祁雁文

（內(nèi)蒙古通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

內(nèi)蒙古通遼地區(qū)冰雹天氣的雷達(dá)回波判別指標(biāo)

祁雁文

（內(nèi)蒙古通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古通遼市新一代天氣雷達(dá)建站以來(lái)至2013年發(fā)生在通遼地區(qū)的冰雹天氣過(guò)程，以及各種雷達(dá)回波產(chǎn)品在冰雹發(fā)生前一段時(shí)間內(nèi)的表現(xiàn)特征以及探空資料進(jìn)行分析可知：雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品的鉤狀回波、“V”型缺口和三體散射（即長(zhǎng)釘狀回波）、弓形回波、“人”字形回波（LEWP）和菱形回波等特征，徑向速度圖上明顯的輻合場(chǎng)或輻合帶、“中氣旋”“逆風(fēng)區(qū)”等特征，以及回波頂高，VAD風(fēng)廓線產(chǎn)品，垂直積分液態(tài)含水量，中氣旋產(chǎn)品，強(qiáng)度和速度的剖面圖等都有指示意義的表征，并且通過(guò)以上特征總結(jié)出相應(yīng)的量化指標(biāo)，作為未來(lái)是否會(huì)有冰雹出現(xiàn)的判斷依據(jù)，應(yīng)用到實(shí)際的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)工作中，以期提高冰雹的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

三體散射；弓形回波；中氣旋；逆風(fēng)區(qū)；風(fēng)暴頂輻散

內(nèi)蒙古通遼市處在中緯度地帶，屬溫帶大陸性半干旱氣候，四季氣候差異大。該市是強(qiáng)對(duì)流天氣的頻發(fā)區(qū)，冰雹是通遼地區(qū)夏季的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，也是氣象預(yù)報(bào)的難點(diǎn)之一。由于冰雹具有突發(fā)性、局地性、不確定性和隨機(jī)性以及持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)預(yù)報(bào)效果都不是十分理想。新一代天氣雷達(dá)以其高時(shí)空分辨率、及時(shí)準(zhǔn)確的遙感探測(cè)能力，正好彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)預(yù)報(bào)的不足，成為冰雹天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警方面極為有效的工具。國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者應(yīng)用多普勒雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)生暴雨、冰雹等災(zāi)害性天氣的中小尺度系統(tǒng)特征進(jìn)行了大量的分析研究［1-6］，形成了大量預(yù)報(bào)指標(biāo)和概念模型，為預(yù)報(bào)員提供了豐富的理論指導(dǎo)。但由于冰雹的地域性很強(qiáng)，各地預(yù)報(bào)冰雹的指標(biāo)也有所不同，通遼新一代天氣雷達(dá)建成運(yùn)行了多年，積累了一定數(shù)量的歷史個(gè)例資料，有必要建立屬于本地的冰雹預(yù)報(bào)模型。

1 0℃和-20℃溫度層高度與強(qiáng)回波頂高之間的關(guān)系

1.1 非汛期（4月、5月、9月）

1.1.1 0℃層高度特點(diǎn)：在非汛期（4月、5月、9月），除了最低0℃層高度出現(xiàn)在2010年4月29日科爾沁左翼中旗的冰雹過(guò)程中，僅為670m（是由于該季節(jié)氣溫較低，但當(dāng)天的-20℃層高度卻為3811m，0℃層高度與-20℃層之間的厚度約為3141）。其他個(gè)例0℃層高度均在1688～3735m。

1.1.2 -20℃層高度特點(diǎn)：在非汛期 （4月、5月、9月），-20℃層高度在3811～6758m，最低的出現(xiàn)在2010年4月29日科爾沁左翼中旗的冰雹過(guò)程中，-20℃層高度約為3811m。

1.1.3 0℃層高度與-20℃層之間的厚度特點(diǎn)：在非汛期（4月、5月、9月），除了2011年 5月 22日霍林河的冰雹過(guò)程中，0℃層高度與-20℃層之間厚度約為2534m。其他個(gè)例0℃層高度與-20℃層之間的厚度均在2714～3141m。

1.1.4 強(qiáng)回波伸展的高度特點(diǎn)：在非汛期（4月、5月、9月），只有1例，即 2011年 9月 13日扎魯特旗的冰雹過(guò)程中，強(qiáng)回波（≥45 dBz或40 dBz）伸展的高度為6.5 km，小于-20℃層的高度（6.8 km），分析原因可能是因?yàn)樽銎拭鎴D時(shí)的誤差或是由于該站距離通遼（54135）探空站較遠(yuǎn)，采用54135站的數(shù)據(jù)會(huì)有較大誤差的緣故，如果取另外一個(gè)相鄰近的探空站50834（索倫）站的資料，-20℃層的高度為6.3 km，該高度小于強(qiáng)回波（≥45dBz或40 dBz）伸展的高度（6.5 km）。其他個(gè)例強(qiáng)回波（≥50 dBz或45 dBz）伸展的高度均大于-20℃層的高度。在2010年5月10日科爾沁左翼后旗的冰雹過(guò)程中，13時(shí)55分發(fā)生冰雹，前一小時(shí)即12時(shí)55分，由圖1可見(jiàn)，≥50 dBz的強(qiáng)回波伸展的高度達(dá)5.8 km，大于當(dāng)天08時(shí)-20℃層的高度（4.1 km）。

1.2 汛期（6—8月）

1.2.1 0℃層高度特點(diǎn)：在汛期（6—8月），0℃層高度均在2858～4700 m。最高0℃層高度出現(xiàn)在2008年7月26日巴雅爾的冰雹過(guò)程中，為4700m。

1.2.2 -20℃層高度特點(diǎn)：在汛期（6—8月），-20℃層高度在5590～7642 m，最高的也出現(xiàn)在2008年7月26日巴雅爾的冰雹過(guò)程中，為7642 m。

1.2.3 0℃層高度與-20℃層之間的厚度特點(diǎn)：在汛期（6—8月），所有個(gè)例0℃層高度與-20℃層之間的厚度均在2660～3180 m，該值較小，表明在上空具有較大的溫度梯度，易形成極不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。最大厚度出現(xiàn)在2013年6月15日巴雅爾的冰雹過(guò)程中，0℃層高度與-20℃層之間厚度約為3180 m。

1.2.4 強(qiáng)回波伸展的高度特點(diǎn)：在汛期（6—8月），除了2012年6月9日科爾沁區(qū)的冰雹過(guò)程，由于雷達(dá)靜錐區(qū)的存在，雷達(dá)探測(cè)不到該站近距離高空回波的信息外，其他個(gè)例≥50 dBz的強(qiáng)回波中心伸展的高度均大于-20℃等溫線的高度，有時(shí)提前時(shí)間量可以長(zhǎng)達(dá)1 h。例如：2013年6月15日巴雅爾的冰雹過(guò)程中，在冰雹發(fā)生前一小時(shí)，≥50 dBz的強(qiáng)回波中心伸展的高度已經(jīng)達(dá)到7.6 km，而實(shí)際-20℃等溫線所在的高度為6.4 km。再如：2013年8月4日科爾沁左翼后旗的冰雹過(guò)程中，在冰雹發(fā)生前40多分鐘，≥50 dBz的強(qiáng)回波中心伸展的高度就達(dá)到8.5 km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)-20℃等溫線所在的高度7.1 km。又有：2011年8月1日科爾沁左翼中旗的冰雹過(guò)程中，在冰雹發(fā)生前大約一小時(shí)，即12時(shí)39分，≥50 dBz的強(qiáng)回波中心伸展的高度達(dá)到12 km以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)-20℃等溫線所在的高度7.3 km；12時(shí)45分，≥50 dBz的強(qiáng)回波中心伸展的高度達(dá)到14 km（見(jiàn)圖2），表明對(duì)流發(fā)展非常旺盛，云發(fā)展得特別高，利于冰雹的產(chǎn)生。

2 通遼地區(qū)冰雹天氣各種雷達(dá)回波產(chǎn)品特征分析

2.1 反射率因子產(chǎn)品

2.1.1 平顯圖上（PPI）特點(diǎn)：冰雹云的反射率因子圖上回波的強(qiáng)度都很大，對(duì)于非汛期（4月、5月、9月）的冰雹過(guò)程來(lái)講，回波的最強(qiáng)中心在45（48）dBz以上，最強(qiáng)中心強(qiáng)度可達(dá)65 dBz以上。對(duì)于汛期（6—8月）的冰雹個(gè)例來(lái)講，回波的最強(qiáng)中心均在50（53）dBz以上，最強(qiáng)中心強(qiáng)度可達(dá) 65 dBz以上。冰雹云的回波具有特殊的形態(tài)特征，有以下幾種：

①弓形回波：如2008年6月6日庫(kù)倫、青龍山的冰雹過(guò)程 （見(jiàn)圖3），有時(shí)還伴隨有明顯的陣風(fēng)鋒，如2009年7月30日開(kāi)魯?shù)谋⑦^(guò)程。

圖1 2010年5月10日12時(shí)55分強(qiáng)度剖面圖

圖2 2011年8月1日12時(shí)45分強(qiáng)度剖面圖

圖3 2008年6月6日17時(shí)29分反射率因子圖

圖4 2010年7月18日15時(shí)10分反射率因子圖

圖5 2011年8月1日13時(shí)34分反射率因子圖

②鉤狀回波：如2010年7月18日舍伯吐的冰雹過(guò)程（見(jiàn)圖4）。強(qiáng)冰雹云伴隨著強(qiáng)的低層上升入流的進(jìn)一步發(fā)展，入流缺口會(huì)演變成鉤狀，常常出現(xiàn)在回波移動(dòng)方向的右側(cè)或右后側(cè)。最強(qiáng)的回波區(qū)出現(xiàn)在鉤狀部位及其附近，地面降雹常出現(xiàn)在相應(yīng)的強(qiáng)回波區(qū)范圍內(nèi)。鉤狀回波一般在幾分鐘內(nèi)形成，持續(xù)時(shí)間為幾分鐘至幾十分鐘。

③“V”型缺口：有時(shí)可以看到，在冰雹回波的右側(cè)有一個(gè)“V”型缺口。這個(gè)缺口是雷達(dá)發(fā)射的電磁波通過(guò)冰雹云時(shí)，由于冰雹云對(duì)電磁波的強(qiáng)烈衰減作用而造成的。如2011年8月1日科爾沁左翼中旗的冰雹過(guò)程（見(jiàn)圖5）。

④“人”字形回波或稱(chēng)為L(zhǎng)EWP（回波波動(dòng)模態(tài)）：如2013年8月4日扎魯特旗的冰雹過(guò)程。

⑤菱形回波：表現(xiàn)為強(qiáng)的單體回波，如2008年5月21日扎魯特旗的冰雹過(guò)程和2012年8月25日巴雅爾的冰雹過(guò)程。

⑥三體散射（又稱(chēng)長(zhǎng)釘狀回波）：三體散射現(xiàn)象是指由于云體中冰雹的散射作用非常強(qiáng)烈，由冰雹側(cè)向散射到地面的雷達(dá)回波被散射回冰雹，再由冰雹將其一部分能量散射回雷達(dá)，在冰雹區(qū)向后沿雷達(dá)徑向的延長(zhǎng)線上出現(xiàn)由地面散射造成的虛假回波，稱(chēng)為三體散射回波或“長(zhǎng)釘狀回波”。如2008年8月24日扎魯特旗的冰雹過(guò)程。

2.1.2 剖面圖上（RHI）特點(diǎn)：由以上論述可以得出，不管是在非汛期（4月、5月、9月），還是在汛期（6—8月），除了一些特殊例子（比如數(shù)據(jù)的誤差還有雷達(dá)探測(cè)本身的局限——靜錐區(qū)的存在）以外，強(qiáng)回波（≥50 dBz或 45 dBz）伸展的高度均大于-20℃層的高度。

此外，從垂直結(jié)構(gòu)分析，在低層均有較大的弱回波區(qū)（WER），而在中、高層有明顯的回波懸垂結(jié)構(gòu)存在。如果對(duì)流發(fā)展的特別旺盛，則會(huì)在低層存在明顯的有界弱回波區(qū)（BWER）和中高層的回波懸垂，會(huì)在圖像上表現(xiàn)為低層的回波“穹窿”結(jié)構(gòu)。

2.2 徑向速度產(chǎn)品

2.2.1 平顯圖上（PPI）特點(diǎn)：在徑向速度圖上均能探測(cè)到明顯的輻合場(chǎng)或輻合帶特征，若輻合比較強(qiáng)烈，都會(huì)伴隨有“中氣旋”的特征，有時(shí)雖達(dá)不到中氣旋的標(biāo)準(zhǔn)，但也會(huì)達(dá)到弱的雷暴尺度渦旋特征。有時(shí)還會(huì)有“逆風(fēng)區(qū)”的出現(xiàn)。也有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)“V”型缺口。

2.2.2 剖面圖上（RHI）特點(diǎn)：由文獻(xiàn)［7-8］可知，大尺度運(yùn)動(dòng)風(fēng)向的改變主要由冷暖平流和輻合輻散2個(gè)方面引起。在速度圖的剖面顯示可以得出：這些個(gè)例對(duì)流風(fēng)暴均具有風(fēng)暴頂?shù)妮椛⒌奶卣?，?qiáng)烈的風(fēng)暴頂輻散意味著雷暴中上層具有很強(qiáng)的上升氣流速度，表明了風(fēng)暴發(fā)展的旺盛，有利于冰雹的生長(zhǎng)，且大多配合有低層的輻合，如2013年5月19日開(kāi)魯?shù)谋⑦^(guò)程（見(jiàn)圖6）。

2.3 回波頂高產(chǎn)品

2.3.1 非汛期（4月、5月、9月）：風(fēng)暴的回波頂高在 5（5）～11（11）km，最高可達(dá) 11 km。

圖6 2013年5月19日13時(shí)01分速度剖面圖

2.3.2 汛期（6—8月）：風(fēng)暴的回波頂高在9（10）km以上，最高可達(dá) 15（16）km。

2.4 VAD風(fēng)廓線產(chǎn)品 從平均風(fēng)的風(fēng)向風(fēng)速隨高度和時(shí)間變化的垂直剖面圖可得出風(fēng)場(chǎng)的垂直結(jié)構(gòu)，分析該產(chǎn)品得出，當(dāng)冰雹天氣發(fā)生時(shí)或發(fā)生前一段時(shí)間內(nèi)，測(cè)站上空多表現(xiàn)為濕層較淺薄，形成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)。并常常伴有明顯的低空急流和強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，如2011年8月1日科爾沁左翼中旗的冰雹過(guò)程：低層有急流存在，有利于低空的輻合，造成不穩(wěn)定能量及觸發(fā)機(jī)制；在0.6 km與0.9 km之間存在偏北風(fēng)和偏南風(fēng)之間的強(qiáng)切變。再有2009年7月30日開(kāi)魯?shù)谋⑦^(guò)程：13時(shí)21分，在0.9 km與1.2 km之間存在偏南風(fēng)和西北風(fēng)之間的垂直風(fēng)切變，且風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明有暖平流，暖濕氣流源源不斷地輸送到發(fā)展中的上升氣流中，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變有利于上升氣流和下沉氣流在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)共存，利于強(qiáng)對(duì)流的進(jìn)一步發(fā)展，有利于形成冰雹。有時(shí)，還有高空急流存在，高空急流的強(qiáng)烈抽吸作用，會(huì)促進(jìn)低層空氣、水汽的輻合。

2.5 中氣旋產(chǎn)品 當(dāng)有發(fā)展比較旺盛的對(duì)流時(shí)（通常出現(xiàn)在6—8月），會(huì)出現(xiàn)中氣旋產(chǎn)品信息。但并不是所有個(gè)例都會(huì)有中氣旋產(chǎn)品信息，有一些個(gè)例并沒(méi)有顯示。

2.6 垂直累積液態(tài)水含量（VIL）產(chǎn)品 從垂直累積液態(tài)水含量（VIL）產(chǎn)品來(lái)看，在對(duì)流風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)發(fā)展過(guò)程中，VIL值也逐漸增大，在降雹前有明顯的躍增，垂直累積液態(tài)水含量的數(shù)值變化對(duì)于冰雹天氣的預(yù)警有較強(qiáng)的指示意義，并且具有一定的提前量。

2.6.1 非汛期 （4月、5月、9月）：VIL值躍增量不大，躍增至 20（23）～35（38）kg/m2以上，最高可達(dá) 60（63）kg/m2。

2.6.2 汛期（6—8月）：VIL值在降雹前均有明顯的躍增，除了2例（2013年7月13日庫(kù)倫旗的冰雹過(guò)程和2013年8月14日舍伯吐的冰雹過(guò)程）外，其他個(gè)例VIL值均躍增至60（63）kg/m2以上，最高可達(dá) 70 kg/m2。

3 小結(jié)

通過(guò)以上各種雷達(dá)回波產(chǎn)品的特征分析，總結(jié)出冰雹天氣的以下預(yù)報(bào)指標(biāo)：

①由于鉤狀回波、“V”型缺口和三體散射是冰雹天氣特有的雷達(dá)回波特征，所以當(dāng)出現(xiàn)這3種回波時(shí)，表明一定有冰雹天氣發(fā)生。而當(dāng)反射率因子圖上出現(xiàn)弓形回波（或有時(shí)伴有陣風(fēng)鋒）、“人”字形回波 （LEWP）或菱形回波這幾種特殊形態(tài)的回波時(shí)，則高度警示可能會(huì)有冰雹天氣發(fā)生。

②強(qiáng)回波（對(duì)于非汛期，是指≥50 dBz或45dBz的回波；對(duì)于汛期，是指≥50 dBz的回波）伸展的高度大于-20℃層等溫線的高度。該項(xiàng)指標(biāo)除了對(duì)于2次過(guò)程外，即2011年9月13日扎魯特旗的冰雹過(guò)程，由于剖面誤差或該站距離通遼（54135）探空站較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)有誤差的緣故，還有2012年6月9日科爾沁區(qū)的冰雹過(guò)程，由于雷達(dá)靜錐區(qū)存在的緣故，其他個(gè)例均滿足，有時(shí)提前時(shí)間量可以長(zhǎng)達(dá)1 h。所以該結(jié)論可以作為判斷是否會(huì)產(chǎn)生冰雹天氣的一個(gè)非常有指示意義的指標(biāo)。

③在強(qiáng)度的垂直剖面圖上，在垂直結(jié)構(gòu)上，低層有較大的弱回波區(qū)（WER），中、高層有明顯的回波懸垂，或者在低層呈現(xiàn)出明顯的有界弱回波區(qū)（BWER）和中高層的回波懸垂，在圖像上呈現(xiàn)出低層的回波“穹窿”結(jié)構(gòu)。則表明出現(xiàn)冰雹的可能性極大，可以作為預(yù)報(bào)冰雹天氣的一個(gè)重要指標(biāo)。

④如果在徑向速度圖上出現(xiàn)“V”型缺口，則表明一定會(huì)有冰雹天氣發(fā)生。若探測(cè)到明顯的輻合場(chǎng)或輻合帶，在高懸的強(qiáng)回波這一特征前提下，并且伴隨有“中氣旋”或弱雷暴尺度的渦旋，表明發(fā)生冰雹天氣的可能性極大。若同時(shí)還伴有“逆風(fēng)區(qū)”，表明出現(xiàn)冰雹天氣的概率會(huì)更高。以上特征可以作為冰雹天氣的一個(gè)重要預(yù)報(bào)指標(biāo)。

⑤在速度的垂直剖面圖上，如果能夠分析出風(fēng)暴頂?shù)妮椛ⅲ蛘唢L(fēng)暴頂?shù)妮椛⑴浜系蛯拥妮椇?，則表明冰雹天氣出現(xiàn)的可能性極大。因此，風(fēng)暴頂?shù)妮椛⒒蝻L(fēng)暴頂輻散+低層的輻合的特征也可以作為預(yù)報(bào)冰雹的有利指標(biāo)。

⑥回波頂高如果在9km以上，表明極有可能出現(xiàn)冰雹，要立即發(fā)布冰雹天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警信息。但是如果在非汛期，不需要等到9km以上，有時(shí)回波頂高發(fā)展到5 km以上，也有可能出現(xiàn)冰雹，還需要結(jié)合其他特征指標(biāo)綜合判別。

⑦在垂直風(fēng)廓線（VWP）產(chǎn)品上，如果測(cè)站上空表現(xiàn)為濕層較淺薄，形成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)，且在低層有明顯的低空急流和強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，那么就要提高警惕考慮是否會(huì)有冰雹發(fā)生，但還需結(jié)合其他指標(biāo)綜合判別，如果同時(shí)還伴有高空急流的存在，則冰雹出現(xiàn)的可能性會(huì)大大提高。所以風(fēng)廓線產(chǎn)品的以上特征也可以作為預(yù)報(bào)冰雹的一個(gè)較重要的指標(biāo)。

⑧如果在汛期（6—8月）的中氣旋產(chǎn)品上可以探測(cè)到中氣旋信息（有黃色圓圈表示）時(shí)，往往預(yù)示著有冰雹天氣要發(fā)生了。因此，中氣旋產(chǎn)品信息的出現(xiàn)是判斷冰雹天氣的一個(gè)特別重要的指標(biāo)。

⑨如果VIL產(chǎn)品的值有一個(gè)明顯的躍增過(guò)程，躍增至60（63）kg/m2或以上，則表明一定會(huì)有冰雹天氣的發(fā)生。如果在非汛期（4月、5月、9月），VIL值突然增大，躍增至 20（23）～35（38）kg/m2以上時(shí)，也要考慮是否會(huì)有冰雹天氣的發(fā)生，數(shù)值越大，出現(xiàn)冰雹的可能性就越大，但還需結(jié)合其他指標(biāo)綜合來(lái)判斷。

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Discriminant Index of Radar Echo for Forecast of Hail Weather in Tongliao Area of Inner Mongolia

QI Yan-wen
（Tongliao Municipal Meteorological Bureau of Inner Mongolia，Tongliao 028000，China）

In the present study,we analyzed the hail weather process occurred in Tongliao region of Inner Mongolia from the establishment of the new weather radar station to the year of 2013 and assessed the features of radar echo products obtained a period before the occurrence of hail as well as the radiosonde data.We found that the following features of the radar echo products all had an indicative significance for the forecast of hail weather：the hook echo of radar reflectivity factor,V-notch,three scattering （spike-shaped echo）,bow-shaped echo,herringbone echo （LEWP）,diamond echo;the convergence field or convergence zone,mesocyclone,and adverse wind area in radial velocity map;echo top height,VAD wind profile products,vertically integrated liquid water content,mesocyclone products,profile of intensity and velocity.Based on the above features,we summarized the corresponding indicators which could be used as a judgment basis for the forecast of hail weather in the practical work of short-term forecast and nowcasting to improve the forecasting and warning capability for the hail weather in Tongliao region.

three body scattering；bow-shaped echo；mesocyclone； adverse wind area；divergence in storm top

P426.64；P457.6

A文章順序編號(hào)：1672-5190（2016）08-0093-04

2016-07-08

項(xiàng)目來(lái)源：2016年內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局青年基金項(xiàng)目（nmqnqx 201612）。

祁雁文（1983—），女，工程師，主要從事短期、短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)工作。

（責(zé)任編輯：錢(qián)英紅）