民航东北地区空中交通管理局气象中心 110169
摘要：本文利用自动站观测资料、风廓线雷达以及常规观测资料，对2014年5月 21 日沈阳桃仙国际机场发生的一次冰雹过程进行分析。结果表明：降水和降雹起止时间同最大探测高度具备着很好的对应关系。此次过程中，降水天气开始前，最大探测高度显著增加；水平风在垂直方向上有风切变存在，当垂直风切变为最大值时，对流发展最为旺盛；此次降雹的时间段，垂直速度伴随着高度波动显著，由地面至高空，垂直速度最大差值是12m/s左右。垂直速度和信噪比，可以能够作为判断冰雹、降水等对流发展强弱以及起止时间的关键指标。
关键词：冰雹；风廓线雷达，水平风场，垂直速度
引言
恶劣天气是导致沈阳桃仙国际机场航班延误的主要原因，如若遇到雷雨、冰雹、大风等强对流天气时，就会影响飞机的起降，进而导致航班延误。沈阳市冰雹天气较多，主要会在春季、夏季以及秋季出现，其中发生频率较高的为春末夏初（5-7月份），发生次数约占全年的一半以上。因为冰雹等强对流天气一般来势较猛，并且经常会伴随着雷雨大风天气，不但会给工农业生产、航空飞行、城市交通、通信、电力等方面带来不利影响，同时还威胁人们的生命财产安全。为此，要高度重视沈阳桃仙国际机场冰雹天气的研究。风廓线雷达是气象观测业务的重要观测系统，它属于遥感设备，可以借助于多普勒效应获得高时空分辨率的探测产品，对冰雹天气发生机制的研究分析可以提供十分有价值的资料信息。本文主要结合雷达资料对2014年5月21发生在沈阳桃仙国际机场的冰雹天气过程进行分析，以掌握这次冰雹天气的发生、发展的可能物理机制，为今后发生此类天气预报提供参考指导。
1.天气概况
2014年5月21 日17时左右，沈阳桃仙国际机场出现了一次冰雹、雷雨强对流天气过程。降水量最大为 14.8mm。冰雹最大直径为1.2cm，持续时间长达半个多小时，此次冰雹给当地农业生产带来了极大的损失，同时也影响了人们的正常生产生活。
2.天气形势分析
如图1所示为2014年5月21日08 时500hPa高度场及850hPa温度场、风场图。21 日 08时500hPa沈阳地区主要受槽后脊前西北气流影响，850hPa横切变处在沈阳的西北方向，同时沈阳桃仙国际机场受850h Pa暖脊的影响，也就是冷空气在暖空气上方叠加，大气层结呈现不稳定的情况。850hPa切变线增强了不稳定扰动以及辐合机制，500hPa较强西北气流同地面较弱的东南气流之间构成强烈的垂直风切变，导致处于对流性不稳定区域的能量更好的进行释放。
图1 2014年5月21日08时天气形势
3风廓线雷达资料分析
3.1最大探测高度
2014年5月21日14 ：50，所探测到的最大高度是6150m，14：55。最大探测高度是9150m，短时间增幅较大。这表明在地面降水天气出现之前，充足的水汽已达至高空。14：55到17：00，最大探测高度保持为9150m，16：45，降水开始，17：00至17：10，探测高度降到7710m，这表明降水发生后，高空的水汽逐渐减少。17：15，冰雹发生前的五分钟，探测高度再次上升到 8430m，这表明这个时候高空有冰雹粒子生成，促成的有效散射信号被雷达检测出来，使探测高度增高。17：35，探测高度由8190m下降至 6750m（图 2b），这个时候冰雹趋于结束，只剩下一些微弱的降雨。
3.2水平风场
此次强对流天气发生前期，2000m下方都属于西南气流，2000m上方都受西北气流影响，高低空构成显著的垂直风切变，16：30，低层从西南风变成偏南风，出现了西北风与偏南风的垂直风切变，对流发展逐渐增强。高空转变成偏北风，高低空产生偏北风同偏南风的垂直切变，对流发展处于最强状态，这个时间段发生冰雹天气。17 ：50 以后，高空转变为西北风，低层变成西南风，降水趋于结束。上冷下暖的结构促使大气层结变得极不稳定，同时风速由低层至高层显著变大，为对流天气的发展提供有利的能量条件。21日15：00， 5500m上面西北风大于 20m/s，21 日08：00与 20：00探空观测资料表明沈阳桃仙机场 0℃度层高度是 2600m与2750m，0℃层高度很低极有可能同高空北风较强相关，如此非常有利于冰雹天气的发生。
3.3 垂直速度
结合风廓线雷达的探测原理可知，在晴好天气状况下，垂直速度主要体现的是大气的垂直运动速度。当出现云或者是降水的时候，云滴或者是雨滴也会促进雷达回波信号的出现，这个时候探测到的垂直速度反映的是云中粒子或降水粒子与大气的垂直运动速度之和。风廓线探测的垂直速度为相对于雷达垂直方向波束的径向速度，正的径向速度表示下沉运动，负的径向速度表示上升运动。据有关研究表明，风廓线雷达探测到超过4m/s 的垂直速度展现了降水的开始以及结束，同时垂直速度愈，则降水愈强。
5月21日 16：20以前，垂直速度始终处于-3m/s-3m/s范围内，16：25（图2），2000m 往下的垂直速度超过4m/s，而后垂直速度超过4m/s 的高度增加，速度变大，16：45，整层垂直速度超过5m/s，2000m下面都超过8m/s，降水开始。17：00- 17：10，2000m下面的垂直速度变小，低于2m/s，这个时候地面属于弱降水。17：15，高空垂直速度上升至8m/s 以上，2000m下面高于10m/s，降水增强。17：20 -17：35，垂直速度高于8m/s 的高度开始下降， 2000m 下面依然高于10m/s，在 1350m 至 1950m之间存在着超过12m/s 的最大垂直速度中心，这也属于冰雹天气发生的时段。17 ：40， 2000m上面的垂直速度不超过4m/s，低层不断减小，强对流天气基本结束。
总之，此次降雹的时间段（17： 20- 17 ：35），垂直速度伴随着高度波动显著，由地面至高空，垂直速度最大差值为12m/s左右。此波动体现了热交换的强度，表明在该时间段对流发展很旺盛，所以其能够作为判断对流发展强弱的关键指标。
3.4 信噪比
信噪比是风廓线雷达返回信号中有效成分与噪声成分的比例关系参数，其主要体现的为回波功率，信噪比愈大则所对应的回波功率愈强。
如图3所示， 16 ： 45 ，5550m以下的信噪比超过50dB，2000m 以下超过 60dB，这个时候降水开始。17 ：00至 17：10，2000m 以下信噪比是30d B 左右，该时段地面降水稍弱。这说明信噪比同垂直速度之间具备着一定的对应关系，较大的向下垂直速度与较大的信噪比相对应。17 ：15 ， 4350m以下信噪比超过50dB，2000m 以下同70dB相接近，降水增强。17：20开始发生冰雹，信噪比超过50dB的高度不断抬高，低层信噪比超过60d B。17：35，信噪比超过50dB，高度下降到5550m，冰雹天气过程结束，随后超过50dB的高度不断下降，降水基本结束。
4.结论
（1）降水和降雹起止时间同最大探测高度具备着很好的对应关系。此次过程中，降水天气开始前，最大探测高度显著增加。
（2）水平风在垂直方向上有风切变存在，当垂直风切变为最大值时，对流发展最为旺盛
（3）此次降雹的时间段，垂直速度伴随着高度波动显著，由地面至高空，垂直速度最大差值是12m/s左右。垂直速度和信噪比，可以能够作为判断冰雹、降水等对流发展强弱以及起止时间的关键指标。
参考文献
[1]李妙英，胡明宝，陈楠，等.风廓线雷达资料在一次强降水天气过程中的分析应用[J].成都信息工程学院学报，2013,28（1）：24-28.
[2]隋东,沈桐立,张涛.沈阳地区一次冰雹天气过程形成机制的数值模拟[J].气象，2005（7）.
作者简介
陈军（1977-），女，汉族，辽宁省沈阳市人，本科学历，工程师，从事气象预报工作。
论文作者:陈军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/11
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