（新疆石河子氣象局，新疆石河子 832000）

0 引言

我國(guó)是世界上冰雹災(zāi)害發(fā)生最嚴(yán)重的國(guó)家之一，冰雹災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生命財(cái)產(chǎn)安全有著嚴(yán)重的影響。降雹過(guò)程是小尺度天氣系統(tǒng)，伴隨著陣性強(qiáng)降水、大風(fēng)等，局地性強(qiáng)。隨著多普勒天氣雷達(dá)的廣泛使用，雷達(dá)業(yè)務(wù)技術(shù)得到迅速發(fā)展，為提高冰雹云的識(shí)別能力創(chuàng)造了條件。目前國(guó)內(nèi)氣象工作者對(duì)冰雹云的識(shí)別和人工防雹技術(shù)理論研究做了大量工作，對(duì)冰雹云的回波強(qiáng)度、最大回波頂高、云頂高度以及垂直累積液態(tài)水含量等雷達(dá)參數(shù)特征進(jìn)行分析研究[1－8]，提取出了識(shí)別冰雹的標(biāo)準(zhǔn)，人工防雹取得了新的進(jìn)展。

從目前看，人工防雹作業(yè)指揮主要還是利用雷達(dá)參數(shù)，結(jié)合人為經(jīng)驗(yàn)給出識(shí)別指標(biāo)來(lái)指揮作業(yè)。這些方法主要靠經(jīng)驗(yàn)，主觀性強(qiáng)，受人為因素的影響比較大，工作量大，科學(xué)程度低，存在很大的局限性。如何將冰雹的雷達(dá)回波特征與冰雹云的結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合，以此提高冰雹云的識(shí)別能力，做好人工防雹工作，為本研究的重點(diǎn)。

本文選取了25個(gè)降雹個(gè)例的雷達(dá)歷史資料，通過(guò)計(jì)算和處理，得到了冰雹的雷達(dá)回波強(qiáng)度、回波的中心高度、云頂高度以及垂直積分液態(tài)水含量等主要特征參數(shù)值，經(jīng)過(guò)分析和研究，總結(jié)出了石河子墾區(qū)冰雹云的科學(xué)判別方法，提高了人工防雹作業(yè)的的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

1 資料與研究方法

本文選取2006—2019年石河子墾區(qū)的25個(gè)降雹個(gè)例的雷達(dá)歷史資料，對(duì)冰雹云及雷雨云資料進(jìn)行處理。根據(jù)單體的強(qiáng)度和形態(tài)等特征，將冰雹云單體進(jìn)行了分類(lèi)；計(jì)算單位時(shí)間里30 dBz 回波面積的變率和生命史中的增長(zhǎng)階段的不同屬性；根據(jù)雹云的回波強(qiáng)度和中心位置的高度等雷達(dá)各特征參數(shù)值及其變化特征，結(jié)合雹云生命周期和移動(dòng)路徑，通過(guò)分析冰雹云回波形態(tài)的基本特征和冰雹云回波參數(shù)的基本特征，以此進(jìn)行冰雹云判別，進(jìn)而分析和研究冰雹云識(shí)別的技術(shù)方法。

2 冰雹云分類(lèi)

冰雹天氣總是伴隨著雷電、強(qiáng)降水和大風(fēng)出現(xiàn)，如何區(qū)分冰雹云和雷雨云是進(jìn)行人工防雹作業(yè)的前提。冰雹云與雷雨云從外觀特征和演變規(guī)律上都有許多共同特征，強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中，發(fā)生局地強(qiáng)降水的雷雨云和尚未發(fā)展成熟的冰雹云之間有許多相同之處。但從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，冰雹云與雷雨云在其外觀、演變規(guī)律和雷達(dá)參數(shù)特征等方面也有很大的差異。根據(jù)這些差異，可以綜合判斷出冰雹云和雷雨云。

通過(guò)對(duì)2006—2019 年發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)的冰雹天氣資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)降雹特征可將冰雹云單體分為3類(lèi)：?jiǎn)误w雹云、多單體雹云和強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云。雷雨云一般強(qiáng)度較弱，質(zhì)量較小，發(fā)展不夠強(qiáng)盛，不會(huì)形成冰雹。單體雹云、多單體雹云和強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云都是發(fā)展成熟的冰雹云，均有可能是普通雹云或強(qiáng)雹云，都會(huì)形成弱冰雹和強(qiáng)冰雹。

石河子墾區(qū)冰雹天氣一般出現(xiàn)在4 月下旬至9月，其中6～8 月為高發(fā)生時(shí)期，可以占到全年總降雹次數(shù)的77%。且形成降雹最多的是多單體雹云，其次是單體雹云，最少的是強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云。

3 冰雹云回波形態(tài)的基本特征

冰雹云回波在PPI圖上常呈現(xiàn)塊狀、帶狀和絮狀3種形態(tài)。塊狀回波寬度一般為15～50 km，常有多個(gè)強(qiáng)中心，一般塊狀冰雹云強(qiáng)度梯度大，降雹范圍較小。帶狀回波一般帶長(zhǎng)為20～70 km，帶寬5～20 km，由多個(gè)單體回波組成，按傳播方式不斷發(fā)展，帶狀冰雹云的降雹特點(diǎn)是間歇式。絮狀回波比較弱，一般為冰雹云的發(fā)展時(shí)期。

冰雹云初始回波時(shí)，30 dBz回波面積增大，回波發(fā)展，表明冰雹云體開(kāi)始增強(qiáng)。通過(guò)計(jì)算30 dBz 回波面積的單位時(shí)間面積的變化數(shù)值，可以較好地判識(shí)是否為雹云。30 dBz回波的形狀、大小、強(qiáng)弱和面積變率是判識(shí)冰雹云的重要手段。

降雹回波在RHI 圖上常呈現(xiàn)柱狀、紡錘狀和燭火狀。冰雹云的云體最寬部位在4～6 km，雷雨云云體最寬部位一般低于4 km。冰雹云在發(fā)展成熟前有一明顯的躍增階段，而雷雨云則沒(méi)有出現(xiàn)躍增現(xiàn)象。

4 冰雹云回波參數(shù)特征

冰雹云和雷雨云在形成過(guò)程中所需要的條件不同，因而在雷達(dá)圖上都表現(xiàn)為不同的特征。冰雹云需要足夠強(qiáng)大的上升氣流，在雷達(dá)圖上一般呈帶狀回波強(qiáng)單體；冰雹云的增長(zhǎng)需要過(guò)冷水累積帶；在雷達(dá)圖上表現(xiàn)為單體運(yùn)動(dòng)速度突然加速或減速，運(yùn)動(dòng)方向有明顯偏轉(zhuǎn)或輻合，長(zhǎng)時(shí)間維持并發(fā)展；冰雹云的形成需要一定的負(fù)溫區(qū)，在雷達(dá)圖上表現(xiàn)帶狀回波的各段移速不同，呈波狀排列；強(qiáng)回波單體具有渦旋狀、鉤狀、指狀、“V”形缺口、鋸齒狀、帶狀波動(dòng)等特征。根據(jù)冰雹天氣的雷達(dá)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，得到了冰雹云類(lèi)型分析的判據(jù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。

表1 雷達(dá)回波參數(shù)基本特征

出現(xiàn)冰雹時(shí)，冰雹云的寬度一般為15～50 km，雷達(dá)回波中心高度≥7 km，中心回波強(qiáng)度一般≥50 dBz，回波頂高度可達(dá)9 km，≥45 dBz的反射率因子出現(xiàn)在-20 ℃等溫線以上。一般情況下，降雹的大小與回波強(qiáng)度、回波頂高度、強(qiáng)回波的范圍成正比。當(dāng)單體雹云和多單體雹云發(fā)生時(shí)會(huì)形成逆風(fēng)區(qū)，強(qiáng)度和范圍會(huì)迅速增大；當(dāng)強(qiáng)（超級(jí)風(fēng)暴）單體雹云形成時(shí)，會(huì)出現(xiàn)中氣旋，并且風(fēng)切變達(dá)到極值。另外，冰雹的大小和降雹區(qū)垂直累積液態(tài)水含量值的中心值的大小、區(qū)域有著很好的相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一般冰雹云的垂直累積液態(tài)水含量最小值陡增，可以大于15 kg/m2，雷雨云的垂直累積液態(tài)水含量最小值一般小于15 kg/m2。這些參數(shù)和特征是判別冰雹出現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，春季冰雹云雷達(dá)回波強(qiáng)度小于夏季，雷雨云的雷達(dá)回波強(qiáng)度小于45 dBz，回波頂高度小于7 km，-20 ℃等溫線以上出現(xiàn)小于45 dBz 的反射率因子；夏季冰雹云雷達(dá)回波強(qiáng)度最強(qiáng)，雷雨云的雷達(dá)回波強(qiáng)度小于50 dBz，回波頂高度小于8 km，-20 ℃等溫線以上出現(xiàn)小于50 dBz的反射率因子。

5 冰雹云識(shí)別

5.1 單體雹云特征

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析單體雹云的雷達(dá)各特征參數(shù)值，得到單體雹云識(shí)別的雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)。單體雹云逐漸發(fā)展成熟期間，回波的各項(xiàng)特征參數(shù)均出現(xiàn)了明顯的變化，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等均表現(xiàn)為躍增，出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，強(qiáng)度和范圍會(huì)迅速增大，風(fēng)向突變，一般15 min 后開(kāi)始降雹。降雹結(jié)束后，大于30 dBz回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度和垂直累積液態(tài)水含量迅速降低。

5.2 多單體雹云特征

統(tǒng)計(jì)和分析多單體雹云的雷達(dá)各特征參數(shù)值，得到了多單體雹云識(shí)別的雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)。多單體雹云由初始回波逐漸生成，特征明顯，一般回波強(qiáng)度大于40 dBz，強(qiáng)回波中心高度大于5 km，強(qiáng)回波頂高大于8 km。此期間，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等均表現(xiàn)為明顯的躍增，出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，強(qiáng)度和范圍會(huì)迅速增大，風(fēng)向突變，冰雹云經(jīng)過(guò)30 min的躍增和發(fā)展后，出現(xiàn)降雹。降雹結(jié)束后，大于30 dBz 回波強(qiáng)度、回波頂高度與垂直積分液態(tài)水含量迅速減小。

5.3 強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云特征

統(tǒng)計(jì)分析強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云的雷達(dá)特征參數(shù)值，得到了強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云識(shí)別的雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)。強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云回波特征參數(shù)需要經(jīng)過(guò)躍增、發(fā)展和降雹3個(gè)階段。初始回波出現(xiàn)后，強(qiáng)（超級(jí)單體）雹云迅速發(fā)展，一般回波強(qiáng)度大于50 dBz，回波中心高度超過(guò)5 km，回波頂高可以達(dá)到12 km以上，此期間，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等均表現(xiàn)為明顯的躍增。經(jīng)過(guò)初始回波的躍增和發(fā)展，各雷達(dá)參數(shù)迅速增強(qiáng)，回波強(qiáng)度超過(guò)65 dBz，強(qiáng)中心高度大于7 km，垂直液態(tài)水含量大于70 kg/m2。當(dāng)強(qiáng)（超級(jí)風(fēng)暴）單體雹云發(fā)展成熟時(shí)，會(huì)出現(xiàn)中氣旋，并且風(fēng)切變達(dá)到極值，經(jīng)過(guò)60 min 以后出現(xiàn)降雹。等降雹結(jié)束后，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等均表現(xiàn)為迅速降低。

5.4 強(qiáng)雷雨云特征

經(jīng)過(guò)對(duì)強(qiáng)雷雨云資料的統(tǒng)計(jì)分析，得到強(qiáng)雷雨云與冰雹云的識(shí)別參數(shù)指標(biāo)。在強(qiáng)雷雨產(chǎn)生之前的十幾分鐘里，雷達(dá)各特征參數(shù)均平穩(wěn)增加，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等未出現(xiàn)躍增變化，雷達(dá)各特征參數(shù)變化幅度不大，回波強(qiáng)度大于30 dBz，回波中心高度一般小于4 km，回波頂高變化不大，垂直液態(tài)水含量逐漸增加，變化幅度不大。降水多表現(xiàn)為陣性，常常伴隨雷電、大風(fēng)等。強(qiáng)降水結(jié)束后，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等各項(xiàng)參數(shù)變化逐漸減小。

6 小結(jié)

（1）根據(jù)冰雹云降雹特征，可統(tǒng)計(jì)出石河子墾區(qū)產(chǎn)生降雹最多的是多單體雹云，其次是單體雹云，強(qiáng)單體雹云最少。（2）冰雹云回波在PPI圖上常呈現(xiàn)塊狀、帶狀和絮狀3種形態(tài)。降雹回波在RHI 圖上常呈現(xiàn)柱狀、紡錘狀和燭火狀。30 dBz回波的形狀、大小、強(qiáng)弱、面積變率是判識(shí)冰雹云的重要手段。通過(guò)計(jì)算30 dBz回波面積的單位時(shí)間面積的變化數(shù)值，可以較好地判識(shí)是否為雹云。（3）降雹的大小與回波強(qiáng)度、回波頂高度、強(qiáng)回波的范圍成正比。冰雹云的垂直累積液態(tài)水含量最小值陡增，雷雨云的垂直累積液態(tài)水含量最小值一般小于15 kg/m2。（4）各類(lèi)雹云在初期和發(fā)展階段，回波的各項(xiàng)特征參數(shù)均出現(xiàn)了明顯的變化，回波強(qiáng)度、回波頂高、強(qiáng)中心高度、垂直累積液態(tài)水含量等均表現(xiàn)為躍增，出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，強(qiáng)度和范圍會(huì)迅速增大，風(fēng)向突變，這些特征是冰雹云類(lèi)型分析的判別指標(biāo)。