（承德市氣象局，河北承德市，067000） 張曉輝 尤國軍 易永力 譚國明 周士茹

冰雹作為一種自然災害，對人民群眾的生命財產危害巨大，一場強烈的降雹會對局地的農業(yè)、畜牧業(yè)、交通、通信、城市建筑造成毀滅性的災害，尤其是對煙草、棉花、水果等經(jīng)濟作物的損害更為嚴重。承德地處華北東北部，地形地貌十分復雜，冰雹是承德地區(qū)的主要氣象災害之一。由于冰雹多發(fā)生在農作物生長的關鍵期，農作物遭遇降雹將會受損，甚至危害到人民群眾的生命財產安全，因此確定承德地區(qū)冰雹天氣本地預警指標是非常有必要的。

多普勒天氣雷達的安裝布網(wǎng)為我國對冰雹、雷雨大風天氣的探測和預警能力的提高提供了強有力的手段[1-2]。近年來，許多氣象工作者利用新一代天氣雷達數(shù)據(jù)對強對流天氣進行了一些個例研究[3-5]，對冰雹天氣的預報提供了有力的依據(jù)。在短時臨近預報中，要判斷未來的天氣是否會出現(xiàn)冰雹是短時臨近預報的難點。王福俠[6]分析了河北中南部地區(qū)2004年的8次冰雹過程,總結得出當回波強度大于等于50dBz，回波頂高大于等于10km，垂直累積液態(tài)含水量大于等于35kg/m2時容易降雹，垂直累積液態(tài)含水量越大，冰雹直徑越大。張崇莉[7]對麗江市2006～2010年出現(xiàn)的31次冰雹天氣過程的多普勒雷達回波資料進行統(tǒng)計分析，結果表明∶冰雹云回波具有較高的基本反射率因子值，成熟階段的冰雹云在PPI圖上多呈點狀、塊狀、帶狀，強烈的冰雹過程中還會出現(xiàn)鉤狀回波、線狀回波、弓形回波、V型缺口、指狀回波及三體散射現(xiàn)象等。王令[8]通過對北京地區(qū)2001年和2002年出現(xiàn)的32次降雹時伴隨出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象分類和對雹云多普勒天氣雷達徑向速度場圖像特征的分析統(tǒng)計，得出“大風區(qū)”、“中氣旋”是經(jīng)常出現(xiàn)降雹的多普勒徑向速度圖像特征。目前還沒有對承德地區(qū)冰雹天氣多普勒雷達的相關預警指標的總結、分析。對2012～2016年承德市區(qū)周邊縣出現(xiàn)的11次冰雹天氣過程的多普勒雷達回波資料特征進行統(tǒng)計分析，從中得出冰雹天氣多普勒雷達預警指標，為冰雹天氣的短時臨近預報提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

利用2012～2016年承德地區(qū)常規(guī)氣象觀測資料、C波段多普勒雷達基數(shù)據(jù)資料，采用雷達基數(shù)據(jù)反演及統(tǒng)計方法，對承德地區(qū)11次冰雹天氣過程的雷達回波強度（19號產品）、回波頂高（41號產品）、速度回波（27號產品）、垂直累積液態(tài)含水量（57號產品）、組合反射率（37號產品）等產品的演變進行了統(tǒng)計分析。

由于承德市區(qū)處于雷達靜錐區(qū)內，而豐寧、圍場、興隆、寬城和平泉等縣區(qū)距離雷達又較遠（均超過50km），因此本次研究主要選取隆化縣、灤平縣、承德縣出現(xiàn)的冰雹過程進行分析。

表1 冰雹的雷達參數(shù)統(tǒng)計表

2 冰雹的雷達參數(shù)特征分析

結合目前對雷達參數(shù)判別冰雹的有效性研究，再根據(jù)雷達業(yè)務運行的實際情況，甄選出3種雷達參數(shù)，即對承德地區(qū)11次冰雹過程的回波強度、回波頂高、垂直累積液態(tài)含水量等雷達判別因子進行統(tǒng)計分析（表1）。

2.1 回波強度

雷達發(fā)射電磁波進入大氣，在大氣中碰到云粒子、雨粒子或空氣介質，入射電磁波向四面八方散射開來，雷達接收粒子的后向散射能量，粒子越大，后向散射的能量越大，雷達回波強度越大，在雷達回波強度圖上就會變現(xiàn)為大值區(qū)[1]。分析承德地區(qū)近5年的11次冰雹過程（表1）發(fā)現(xiàn)，最大回波強度均超過58dBz，2014年6月9日承德縣冰雹回波強為最小值58dBz；2014年5月19日灤平縣和2014年8月21日隆化縣冰雹回波強為最大值65dBz。其中有10次冰雹回波的最大回波強度超過60dBz，占99%。將回波強度超過58dBz作為冰雹預警的參考依據(jù)之一。

2.2 回波頂高

回波頂高度ET(Echo Top)是衡量對流天氣強弱程度的重要標志，它反映了云內垂直上升氣流的強度，回波頂高度越高，云內上升氣流越強，而上升氣流又是決定云內所能形成的最大水滴或冰雹尺度的重要因素[1]。分析11次冰雹過程，除2013年6月11日灤平冰雹和2014年6月9日承德縣冰雹回波頂高低于10km，分別為7km和8km，其余回波頂高均超過10km，占82%，因此將回波頂高超過7km作為冰雹預警的參考依據(jù)之一。必須指出的是，在研究中發(fā)現(xiàn)，一些回波頂高達到上述的高度時也未曾有冰雹的發(fā)生，所以在考慮冰雹的發(fā)生時要把回波頂高和其他回波特征聯(lián)系起來分析，減少冰雹空報的發(fā)生。

2.3 垂直累積液態(tài)含水量

Greene[9]等提出了一種新的預報因子，垂直累計液態(tài)含水量VIL（Vertically Integrated Liquid Water conten）,Winston等發(fā)現(xiàn)VIL對冰雹的存在有較好的指示作用。分析11次冰雹過程，垂直累積液態(tài)水含量最小為33kg/m2，對應回波強度為63dBz，冰雹直徑為6mm；最大為63kg/m2，對應最大回波強度63dBz。其中垂直累積液態(tài)水含量超過為38kg/m2占82%，因此可將垂直累積液態(tài)水含量超過33kg/m2作為承德地區(qū)冰雹預警的參考依據(jù)之一。

另外，在分析這11次冰雹過程的回波時, 還發(fā)現(xiàn)在冰雹發(fā)展初期的2～4個體掃垂直累積液態(tài)含水量一般會有一個跳躍性增長，通過對這11次冰雹過程的研究發(fā)現(xiàn)，除2014年5月19日灤平冰雹過程，降雹前相鄰兩個體掃垂直累積液態(tài)含水量沒有明顯躍增外，其余均有明顯躍增，且兩個相鄰體掃躍增值在20～33kg/m2之間，因此垂直累積液態(tài)含水量的躍增對預報冰雹具有非常重要的意義。

3 冰雹的雷達回波特征分析

主要是對冰雹過程中雷達回波的形狀、移速，徑向速度特征以及是否存在“三體散射”、V型缺口等現(xiàn)象進行統(tǒng)計分析（表2）。

3.1 回波形狀和移速

表2 冰雹的雷達回波特征統(tǒng)計表

統(tǒng)計這11次冰雹過程發(fā)現(xiàn)，大部分冰雹云回波都是塊狀，只有2013年5月19日和2016年5月1日回波呈帶狀。在冰雹云在發(fā)展初期，一般移動速度不大，發(fā)展較成熟時，移速加大，不同回波移動速度相差較大，一般在30～60km/h。

3.2 徑向速度（2.4°仰角）

冰雹回波因持續(xù)時間短、突發(fā)性強，在基本徑向速度資料中以分析中小尺度特征為主。分析11個冰雹個例的基本徑向速度圖，出現(xiàn)冰雹天氣時基本徑向速度資料上一般伴有風場的輻合，風場輻合主要以輻合線及逆風區(qū)為主。逆風區(qū)是指在低仰角沒有速度模糊的基本徑向速度圖中，凡在同一方向的速度區(qū)中，出現(xiàn)的另一種方向的速度區(qū)為逆風區(qū)，且風區(qū)不能跨越測站原點。在11次冰雹個例中風場輻合占8次，其中逆風區(qū)占4次；大風區(qū)1次，速度模糊2次。因此風場輻合、大風區(qū)以及徑向速度模糊都是冰雹回波的典型風場結構，都有利于冰雹的形成。

3.3 三體散射

三體散射是由于雷達能量在強反射率因子能量區(qū)(回波很強)向前散射造成的異?；夭?。對這11次冰雹過程研究發(fā)現(xiàn)，有3次出現(xiàn)“三體散射”現(xiàn)象，這3次分別出現(xiàn)在2012年6月18日灤平縣、2014年8月21日隆化縣以及2015年5月17日承德縣，冰雹直徑均超過10mm，觀測位置均位于3.4°和4.3°仰角的基本反射率因子圖上，最大回波強度均超過65dBz。觀測時出現(xiàn)三體散射現(xiàn)象對預報員來說非常容易識別，而觀測到三體散射可以肯定有大冰雹。當回波強度高于65dBz時,要注意觀測三體散射回波。

3.4 V型缺口

Lemon等在“風暴結構來識別冰雹”中提到了V型缺口，將其視為冰雹的識別指標。C波段雷達中V型缺口內往往殘留有強度為0～15dBz的回波,因此將C波段雷達中V型缺口定義為∶遠離雷達一側出現(xiàn)的呈近似于V型的缺口，缺口內無回波或存在0-15dBz的弱回波。夏文梅[10]對V型缺口在C波段多普勒雷達中的應用研究中指出V型缺口的最佳觀測仰角為0.5～2.4°?？紤]到承德市是多山地形，如果仰角太低對雷達回波的探測將會受到地形的阻擋，因此選用2.4°仰角去觀測。

統(tǒng)計這11次冰雹過程的雷達回波發(fā)現(xiàn)，除2012年6月18日隆化縣、2014年5月19日灤平縣、2015年5月17日承德縣冰雹過程中未出現(xiàn)V型缺口外，其余過程中均有V型缺口出現(xiàn)，因此，可以將雷達中V型缺口（2.4°）作為承德市冰雹識別的指標。

另外，假定出現(xiàn)V型缺口時，就開始發(fā)布回波未來影響區(qū)域有冰雹出現(xiàn)，將開始出現(xiàn)V型缺口的時間和開始降雹的時間之差視為V型缺口對冰雹的提前預警時間。那么對上述8次有V型缺口特征并出現(xiàn)降雹的過程中，V型缺口對冰雹預警的時間提前量為7～21min。

4 結論與討論

（1）通過對承德地區(qū)11次冰雹過程雷達參數(shù)特征的統(tǒng)計分析得到，最大回波強度超過58dBz、回波頂高超過7km、垂直液態(tài)累計含水量超過33kg/m2，都可以作為承德地區(qū)冰雹預警的定量指標；并且垂直累積液態(tài)含水量的躍增，兩個相鄰體掃躍增值在20～33kg/m2之間，對預報冰雹具有非常重要的意義。

（2）通過對承德地區(qū)11次冰雹過程雷達回波特征的統(tǒng)計分析得到，冰雹回波的形狀主要分為塊狀或帶狀兩種，徑向速度圖上，逆風區(qū)、大風區(qū)、中尺度輻合以及徑向速度模糊，基本反射率因子圖上，三體散射回波、強回波遠離雷達一側出現(xiàn)的V型的缺口等這些雷達的回波特征，為承德地區(qū)冰雹預警的定性判斷提供了重要的依據(jù)。

（3）V型缺口對承德地區(qū)冰雹預警的時間提前量為7～21min。另外，實際預報值班中，在雷達反射率因子圖上對強回波（≥45dBz）作垂直剖面，剖面圖上，45dBz回波質心出現(xiàn)的位置作為判別冰雹出現(xiàn)的依據(jù)，若45dBz回波質心出現(xiàn)在0℃層附近，則該回波可能產生冰雹；若45dBz回波質心出現(xiàn)在-20℃層附近，則該回波肯定產生冰雹，可將45dBz回波頂高度超過0℃層高度，作為承德地區(qū)冰雹預警的指標之一，運用到以后的實際工作當中。