冷锋的共同影响是此类冰雹的直接影响系统；对流层中低层大范围上冷下暖结构使得此类冰雹具有不稳定层结结构；低层扰动辐合配合高空急流轴南侧辐散产生明显上升运动；雷达回波特征分析显示，此类天气过程存在并维持尺度较小的中气旋结构。
6 参考文献
[1] 俞小鼎.新一代天气雷达对局地强风暴预警的改善[J].气象，2004（8）：3-7.
[2] 唐熠，姚立宏，薛荣康，等.多普勒雷达风廓线产品应用初探[J].广西气象，2005（2）：39-41.
[3] 朱永兵，张曙.一次大冰雹过程的多普勒雷达回波特征[J].广东气象，2005（2）：21-22.
[4] 赵淑艳，朱文志.北京地区冰雹云生成的宏观条件分析[J].气象科技，2004（5）：348-351.
[5] 周玲，陈宝君，李子华，等.冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究[J].大气科学，2001（4）：536-550.
[6] 周嵬，张强，康凤琴.我国西北地区降雹气候特征及若干研究进展[J].地球科学进展，2005（9）：1029-1036.