8月8日华北地区冰雹天气的雷达回波特征和卫星云图分析 8月8日华北地区冰雹天气的雷达回波特征和卫星云图分析 曲婧琦新巴尔虎右旗气象局，内蒙古新巴尔虎右旗 021300我国华北地区常年遭受冰雹灾害，对农业、电力、交通产生了极大的危害，对我国经济造成了极大的损失，通过分析了解冰雹发生的原因，可以更准确地预报冰雹天气，提前预防各种风险，对减少气象灾害的影响具有重要的意义。多普勒天气雷达、气象卫星探测数据是业务上强对流的主要监测手段，可以实时连续监测，能了解强对流发展的过程，当满足一定条件时，就能够判断会产生冰雹等强对流天...
曲婧琦
新巴尔虎右旗气象局，内蒙古新巴尔虎右旗 021300
我国华北地区常年遭受冰雹灾害，对农业、电力、交通产生了极大的危害，对我国经济造成了极大的损失，通过分析了解冰雹发生的原因，可以更准确地预报冰雹天气，提前预防各种风险，对减少气象灾害的影响具有重要的意义。多普勒天气雷达、气象卫星探测数据是业务上强对流的主要监测手段，可以实时连续监测，能了解强对流发展的过程，当满足一定条件时，就能够判断会产生冰雹等强对流天气，再通过外推法就可以判断未来哪个区域下冰雹[1]。
2017年8月8日08:00～16:00全国只有银川出现冰雹，截至20:00全国有5个区域出现冰雹，都位于华北地区，分别为山西北部和中部、陕西北部、辽宁西南部、北京和西安东部，且冰雹直径都大于10 mm。此次华北地区冰雹主要是发生在8日20:00左右，冰雹过程具有范围广、强度强的特点。
冰雹发生前期，500 hPa高度场上，我国气压场呈南高北低态势，华南地区被副高占据，长江中下游、华北地区多短波槽活动，中高纬度地区为低值系统活动区，东北地区为冷涡活动区，冷涡中心位于黑龙江北部，冷中心位于蒙古国东部，温度场落后于高度场，东北冷涡向南延伸的槽线位于黑龙江、吉林、辽宁中部，在河南东部地区存在一短波槽，华北地区出现冰雹的区域上空温度场和高度场有很大的夹角，华北地区上空有较强的冷平流，风向以西风或者西北风为主，天气形势不稳定，有中尺度触发系统即可诱发强对流。850 hPa风场上，东北冷涡对应的低值系统位于黑龙江中部，华北地区为弱风区域，平均风速为6 m/s左右，华北的北部内蒙古地区有8 m/s的北风，内蒙西部为8 m/s的西北风，山西、河北南部地区风速为3 m/s左右，在这一区域有一定的风速辐合，有利于对流的触发，在温度场上，冰雹发生的华北地区为暖中心，温度在20℃以上，具有较好的热力条件，能够为对流提供较好的能量支撑。
由图1可知，应用华北区域雷达拼图对这次冰雹天气进行分析可以看出，2017年8月8日19:00～20:00华北东部地区有零散回波逐渐增强，原因可能是能量充沛，而且地面有中尺度辐合系统，绿色为降雨区、红色为雷雨区，冰雹云系加厚，区域也扩大，水汽条件更加充足，更加有利于冰雹云的形成，华北地区多处有雷雨，华中地区有2条对流带，由冷空气触发，导致华中地区降雹，并且在此前一晚的暖湿气流持续北上，与中国西部的对流层中层的干冷空气相交，导致华北地区出现冰雹天气[2]。
由8日19:00雷达拼图可以看出，华北地区多处对流云旺盛，其中华北西部回波分布零散，而东部较为密集，20:00左右除秦皇岛地区其他地区仍有明显回波（图1）。
19:00，雷达回波出现在张家口南部、晋中、临汾、秦皇岛等地区（图1a）。20:48，张家口南部、晋中、临汾秦皇岛处的回波消失并且分别移动至北京、邢台、长治地区，整个华北地区的回波东移，在移动的过程中不断有新的单体加入（图1d）。
19:00呼和浩特西部、张家口南部、保定北部、秦皇岛及其南部、晋中和临汾链接地带、渭城南部、有较为强盛的雷达回波且均在45 dBz以上，整个华北东部回波较强，华北西部较为微弱。19:30，北京和宝鸡的回波加强，且均在45 dBz以上（图1b）。20:00左右华北东部的回波仍大于华北西部（图1c、图1d）。
在8日00:00可见光云图中，华北上空伴有大量明亮的云团，多数呈现丝缕状，虽然该云团纹理较为清晰，但云厚度较小，云中含水量较少，所以不足以提供产生冰雹的条件（图2a）。直到18:00华北地区云团变化较大，云团增厚，含水量增多，整块区域纹理清晰，边界光滑，华北东部的云团呈椭圆状，结构紧密范围较广，云顶亮度低，为本次降雹创造了良好条件（图2b）[3]。
图2 2017年8月08日00:00（a）、18:00（b）可见光卫星云图
卫星水汽图像能够反映出整层大气的水汽散布状态，气象卫星有3个不同波长对大气整层水汽进行观察。卫星辐射权重函数 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示不同高度大气层对到达卫星总辐射的贡献比例，它能反映出垂直方向上悬浮在大气中的水汽对辐射贡献的相对大小，但是它不能反映地球表面对辐射率所做贡献的大小。从不同波长整层大气贡献率来看，不同的波长，不同层次大气对其贡献率不同，即不同的波段能够观测不同大气高度的水汽含量（图3）。7.3 μm波长通道观测的大气辐射中，550 hPa左右的大气对其贡献最大；6.9 μm波长通道观测的大气辐射中，450 hPa左右的大气对其贡献最大；6.2 μm波长通道观测的大气辐射中，350 hPa左右的大气对其贡献最大。
图3 卫星辐射权重函数
在图4a中，6.2 μm通道水汽最大权重函数位于350 hPa，主要观测对流层上层的水汽情况，在8日14:00冰雹发生前，华北地区有一东西向狭长的深色区域，表示华北地区上空存在很干的空气，在对流层大气中，干空气能够造成空气中水汽蒸发，水汽蒸发吸热，使得干区附近温度较周边低，即对流层上层干区也存在冷区。6.2 μm通道上的干区表示华北地区对流层高层有干冷空气侵入，干冷空气的侵入往往能够增强整层大气的不稳定性。在图4b中6.9 μm通道水汽图上，华北上空的干区强度下降，并伴有下沉运动，表明在450 hPa左右的大气层中存在微弱的水汽；图4c中，在7.3 μm通道的水汽图上，华北上空水汽含量进一步增加。
图4 2017年8月8日14:00 6.2 μm（a）、6.9 μm（b）、7.3 μm（c）通道水汽图
以上分析表明，在冰雹发生前，华北地区上空对流层上层有干冷空气侵入，对流层中层水汽较为丰富，这种上干冷下暖湿的大气层结条件有利于不稳定能量的释放，进而产生较强的对流。
在 图5a中，8日11:20卫 星 云 图上，华北北部地区有一片高温区域之中存在温度低于-30℃的云区，这些云区中间存在面积很小的云顶温度-50℃左右的对流中心。以上分析表明，8日11:20左右，华北北部的对流云团已经开始发展。在图5b中，月8日18:30华北地区呈遍地开花态势，云图上华北地区较多区域（蓝色区域）温度小于-50℃，且数量和面积较11:20有大幅度增加，表明这一时间华北地区对流云团得到较大发展，并且向南侵入山西河北地区，这与华北地区降水冰雹实况相符。
图5 2017年8月8日11:20（a）和18:30（b）云顶亮温图
（1）雷达拼图中表现得非常明显，中尺度辐合系统的充沛能量使零散回波逐渐增强，为冰雹天气创造了良好的条件。而雷达回波强度的演变有时还要考虑地形的影响，在平原地区，强对流移动方向和速度不会发生太大变化，所以影响整个华北地区降雹的系统由西到东逐渐平移。
（2）在卫星云图中，大面积强烈的对流云团，结构由散乱到紧密，外部边缘逐渐清晰，存在云顶温度-50℃左右的对流中心，这表明了云体内部垂直运动旺盛，对流云团强烈的发展是冰雹天气的重要因素。
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