羅曉松，郭曉超，肖 蕾，孫 靜

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

遵義市冰雹天氣過程雷達(dá)回波特征分析*

羅曉松，郭曉超，肖 蕾，孫 靜

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

利用遵義新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，對2008—2016年6次天氣過程的8個降雹風(fēng)暴進(jìn)行分析。結(jié)果表明：普通單體風(fēng)暴持續(xù)時間短，強回波反射率因子高度高，徑向速度圖上有大量逆風(fēng)區(qū)存在；超級單體持續(xù)時間長，具有明顯的三體散射特征、弱回波區(qū)和強回波懸垂，徑向速度圖上有中氣旋存在；多單體風(fēng)暴中風(fēng)暴的合并增強是降雹的主要原因，對多個聯(lián)系緊密的風(fēng)暴應(yīng)予以重點關(guān)注，徑向速度圖上存在低層輻合、高層輻散配置；線風(fēng)暴組織性強，在南部和中部易發(fā)展、增強產(chǎn)生降雹，強風(fēng)暴回波柱向移動方向傾斜，具有明顯的弱回波區(qū)和回波懸垂，徑向速度圖上回波后側(cè)有大片的大風(fēng)區(qū)，在風(fēng)暴處形成強輻合區(qū)，對風(fēng)暴的持續(xù)發(fā)展非常關(guān)鍵。

冰雹；多普勒雷達(dá)；特征

1 引言

冰雹是遵義主要氣象災(zāi)害之一，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生命財產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害。提高冰雹監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時性，通過人工降雹來減少損失是當(dāng)前氣象工作的重要內(nèi)容。遵義新一代多普勒天氣雷達(dá)于2004年建成投入業(yè)務(wù)使用，積累了大量冰雹天氣個例資料，通過對歷史個例進(jìn)行分析，歸納總結(jié)遵義市冰雹天氣過程雷達(dá)回波特征，將有助于提高冰雹監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時性。近年來，隨著我國新一代天氣雷達(dá)觀測網(wǎng)的建成和業(yè)務(wù)化運行，利用多普勒天氣雷達(dá)對冰雹天氣進(jìn)行監(jiān)測和分析方面取得了不少成果[1-2]。丁小劍等[3]對長沙兩次冰雹天氣過程的多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行對比分析；趙俊榮等[4]對一次致災(zāi)冰雹的超級單體風(fēng)暴雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析；李靜等[5]對一次超級單體強雹暴發(fā)展演變過程進(jìn)行觀測分析；張晰瑩等[6]對2005年黑龍江省初春產(chǎn)生的一次大范圍弱冰雹云雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析；李新麟等[7]對2005年6月15日凌晨發(fā)生在安徽省江淮地區(qū)的冰雹云進(jìn)行追蹤觀測分析。這些研究總結(jié)了大量冰雹云的雷達(dá)回波特征，對提高冰雹天氣監(jiān)測預(yù)警水平具有重要意義。本文對2008—2016年6次冰雹天氣過程的8個風(fēng)暴進(jìn)行分類分析，歸納本地的冰雹云雷達(dá)回波特征，為遵義冰雹監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)提供參考。

2 過程實況及資料說明

遵義新一代多普勒天氣雷達(dá)站(以下簡稱“遵義雷達(dá)”)海拔高度1 032 m，采用降水模式(VCP21)進(jìn)行體掃，每6 min左右從低層到高層完成9層掃描，生成一個基數(shù)據(jù)，有效探測范圍約150 km。本文使用基本反射率、組合反射率、反射率因子剖面圖、徑向速度、徑向速度剖面圖、VWP等產(chǎn)品從雷達(dá)回波演變、強度場、速度場等方面分析冰雹云的雷達(dá)回波特征。

遵義雷達(dá)地處山區(qū)，0.5°仰角受地形遮擋嚴(yán)重，同時，雷達(dá)為圓錐掃描，波束中心高度和波束寬度隨距離的增加使得雷達(dá)在遠(yuǎn)距離處的探測能力下降。因此，選擇降雹地點在雷達(dá)靜錐區(qū)之外且距離雷達(dá)較近的6次冰雹天氣過程的8個風(fēng)暴(見表1)進(jìn)行分析，俞小鼎等[8]將對流風(fēng)暴分為4類：普通單體風(fēng)暴、多單體風(fēng)暴、線風(fēng)暴(颮線)和超級單體風(fēng)暴，普通單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴由單個單體構(gòu)成，多單體風(fēng)暴由團(tuán)狀分布的多個單體構(gòu)成，線風(fēng)暴或颮線由線狀分布的多個單體構(gòu)成。根據(jù)雷達(dá)回波特征將6次天氣過程的8個降雹風(fēng)暴進(jìn)行分類：普通單體風(fēng)暴2個、線風(fēng)暴2個、多單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴2個(見表1)，分別研究這4類風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征，提煉冰雹監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)。

表1 過程實況及風(fēng)暴分類Tab.1 Real process and storm classification

3 雷達(dá)回波特征分析

3.1 普通單體風(fēng)暴

3.1.1 雷達(dá)回波演變 2008年7月11日遵義縣永樂鎮(zhèn)降雹風(fēng)暴：從生成到降雹的時間非常短，只有25 min。17時38分，遵義縣永樂鎮(zhèn)附近有弱風(fēng)暴單體生成，強中心高度在5 km左右，向西南方向緩慢移動，迅速發(fā)展，并且同時回波向上和向下發(fā)展。17時49分，45 dBz回波頂高達(dá)到6 km，出現(xiàn)弱回波區(qū)和回波懸垂，強中心強度和高度分別達(dá)到60 dBz和5 km。18時01分，強中心高度迅速下降，約1.5 km，強度仍保持60 dBz以上，地面出現(xiàn)降雹。

2011年4月30日風(fēng)暴：14時31分，風(fēng)暴在遵義縣平正鄉(xiāng)附近生成，靜止少動，從生成到降雹的時間僅有40 min，降雹之前降雹風(fēng)暴長時間維持高質(zhì)心，從14時41分開始，45 dBz高度達(dá)6 km以上，15時06分，45 dBz頂高達(dá)到12 km以上，存在弱回波區(qū)和回波懸垂。

在以上兩個個例中，45 dBz以上強回波高度高、回波強度強是主要特征，在風(fēng)暴發(fā)展旺盛階段出現(xiàn)小面積的弱回波區(qū)和回波懸垂。

3.1.2 速度場特征 2008年7月11日遵義縣永樂鎮(zhèn)的降雹風(fēng)暴：17時38分，6.0°仰角及以上在負(fù)速度區(qū)中存在逆風(fēng)區(qū)(正速度區(qū))，4.3°仰角及以下全部為負(fù)速度區(qū)(圖略)。18時01分，從低層到高層均存在逆風(fēng)區(qū)，此時風(fēng)暴發(fā)展最為強烈。

2011年4月30日風(fēng)暴：14時36分，3.4°及以下仰角存在風(fēng)速輻合，4.3°及以上仰角存在逆風(fēng)區(qū)。15時06分，低層到高層均存在逆風(fēng)區(qū)。本次天氣過程與2008年7月11日天氣過程相比，風(fēng)暴維持時間更長、發(fā)展強度更強，其低層輻合特征明顯，逆風(fēng)區(qū)面積更大。

3.2 超級單體風(fēng)暴

3.2.1 雷達(dá)回波演變 2012年4月29日風(fēng)暴：該風(fēng)暴為移入型風(fēng)暴，20時08分開始出現(xiàn)三體散射特征和旁瓣回波，比降雹時間提前了60 min，垂直剖面圖上出現(xiàn)有界弱回波區(qū)和懸垂回波，回波柱向入流方向傾斜。

2015年2月18日天氣過程：20時03分在大方境內(nèi)生成，以60 km/h的速度向東偏北方向移動，21時18分出現(xiàn)三體散射特征和“V”型缺口，隨著回波的發(fā)展增強，三體散射特征越來越明顯，21時53分出現(xiàn)有界弱回波區(qū)和懸垂回波。

從以上分析可以看出，超級單體持續(xù)時間比普通單體長，都出現(xiàn)了三體散射特征、有界弱回波區(qū)和懸垂回波，可以作為冰雹監(jiān)測預(yù)警的重要指標(biāo)。同時，可以借助“V”型缺口、旁瓣回波等進(jìn)行綜合判斷風(fēng)暴發(fā)展趨勢。

3.2.2 速度場特征 圖1為2012年4月29日20時08分雷達(dá)反射率和徑向速度，3.4°仰角與強回波對應(yīng)位置存在正負(fù)速度對，正速度中心22 m/s，負(fù)速度中心-20 m/s，存在中氣旋；在6.0°仰角，中氣旋上部存在風(fēng)速輻散。中氣旋在風(fēng)暴發(fā)展過程中長時間維持，對風(fēng)暴的維持和發(fā)展非常有利。

圖2為2015年2月18日21時13分基本反射率和徑向速度，在3.4°仰角與強回波對應(yīng)位置存在正負(fù)速度中心，正速度中心值22 m/s，負(fù)速度中心值-23 m/s，存在中氣旋。同時在徑向速度圖上存在大量的逆風(fēng)區(qū)，逆風(fēng)區(qū)的面積較大，風(fēng)速較強。與2012年4月29日天氣過程相比，風(fēng)暴的組織性較差，中氣旋持續(xù)時間較短，但是大量逆風(fēng)區(qū)的存在促進(jìn)了風(fēng)暴的長時間維持和發(fā)展。

圖1 2012年4月29日20時08分基本反射率(a)和徑向速度(b)(a1和b1為3.4°仰角，a2和b2為6.0°仰角)Fig.1 Basic reflectivity and radial velocity at 20∶08 BT 29 April 2012(The elevation of a1 and b1 is 3.4°, The elevation of a2 and b2 is 6.0°)

圖2 2015年2月18日 21時13分 3.4°仰角基本反射率(a)和徑向速度(b)Fig.2 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of 3.4° at 21∶13 BT 18 February 2015

3.3 多單體風(fēng)暴

3.3.1 雷達(dá)回波演變 2008年7月11日遵義縣團(tuán)溪鎮(zhèn)風(fēng)暴演變過程：17時09分，湄潭西南部弱風(fēng)暴單體生成，向西偏南方向移動過程中向上和向下同時發(fā)展，回波面積增大，強度增強。17時21分，強風(fēng)暴出現(xiàn)弱回波區(qū)，45 dBz高度達(dá)到5 km，中心強度50dBz以上。由于新單體的不斷生成和合并增強，多單體風(fēng)暴中長時間存在對流旺盛的強風(fēng)暴。18時01分，55 dBz高度增高至7 km左右，中心強度達(dá)60 dBz以上，出現(xiàn)上沖云頂、弱回波區(qū)和回波墻。18時35分，45 dBz頂高達(dá)到8 km，低層出現(xiàn)大片45 dBz以上回波，地面開始降雹。隨后，回波高度開始緩慢降低，強度減弱。

2008年7月11日桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)風(fēng)暴演變過程：13時03分，遵義北部縣市出現(xiàn)分散型弱風(fēng)暴。15時51分，習(xí)水、桐梓、務(wù)川、正安、綏陽等境內(nèi)出現(xiàn)大量強風(fēng)暴單體，其中綏陽與桐梓交界處的風(fēng)暴群發(fā)展最為強烈，強風(fēng)暴出現(xiàn)弱回波區(qū)、上沖云頂，回波柱向入流方向傾斜，55 dBz高度達(dá)到6.5 km。該風(fēng)暴群向西南方向移動過程中不斷有新單體生成和合并增強，途徑桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)時產(chǎn)生降雹。

合并增強是以上兩個多單體風(fēng)暴最主要的特征，因此，當(dāng)多個風(fēng)暴聯(lián)系緊密時需要予以特別關(guān)注。同時，強回波高度較高，出現(xiàn)弱回波區(qū)、回波柱向入流方向傾斜、上沖云頂?shù)忍卣鲿r，可以作為多單體風(fēng)暴冰雹預(yù)警的指標(biāo)。

3.3.2 速度場特征 2008年7月11日遵義縣團(tuán)溪鎮(zhèn)風(fēng)暴：17時26分，1.5°仰角開始出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，隨著仰角的抬升，逆風(fēng)區(qū)面積增大，速度也越來越大；在9.9°仰角，徑向速度圖面積顯著減小，主要集中在強風(fēng)暴區(qū)域，出現(xiàn)輻散特征。隨著風(fēng)暴向西移動，高層輻散長期存在，低層開始出現(xiàn)風(fēng)速輻合，同時在反射率因子圖上回波也顯著增強。

2008年7月11日桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)風(fēng)暴：15時56分(圖3)，強度圖上，桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)附近存在強風(fēng)暴；徑向速度圖上，該強風(fēng)暴對應(yīng)位置，0.5°和2.4°仰角存在風(fēng)向輻合，正負(fù)速度區(qū)內(nèi)均存在逆風(fēng)區(qū)，在9.9°仰角，回波面積顯著減小，馬鬃鄉(xiāng)附近存在風(fēng)向輻散。

低層輻合、高層輻散的配置是以上兩個風(fēng)暴徑向速度場最主要的特征，同時在正負(fù)速度區(qū)中逆風(fēng)區(qū)的存在說明有更小尺度的輻合輻散。

3.4 線風(fēng)暴

3.4.1 雷達(dá)回波演變 2008年5月25日風(fēng)暴演變過程：該風(fēng)暴為移入性風(fēng)暴，18時41分，呈現(xiàn)多單體風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，向東移動過程中南部和北部有風(fēng)暴單體生成，其中南部多于北部。20時48分，風(fēng)暴發(fā)展增強，呈現(xiàn)“弓形回波”結(jié)構(gòu)(圖4(a1))，南北方向帶狀回波分布，移動方向與帶狀回波基本垂直，其前端風(fēng)暴發(fā)展最為強烈；剖面圖上(圖4(b1))，回波柱向移動方向傾斜。此后，南部和北部風(fēng)暴緩慢減弱，中部風(fēng)暴合并增強并產(chǎn)生降雹。

2016年3月8日風(fēng)暴演變過程：22時56分，呈多單體風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，移動過程中北部不斷有新單體生成，合并發(fā)展增強形成帶狀分布，回波移動方向與帶狀分布方向垂直。垂直剖面圖(圖略)上存在有界弱回波區(qū)，回波柱向移動方向傾斜。3月9日00時01分(圖4(a2))，35dBz回波長度約70 km，長寬比超過5∶1，呈現(xiàn)“弓形回波”結(jié)構(gòu)，其南部存在強風(fēng)暴，強中心達(dá)到強度達(dá)到60dBz以上；剖面圖上(圖4(b2))，回波柱向移動方向傾斜，存在大面積弱回波區(qū)、回波墻和上沖云頂。

圖3 2008年7月11日 15∶56 不同仰角反射率因子(a)和徑向速度(b)(a1、b1為0.5°，a2、b2為2.4°，a3、b3為9.9°)Fig.3 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of Multiple elevation at 15∶56 BT 11 July 2008 (a1 and b1:0.5°,a2 and b2:2.4°,a3 and b3:9.9°)

從以上兩個風(fēng)暴的發(fā)展演變過程可以看出，均具有典型的“弓形回波”特征，弓形回波前部和南部風(fēng)暴容易發(fā)展增強，產(chǎn)生冰雹大風(fēng)，可作為冰雹監(jiān)測預(yù)警的指標(biāo)，同時，對弓形回波中的強風(fēng)暴進(jìn)行分析，回波柱向移動方向傾斜、弱回波或有界弱回波區(qū)、上沖云頂、強回波高度等都可以作為預(yù)警指標(biāo)。

3.4.2 速度場特征 2008年5月25日天氣過程：降雹之前，VWP產(chǎn)品(圖略)上1.2 km以下為東南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，2.1 km高度為西南風(fēng)。徑向速度圖上，20時04分，1.5°仰角風(fēng)暴前側(cè)存在風(fēng)速輻合，后側(cè)存在大片-12 m/s以上的風(fēng)速大值區(qū)，2.4°、3.4°和4.3°仰角存在大量的逆風(fēng)區(qū)，6.0°仰角存在風(fēng)向輻散；隨著風(fēng)暴的移動，風(fēng)暴后側(cè)大風(fēng)區(qū)面積增大，風(fēng)速增大，風(fēng)暴處的輻合也在增強。21時07分，3.4°仰角及以下，風(fēng)暴后側(cè)大風(fēng)區(qū)風(fēng)速增大至18m/s以上，風(fēng)暴處存在風(fēng)向輻合，同時逆風(fēng)區(qū)大量增加；6.0°仰角及以上，存在風(fēng)向輻散。

圖4 不同天氣過程的組合反射率(a)和反射率因子剖面圖(b) (a1和b1為2008年5月25日20時48分；a2和b2為2016年3月9日00時01分)Fig.4 Combined reflectivity(a) and reflectivity cross section(b) of Different weather processes (a1 and b1: 20∶48 BT 25 May 2008,a2 and b2: 00∶01 BT 9 March 2016)

2016年3月8日天氣過程：在VWP產(chǎn)品上低層為偏東風(fēng)，風(fēng)速高度順轉(zhuǎn)，在1.8 km高度轉(zhuǎn)為南風(fēng)，2.4～6.6 km高度為西南風(fēng)，之上為西北風(fēng)。3月9日 00時06分(圖5)，徑向速度上， 2.4°仰角，與反射率因子圖上“弓形回波”對應(yīng)位置存在風(fēng)向輻合，同時在正負(fù)速度區(qū)中存在逆風(fēng)區(qū)；4.3°仰角，弓形回波的后部存在大片負(fù)速度大值區(qū)，與前側(cè)正速度區(qū)形成強烈的輻合；9.9°仰角，存在風(fēng)速輻散和逆風(fēng)區(qū)。

從以上兩個風(fēng)暴的分析中可以看出，中低層，弓形回波后部均存在大片大風(fēng)區(qū)，在弓形回波位置形成強烈的輻合，同時，在正負(fù)速度區(qū)中均有“逆風(fēng)區(qū)”存在，說明存在更小尺度的輻合輻散；在高層，存在輻散。低層輻合、高層輻散的配置有利于風(fēng)暴的持續(xù)發(fā)展和增強。在VWP產(chǎn)品上，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，存在暖平流。

4 小結(jié)

綜合以上分析，4類降雹風(fēng)暴的雷達(dá)回波演變過程差異較大。從反射率因子場和徑向速度場進(jìn)行分析，總結(jié)出不同類型降雹風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征。

普通單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴均由單個單體構(gòu)成。強度圖上，超級單體風(fēng)暴均存在有界弱回波區(qū)，而普通單體風(fēng)暴僅有小面積的弱回波區(qū)；超級單體出現(xiàn)了三體散射特征、旁瓣回波和“V”型缺口，而普通單體風(fēng)暴均未出現(xiàn)。徑向速度圖上，超級單體風(fēng)暴在出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)的同時，還存在中氣旋，而普通單體風(fēng)暴僅存在小面積的逆風(fēng)區(qū)。

多單體風(fēng)暴和線風(fēng)暴均由多個單體風(fēng)暴構(gòu)成。強度圖上，合并增強是多單體風(fēng)暴最主要的特征，而線風(fēng)暴中“弓形回波”的出現(xiàn)是風(fēng)暴發(fā)展增強的重要指標(biāo)，其前部和南部容易產(chǎn)生冰雹大風(fēng)，可作為冰雹監(jiān)測預(yù)警的指標(biāo)；兩種風(fēng)暴回波柱均向移動方向傾斜，而“弓形回波”傾斜角度更大。徑向速度圖上，兩種風(fēng)暴均存在低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，而“弓形回波”后部存在大面積的速度大值區(qū)，輻合更加強烈，容易在地面產(chǎn)生大風(fēng)天氣。

在本文分析過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題需要予以關(guān)注：①遵義雷達(dá)0.5°仰角地物遮擋嚴(yán)重，其反射率因子往往比真實值低；②雷達(dá)為圓錐掃描，其探測性能在遠(yuǎn)距離處顯著下降，降雹風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征因距離不同也存在差異，在降雹風(fēng)暴個數(shù)較多的條件下，可以按照風(fēng)暴與雷達(dá)的距離進(jìn)行分類研究；③由于使用的降雹風(fēng)暴個數(shù)較少，總結(jié)提煉的雷達(dá)回波特征還需要進(jìn)一步驗證；④垂直液態(tài)含水量(VIL)、冰雹指數(shù)和風(fēng)暴追蹤信息等產(chǎn)品對冰雹監(jiān)測預(yù)警也具有一定的指示意義，需要進(jìn)一步分析。

圖5 2016年3月9日 00時06分不同仰角反射率因子(a)和徑向速度(b)(a1、b1為2.4°，a2、b2為4.3°，a3、b3為9.9°)Fig.5 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of Multiple elevation at 00∶06 BT 9 March 2016 (a1 and b1: 2.4°,a2 and b2:4.3°，a3 and b3:9.9°)

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Analysis of radar echo features of Hail Weather Process in Zunyi City

LUO Xiaosong, GUO Xiaochao, XIAO Lei, SUN Jing

(Zunyi Meteorological Service, Zunyi 563002, China)

Using Zunyi Doppler weather radar data, radar echo features of 8 hail storms of 6 weather processes during 2008-2016 were analyzed. The results show that, the common single storm is of short duration, the strong echo reflectivity is high, for the radial velocity, there is a large number of adverse wind zone; supercell lasted for a long time, having the obvious scatter characteristics, weak echo region and strong hanging echo, mesocyclone exists for radial velocity; the combined storm monomer in the storm is due to the enhancement of the hail, the more closely-contacted storm should be focused on, for the radial velocity, there are lower level convergence and upper level divergence; line storm is well organized, apt to develop in southern and central part, enhancing the production of hail, strong storm echo column tilted for the moving direction, with the obvious weak echo region and overhang echo, for its radial velocity at the echo back there is a large wind zone, forming a strong convergence zone in the storm, being the key to the sustainable development of the storm.

hail; doppler radar; features

2016-11-15

羅曉松(1979—)，男，工程師，主要從事強對流天氣研究和氣象管理工作,Email:34702647@qq.com。

遵義市冰雹天氣的雷達(dá)回波特征研究(黔氣科合QN[2009]11號)、雷達(dá)和雨量計聯(lián)合估測降水技術(shù)研究(黔氣科合KF[2015]03號)、遵義市冰雹監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究(遵氣科合KF[2016]01號)和遵義市暴雨預(yù)報物理量指標(biāo)研究(遵氣科合KF[2016]04號)。

1003-6598(2017)03-0017-07

P458.1+21.2

A