賀曉露 楊濤 李格 郝元甲 姜偉男 秦幼文

(湖北省隨州市氣象局，隨州 441300)

引言

湖北地處長(zhǎng)江中游，春季因冷暖空氣交匯而對(duì)流風(fēng)暴多發(fā)，其伴隨的雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹等災(zāi)害性天氣，往往給當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)造成不同程度的損失。而超級(jí)單體作為多種對(duì)流風(fēng)暴中發(fā)展最猛烈、組織化程度最高的風(fēng)暴，引起了國(guó)內(nèi)外眾多氣象學(xué)者的關(guān)注與研究。Browning等[1-3]利用雷達(dá)反射率因子特征對(duì)超級(jí)單體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)創(chuàng)性研究，并指出超級(jí)單體具有弱回波區(qū)(WER)或有界弱回波區(qū)(BWER)等特征；Doswell等[4]指出，超級(jí)單體區(qū)別于其他風(fēng)暴的最本質(zhì)特征是具有深厚持久的中氣旋。隨著天氣雷達(dá)觀(guān)測(cè)技術(shù)的更新和超級(jí)單體雷達(dá)觀(guān)測(cè)個(gè)例的增加，超級(jí)單體的更多雷達(dá)典型特征被發(fā)現(xiàn)，如低層的鉤狀回波和入流缺口、懸垂回波、風(fēng)暴主體向著低層入流方向伸出等特征[5-10]。

受限于多普勒雷達(dá)觀(guān)測(cè)資料，過(guò)去國(guó)內(nèi)多數(shù)研究集中于超級(jí)單體的風(fēng)暴結(jié)構(gòu)和機(jī)理分析，而對(duì)超級(jí)單體的云微物理特征很難開(kāi)展深入研究。相較于單偏振雷達(dá)，雙偏振雷達(dá)可提供差分反射率因子Zdr、相關(guān)系數(shù)R、差分相位常數(shù)Kdp等偏振分量，這些偏振分量可用于分析強(qiáng)風(fēng)暴中水凝物粒子的相態(tài)、形狀、大小等信息。超級(jí)單體的對(duì)流非常強(qiáng)盛，上升氣流可達(dá)40 m·s-1，單體內(nèi)包含多種降水粒子，云微物理過(guò)程復(fù)雜，常在偏振分量觀(guān)測(cè)中出現(xiàn)一些獨(dú)特現(xiàn)象[11]，能進(jìn)一步分析超級(jí)單體的云微物理過(guò)程，更好地發(fā)現(xiàn)超級(jí)單體一些特征的本質(zhì)。國(guó)外早有研究表明，對(duì)流風(fēng)暴的強(qiáng)上升氣流附近存在正Zdr呈垂直柱狀分布[12-13];低層前側(cè)下沉氣流(FFD)南邊界附近存在一條呈弧狀分布的Zdr大值區(qū)[14-15];在上升氣流左側(cè)常常存在正的Kdp柱，主要由大量混合相粒子組成[16]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)較多S波段雙偏振雷達(dá)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，其偏振分量及其相關(guān)產(chǎn)品也開(kāi)始用于研究分析[17-21]。

2020年5月4日下午到夜間，鄂北隨州出現(xiàn)了一次較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)對(duì)流天氣，造成隨州市嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。本文利用華中首部S波段雙偏振雷達(dá)資料，結(jié)合常規(guī)氣象觀(guān)測(cè)資料，對(duì)此次強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析此次過(guò)程中超級(jí)單體的演變特征及其偏振量特征，為今后使用S波段雙偏振雷達(dá)資料進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)暴分析研究提供一些有意義的參考。

1 實(shí)況和災(zāi)情

2020年5月4日下午到夜間湖北省隨州市隨縣和曾都區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，其中17:00—18:00和19:00—20:00為兩段對(duì)流最強(qiáng)時(shí)段。過(guò)程共9個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)8級(jí)以上雷暴大風(fēng)，最大為20:02厲山站27.1 m·s-1；5個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，最大為20:00歷山站33.4 mm，3個(gè)區(qū)域站3 h累計(jì)雨量達(dá)50 mm以上。

此次過(guò)程造成隨州市隨縣、曾都區(qū)共13005人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡1人，因?yàn)?zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失10240.4萬(wàn)元。

2 大尺度環(huán)流背景及對(duì)流潛勢(shì)分析

2.1 天氣系統(tǒng)配置

由圖1可知，500 hPa歐亞為兩槽一脊型，我國(guó)呈西低東高分布，北支槽位于東北至華北地區(qū)并逐漸東移，帶動(dòng)冷空氣南下。副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，120°E脊線(xiàn)位于17°N附近，南支槽位于重慶至貴州一帶并逐漸東移，4日20:00隨州市處于南支槽前的西南氣流中。700和850 hPa暖切位于湖北南部，隨州處于中低層偏南氣流控制中。925 hPa暖切位置偏北，位于隨州上空，同時(shí)北側(cè)有一支急流核達(dá)16 m·s-1的東北急流，在隨州一帶形成明顯的風(fēng)速輻合。從中尺度分析來(lái)看，500 hPa冷槽位于850 hPa暖脊之上，使得鄂北850 hPa與500 hPa溫差達(dá)28 ℃以上，溫度直減率大。同時(shí)湖北中南部T-Td(溫度露點(diǎn)差)達(dá)8～10 ℃，河南南部T-Td僅1 ℃，隨州處于T-Td大梯度區(qū)。這種上冷下暖形勢(shì)配合中低層T-Td大梯度形成明顯的層結(jié)不穩(wěn)定，有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。在地面圖上，白天湖北受暖倒槽控制，隨州氣溫回升至34 ℃，不穩(wěn)定能量集聚，傍晚中路冷空氣逐漸南壓侵入暖倒槽形成鋒生。4日17:00冷鋒位于河南南界，冷鋒前沿偏北氣流侵入暖倒槽在隨州中部形成地面輻合線(xiàn)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，在地面輻合線(xiàn)附近出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖1 2020年5月4日20:00湖北省隨州市中尺度綜合分析(紅五星表示隨州國(guó)家觀(guān)測(cè)站，紅三角表示武漢國(guó)家觀(guān)測(cè)站)

2.2 對(duì)流潛勢(shì)分析

選取距離隨州最近的武漢站2020年5月4日08:00、20:00探空資料來(lái)分析對(duì)流潛勢(shì)變化(圖2)?？芍旱孛嬷?00 hPa有明顯的風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速隨高度增大，說(shuō)明中層以下有暖平流發(fā)展，08:00 0～6 km垂直風(fēng)切變較弱，隨著中層西南風(fēng)增強(qiáng)，20:00 0～6 km垂直風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)至18 m·s-1，達(dá)中等強(qiáng)度，大的垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)對(duì)流加強(qiáng)和維持。從溫濕結(jié)構(gòu)看，08:00“喇叭口”層結(jié)明顯，近地層有非常淺薄的濕層，700 hPa以上存在明顯的干層，20:00隨著中高層西南暖濕氣流發(fā)展，500 hPa以上為深厚的濕層，同時(shí)中低層720 hPa附近也有淺薄濕層，但700～600 hPa處仍有干層存在，中層的干空氣夾卷有利于加強(qiáng)下沉氣流，形成地面大風(fēng)。從不穩(wěn)定條件分析(表1)，08:00和20:00中低層均有不穩(wěn)定層存在，但08:00除了有較高的對(duì)流有效位能CAPE外，其他各項(xiàng)不穩(wěn)定指數(shù)條件較差，不穩(wěn)定性較弱；20:00各項(xiàng)不穩(wěn)定指數(shù)明顯變化，不穩(wěn)定性增強(qiáng)。濕球溫度0 ℃層(WBZ)在3～3.8 km，-20 ℃層高度在7.6～7.8 km，適宜冰雹生長(zhǎng)。綜合來(lái)看，此次過(guò)程在下午到晚上有強(qiáng)不穩(wěn)定層結(jié)、中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變、中層干空氣夾卷以及較適宜的0 ℃層和-20 ℃層高度，有利于冰雹和雷暴大風(fēng)的發(fā)生。

圖2 2020年5月4日武漢站08:00(a)和20:00(b)探空T-lnp圖

表1 2020年5月4日武漢站08:00和20:00強(qiáng)對(duì)流參數(shù)對(duì)比

3 超級(jí)單體風(fēng)暴演變概況

2020年5月4日下午到晚上，隨州雷達(dá)觀(guān)測(cè)到有對(duì)流單體不斷在測(cè)站西南方生消。雷達(dá)監(jiān)測(cè)表明，此次過(guò)程主要是由4個(gè)多單體風(fēng)暴和1個(gè)超級(jí)單體風(fēng)暴引起的。由于超級(jí)單體風(fēng)暴回波結(jié)構(gòu)更加典型，因此下面將重點(diǎn)分析超級(jí)單體風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征。

16:45在隨州雷達(dá)西北側(cè)存在多個(gè)對(duì)流單體向東北移動(dòng)(圖3a)，其中單體A、B、C于16:50開(kāi)始相互合并，17:02 3個(gè)單體完全合并成1個(gè)單體，其水平反射率因子Zh中心值增大到60 dBz并在垂直方向上繼續(xù)伸展，此時(shí)單體右前側(cè)出現(xiàn)“V”形入流缺口(Front Inflow Notch,FIN),FIN的出現(xiàn)說(shuō)明前側(cè)入流明顯(圖3b)。17:07 FIN維持，60 dBz的Zh大值中心向下伸展至1.5°仰角(圖3c)。從徑向速度場(chǎng)上分析，16:45單體A、B、C在中層均存在徑向輻合(圖3d)，17:02中低層由徑向輻合轉(zhuǎn)為氣旋性輻合(圖3e)，而6°仰角則對(duì)應(yīng)為反氣旋速度對(duì)(圖略)。17:07中低層氣旋性輻合明顯增強(qiáng)，1.5°仰角的最大旋轉(zhuǎn)速度達(dá)14 m·s-1，達(dá)弱中氣旋標(biāo)準(zhǔn)(圖3f)，中氣旋的出現(xiàn)標(biāo)志著超級(jí)單體的形成。17:07—17:30超級(jí)單體進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，水平反射率因子增強(qiáng)。從中氣旋產(chǎn)品來(lái)看，17:24—17:41均識(shí)別出中氣旋，且17:24—17:35中氣旋厚度增加，切變強(qiáng)度增大，17:41中氣旋高度明顯下降，切變強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)且下傳，直徑收縮。隨著中氣旋的下降，其旋轉(zhuǎn)速度迅速減弱，中氣旋消失，超級(jí)單體也逐漸減弱并于18:14消亡。

圖3 2020年5月4日隨州雷達(dá)16:45 3.3°仰角、17:02 3.3°仰角、17:07 1.5°仰角的水平反射率因子Zh(a、b、c)和徑向速度V(d、e、f)(圖中FIN表示入流缺口;距離橫坐標(biāo)東方為正,縱坐標(biāo)北方為正,下同)

圖4是以單體B為中心而形成的超級(jí)單體風(fēng)暴的參數(shù)演變圖，灰色柱體為風(fēng)暴厚度以及云底、云頂高度。從風(fēng)暴各項(xiàng)參數(shù)演變來(lái)看，其最大水平反射率因子(DBZM)始終維持在50 dBz以上，16:45—17:02風(fēng)暴向上向下發(fā)展，厚度明顯增加，但風(fēng)暴頂高度不足10 km，風(fēng)暴質(zhì)心高度(CENT HT)變化不大、最大反射率因子高度(DBZM HT)迅速升高至6 km附近后基本維持，垂直累積液態(tài)含水量(VIL)逐步增大，這一時(shí)期為風(fēng)暴的發(fā)展階段。17:07起風(fēng)暴發(fā)展為超級(jí)單體，CENT HT和DBZM HT先升后降，云頂發(fā)展至14 km以上，風(fēng)暴垂直厚度超過(guò)13 km，VIL于17:18激增至最大88 kg·m-2，此時(shí)DBZM也增加到66 dBz。17:24 CENT HT、DBZM HT和VIL都開(kāi)始下降，17:30 DBZM HT迅速下降至0.7 km，VIL也隨之持續(xù)下降，此時(shí)可能是地面開(kāi)始降雹的時(shí)間。而17:35風(fēng)暴頂高度下降，預(yù)示著云頂?shù)谋浪欣谙鲁翚饬骷铀僭诘孛嫘纬纱箫L(fēng)， 風(fēng)暴東側(cè)的區(qū)域站風(fēng)速于17:35—17:40迅速增大，并于17:45出現(xiàn)17.5 m·s-1的雷暴大風(fēng)。17:52風(fēng)暴頂高度進(jìn)一步下降至10 km以下，風(fēng)暴進(jìn)入消亡期。17:02—17:46強(qiáng)冰雹概率POSH維持在100%，冰雹尺寸持續(xù)預(yù)估在4 cm以上。

表2 2020年5月4日隨州雷達(dá)17:24—17:41中氣旋參數(shù)

圖4 2020年5月4日隨州超級(jí)單體風(fēng)暴各階段多項(xiàng)參數(shù)的時(shí)間演變(圖中灰色柱體為風(fēng)暴厚度(云底、云頂高度)，DBZM為最大反射率因子，DBZM HT為最大反射率因子高度，CENT HT為質(zhì)心高度，VIL為垂直累積液態(tài)含水量)

4 超級(jí)單體的偏振量特征

相較于單偏振雷達(dá)，雙偏振雷達(dá)可提供差分反射率因子Zdr、相關(guān)系數(shù)R、差分相位常數(shù)Kdp等偏振分量，在粒子相態(tài)識(shí)別上有顯著優(yōu)勢(shì)[20]，因此，通過(guò)分析超級(jí)單體的偏振分量特征，可進(jìn)一步分析風(fēng)暴發(fā)展演變過(guò)程。

4.1 水平偏振特征

4.1.1 低層Zdr弧

以往眾多研究表明[15-19]，Zdr弧是超級(jí)單體最顯著的低層偏振特征，這一特征往往出現(xiàn)在FFD的附近，表現(xiàn)為一條細(xì)長(zhǎng)而淺薄的弧狀大值帶，伸展高度在1～2 km左右。由圖5a～c可知在17:30超級(jí)單體成熟階段，低層0.5°仰角存在兩處Zdr大值區(qū)，一處位于鉤狀回波附近呈塊狀分布；另一處位于FFD西側(cè)呈近似弧狀分布，即Zdr弧。

觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，位于FFD西側(cè)的Zdr弧與Zh大值區(qū)并不重合，而是位于其南側(cè)Zh大梯度區(qū)，Zdr弧的厚度也較為淺薄，其伸展高度約2.5 km。Bringi等[22]研究表明，大的Zdr值主要與橢球形的大雨滴有關(guān)。從水凝物分類(lèi)(HCL)可知(圖5d)，位于FFD西側(cè)的Zdr弧主要由大雨滴構(gòu)成的，這就應(yīng)證了粒子分選機(jī)制[23]：低層的風(fēng)垂直切變導(dǎo)致不同大小粒子的下降軌跡也不同，小粒子下落末速度小，受環(huán)境風(fēng)作用時(shí)間更長(zhǎng)，輸送的距離更遠(yuǎn)，大粒子則反之。因此實(shí)現(xiàn)了粒子的大小排序，最終導(dǎo)致大粒子集中在離下沉氣流更近的區(qū)域。而大粒子相對(duì)于下沉氣流的位置則取決于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)[11]。結(jié)合隨州雷達(dá)風(fēng)廓線(xiàn)VWP(圖略)和武漢站的探空?qǐng)D(圖2)分析，此次過(guò)程低層環(huán)境風(fēng)為偏東風(fēng)，偏東風(fēng)將從高空融化下落的大雨滴輸送到FFD西側(cè)，使Zdr弧位于FFD西側(cè)。從Zdr弧的時(shí)間演變特征來(lái)看，17:13在0.5°仰角已經(jīng)出現(xiàn)Zdr弧特征，一直持續(xù)到17:41，之后隨著單體減弱，Zdr弧特征消失(圖略)，這說(shuō)明此次個(gè)例中，Zdr弧主要出現(xiàn)在超級(jí)單體的發(fā)展階段和成熟階段。

圖5 2020年5月4日隨州雷達(dá)17:30 0.5°仰角水平反射率因子Zh(a)、徑向速度V(b)、差分反射率因子Zdr(c)、水凝物分類(lèi)HCL(d)(圖中FFD表示前側(cè)下沉氣流，下同)

4.1.2 中層Zdr環(huán)和R環(huán)

由圖6可知，在4.3°仰角上，超級(jí)單體的鉤狀回波附近存在Zdr>1 dB、R<0.96的區(qū)域。通過(guò)武漢站探空數(shù)據(jù)(表1)可知，此次過(guò)程融化層高度在3～3.8 km之間，而Zdr>1 dB、R<0.96的區(qū)域高度約5.2 km，位于融化層之上。同時(shí)這一區(qū)域還位于中氣旋東北側(cè)，中氣旋即代表強(qiáng)旋轉(zhuǎn)上升氣流所在之處。由于強(qiáng)上升氣流存在正溫度擾動(dòng)，使冰相粒子在上升氣流附近下落時(shí)融化，同時(shí)此處還存在由強(qiáng)上升氣流托舉的大雨滴，從而形成濕雪、霰、雨滴等混合相粒子。大雨滴的存在以及冰相粒子的融化導(dǎo)致此處液態(tài)含水量增多，其介電常數(shù)也相應(yīng)增大，而Zdr對(duì)介電常數(shù)十分敏感，對(duì)于單個(gè)相同軸比的雪和雨，其Zdr值可相差10倍以上[24]，因此強(qiáng)上升氣流附近出現(xiàn)Zdr大值區(qū)形成的Zdr環(huán)。這與Kumjian等[15]提出的Zdr環(huán)常出現(xiàn)在融化層附近，與氣旋性渦度相關(guān)聯(lián)的結(jié)論一致。由于存在不同相態(tài)粒子，其粒子形狀、尺寸、介電常數(shù)各不相同，導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)的R值也有所下降，形成R環(huán)。

圖6 2020年5月4日隨州雷達(dá)17:30 4.3°仰角差分反射率因子Zdr(a)、相關(guān)系數(shù)R(b)、徑向速度V(c)、水凝物分類(lèi)HCL(d)

從時(shí)間變化來(lái)看，中層Zdr環(huán)和R環(huán)于16:56出現(xiàn)并維持到17:46，但17:41—17:46Zdr環(huán)和R環(huán)的面積明顯減小。這說(shuō)明在超級(jí)單體的初始階段、發(fā)展階段以及成熟階段由于存在強(qiáng)上升氣流，導(dǎo)致中層出現(xiàn)Zdr環(huán)和R環(huán)，而當(dāng)超級(jí)單體處于減弱消亡階段時(shí)，單體內(nèi)部轉(zhuǎn)為下沉氣流，Zdr環(huán)和R環(huán)特征逐漸消失。

4.2 垂直偏振特征

4.2.1Zdr柱

前文提到17:30在鉤狀回波附近存在一塊狀Zdr大值區(qū)，這一Zdr大值區(qū)與Zh大值區(qū)也不重合(圖5a、c)，其形成原因是Zdr柱。許多學(xué)者均在超級(jí)單體中觀(guān)測(cè)到Zdr柱，概括其定義為：Zdr>0 dB的區(qū)域垂直伸展高度超過(guò)0 ℃，即為Zdr柱。Zdr柱常常與上升氣流相聯(lián)系，如Brandes等[25]指出Zdr柱常位于上升氣流附近，Zdr柱內(nèi)存在直徑8 mm的大雨滴。Loney等[16]認(rèn)為Zdr柱中的扁平大雨滴可能是懸垂回波處的大雨滴掉落低層被重新卷入上升氣流中，王洪等[11]則認(rèn)為大雨滴被上升氣流帶入云中較冷的區(qū)域后凍結(jié)并失去取向穩(wěn)定導(dǎo)致Zdr值迅速減小。

圖7為超級(jí)單體不同階段的Zh、Zdr、Kdp垂直剖面。圖中可見(jiàn)，初始階段(16:56)Zh中有2個(gè)大值中心(圖7a)，說(shuō)明單體A和B還未完成合并，此時(shí)單體A、B中均存在Zdr>1 dB的柱狀回波，其中單體B對(duì)應(yīng)的Zdr柱伸展高度約9 km(圖7d)。發(fā)展階段(17:13)，單體A、B已完全合并且發(fā)展成超級(jí)單體B，Zh強(qiáng)中心高度向上發(fā)展至10 km以上，中層出現(xiàn)弱回波區(qū)(圖7b)，此時(shí)大于1 dB的Zdr柱高度伸展至10 km左右，且Zdr柱中心值增大至3 dB以上(圖7e)。觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，Zdr柱位于Zh弱回波區(qū)及其上側(cè)的強(qiáng)回波中心區(qū)，這是因?yàn)閺?qiáng)上升氣流形成正溫度擾動(dòng)導(dǎo)致高空降落的各種冰相粒子在0 ℃層以上融化，形成各種外包水膜的冰相粒子，冰相粒子的融化導(dǎo)致液態(tài)含水量增多，介電常數(shù)增大，導(dǎo)致0 ℃層以上Zdr值增大，從而形成自上而下的Zdr柱；同時(shí)還有少部分冰相粒子在強(qiáng)上升氣流附近下落融化的過(guò)程中被重新輸送至強(qiáng)上升氣流中，導(dǎo)致在弱回波區(qū)形成Zdr大值區(qū)。成熟階段(17:30)，超級(jí)單體B的弱回波區(qū)以及高層懸垂回波等特征更加明顯，強(qiáng)回波中心明顯下降(圖7c)，Zdr柱仍位于Zh弱回波區(qū)，但其伸展高度下降至5 km左右，中心值減小到2 dB(圖7f)。17:46之后，超級(jí)單體進(jìn)入消亡階段，Zdr柱特征消失(圖略)。

圖7 2020年5月4日隨州雷達(dá)16:56沿305°方位角、17:13沿314.5°方位角、17:30沿320.4°方位角的水平反射率因子Zh(a,b,c)、差分反射率因子Zdr(d,e,f)和差分相位常數(shù)Kdp(g,h,i)的垂直剖面(圖中紅實(shí)線(xiàn)為濕球0 ℃層高度)

綜上所述，超級(jí)單體的初始階段、發(fā)展階段和成熟階段均存在Zdr柱，與Zh弱回波區(qū)位置對(duì)應(yīng)較好，說(shuō)明這些時(shí)期均有上升氣流，但Zdr柱在不同階段的演變特征也反映出不同時(shí)期上升氣流的變化。初始階段和發(fā)展階段Zdr柱伸展高度較高，說(shuō)明上升氣流發(fā)展高度高，發(fā)展階段Zdr柱中心值明顯增大，反映了這一階段上升氣流的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，能托舉尺度更大的粒子；而成熟階段Zdr柱伸展高度下降，中心值減小，則反映了此時(shí)單體內(nèi)部上升氣流的強(qiáng)度減弱，高度下降。

4.2.2Kdp柱

王洪等[11]發(fā)現(xiàn)Kdp主要對(duì)雨水敏感，而Snyder等[26]通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，Kdp柱可以非常好地跟蹤雨水混合比，潘佳文等[18]發(fā)現(xiàn)Kdp柱所在的位置與地面雨強(qiáng)中心有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些都說(shuō)明Kdp值能反映該區(qū)域的液態(tài)水滴含量，它不僅和粒子相態(tài)有關(guān)，還與粒子的數(shù)密度有關(guān)，其數(shù)值越大，則表示液態(tài)水滴含量越多[27]。Romine等[28]和潘佳文等[18]則在超級(jí)單體中觀(guān)測(cè)到Kdp>0°/km的區(qū)域垂直伸展到0 ℃層以上，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為Kdp柱。

圖7g中可見(jiàn)，初始階段單體A、B中均存在Kdp>0.5°/km的柱狀回波，伸展高度約5 km左右，位置與Zdr柱基本一致，且Kdp柱大值中心與Zh強(qiáng)中心相對(duì)應(yīng)，這表示Zh強(qiáng)中心含有大量液態(tài)水滴。發(fā)展階段(圖7h)，大于0.5°/km的Kdp柱伸展至10 km左右，伸展高度明顯增高，且隨高度向右側(cè)傾斜，與Zdr柱位置并不重合，與Zh強(qiáng)中心也不重合，而是位于Zh懸垂回波處，這說(shuō)明Zh強(qiáng)中心雖然冰相粒子有所融化，但液態(tài)水含量不高，仍以冰相粒子為主，而液態(tài)水滴主要集中在Zh懸垂回波處。成熟階段(圖7i)，Kdp柱伸展高度下降到7 km左右，仍位于Zh懸垂回波處，同時(shí)3 km以下出現(xiàn)Kdp>3°/km的大值中心，與Zh強(qiáng)中心相對(duì)應(yīng)，這說(shuō)明高層粒子下降到融化層以下融化形成大量液態(tài)水滴，地面可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。但由于地面區(qū)域站密度不夠，此次個(gè)例無(wú)法驗(yàn)證Kdp柱和近地層Kdp大值中心與地面降水的關(guān)系。

5 結(jié)論與討論

對(duì)鄂北隨州2020年5月4日發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，通過(guò)華中首部S波段雙偏振雷達(dá)資料，分析了超級(jí)單體的演變過(guò)程及其成熟階段的偏振分量特征，得到以下結(jié)論：

(1)此次強(qiáng)對(duì)流天氣是在低空切變線(xiàn)和地面輻合線(xiàn)共同作用下形成的。上干冷下暖濕的垂直層結(jié)提供不穩(wěn)定能量，地面冷空氣入暖槽提供觸發(fā)條件，配合0～6 km中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變及較適宜的0 ℃ 層和-20 ℃層高度，有利于強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展，從而導(dǎo)致出現(xiàn)冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

(2)超級(jí)單體發(fā)展過(guò)程中，觀(guān)測(cè)到前側(cè)“V”形入流缺口、中氣旋、弱回波穹隆、懸垂回波、鉤狀回波等特征，且風(fēng)暴頂高度、風(fēng)暴質(zhì)心高度、最大反射率因子高度、垂直累積液態(tài)含水量等風(fēng)暴參數(shù)均呈先升后降趨勢(shì)。

(3)在0 ℃層以下的低層，偏東風(fēng)將大雨滴輸送到FFD西側(cè)，導(dǎo)致在FFD西側(cè)觀(guān)測(cè)到淺薄的Zdr弧。Zdr弧與Zh大值區(qū)并不重合，而是位于其南側(cè)Zh大梯度區(qū)，并且出現(xiàn)在超級(jí)單體的發(fā)展階段和成熟階段。

(4)在0 ℃層之上的中層，鉤狀回波附近的上升氣流形成正溫度擾動(dòng)，使冰相粒子在上升氣流附近融化，形成濕雪、霰、雨滴等混合相粒子，導(dǎo)致出現(xiàn)Zdr增大，R減小的現(xiàn)象，形成Zdr環(huán)和R環(huán)。Zdr環(huán)和R環(huán)在超級(jí)單體的初始階段、發(fā)展階段以及成熟階段均存在，在消亡階段消失。

(5)在垂直方向上，強(qiáng)上升氣流使0 ℃層高度以上存在液態(tài)水滴，導(dǎo)致Zdr大值區(qū)伸展到0 ℃層高度之上，形成Zdr柱。Zdr柱存在于超級(jí)單體的初始、發(fā)展和成熟階段，與Zh弱回波區(qū)位置對(duì)應(yīng)較好。初始階段和發(fā)展階段Zdr柱伸展高度較高，說(shuō)明上升氣流發(fā)展高度高，發(fā)展階段Zdr柱中心值明顯增大，反映了這一階段上升氣流的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，能托舉尺度更大的粒子；而成熟階段Zdr柱伸展高度下降，中心值減小，則反映了此時(shí)單體內(nèi)部上升氣流的強(qiáng)度減弱，高度下降。

(6)超級(jí)單體的初始、發(fā)展和成熟階段均出現(xiàn)Kdp柱特征，Kdp柱可以反映出超級(jí)單體中含有大量液態(tài)水滴的區(qū)域。初始階段，Kdp柱與Zdr柱位置基本一致，其大值區(qū)與Zh強(qiáng)中心相對(duì)應(yīng)；發(fā)展階段和成熟階段，Kdp柱與Zdr柱位置并不重合，而是位于Zh懸垂回波處。

由于隨州S波段雙偏振雷達(dá)于2019年6月才投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，超級(jí)單體等強(qiáng)風(fēng)暴的觀(guān)測(cè)資料有限，文中僅對(duì)1次超級(jí)單體個(gè)例進(jìn)行分析，結(jié)果是否具有普適性還需要更多的觀(guān)測(cè)資料積累驗(yàn)證。同時(shí)上述雷達(dá)偏振特征基本以定性分析為主，各偏振量之間的定量關(guān)系還需進(jìn)一步研究。