何東坡，周永水，周文鈺，王玥彤，萬 超

(1.貴州省氣象臺(tái), 貴州 貴陽 550002；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

貴州省作為全國唯一沒有平原的省份，其復(fù)雜的喀斯特地貌讓天氣系統(tǒng)在此處千變?nèi)f化，災(zāi)害性天氣的影響比較嚴(yán)重，而對冰雹的識(shí)別和預(yù)警難度較大，前人也對此做了大量的研究并取得了一些較好的識(shí)別方法和指標(biāo)[1-4]。隨著天氣雷達(dá)技術(shù)的不斷更新與升級，雙偏振雷達(dá)的偏振參量也很好地運(yùn)用到冰雹的識(shí)別中，使得觀測資料產(chǎn)品更加多元化、精細(xì)化。

Seliga等[5]在1976年就提出了雙偏振雷達(dá)并利用差分反射率(ZDR)分析了降水粒子的大小分布。Hall等[6]發(fā)現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)暴在融化層之上有正值的ZDR柱。Kumjian 等[7]通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ZDR柱與強(qiáng)風(fēng)暴中的強(qiáng)上升氣流密切相關(guān)。Sachidananda 等[8]研發(fā)了差分相移率(KDP)產(chǎn)品，KDP能夠較好地反映液態(tài)水含量，兩者呈正比，在干的冰雹區(qū)KDP一般在0 °/km左右，一般降落到融化層后冰雹表面會(huì)有水膜，KDP值增加，最大5 °/km以上。Loney等[9]在強(qiáng)風(fēng)暴中觀測到了KDP柱。Balakrishnan等[10]研究出了區(qū)分混合降水和均一降水的共偏相關(guān)系數(shù)產(chǎn)品CC，在對冰雹的研究中發(fā)現(xiàn)，冰雹尺寸越大，相關(guān)系數(shù)越小，CC也能很好的區(qū)分氣象回波和非氣象回波。Dawson 等[11]利用超級單體的雙偏振特征，繪制了概念模型圖。Mahale等[12]分析了一次下?lián)舯┝鞯碾p偏振特征，并給出了降水粒子的垂直分布和演變概念模型。隨著國內(nèi)雙偏振雷達(dá)逐漸進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行，多位專家對其產(chǎn)品進(jìn)行了研究分析。劉紅亞等[13]利用WSR-88D雙偏振雷達(dá)分析了一次大冰雹過程，并繪制出了本次風(fēng)暴的概念模型。崔夢雪等[14]利用廈門S波段雙偏振雷達(dá)分析了一次超級單體風(fēng)暴偏振特征，研究表明，冰雹的水平反射率因子大、差分反射率因子和差分相移率數(shù)值都接近0、共偏相關(guān)系數(shù)在0.85～0.9。鐘晨等[15]選取了2011年7月26日北京強(qiáng)冰雹個(gè)例，通過雙偏振產(chǎn)品(差分反射率因子、差分相移率、共偏相關(guān)系數(shù))能夠直接有效的在降雹前對雹區(qū)進(jìn)行判別。江慧遠(yuǎn)等[16]通過對一次冬季冰雹個(gè)例進(jìn)行偏振參量分析，研究表明，冰雹區(qū)ZDR和KDP數(shù)值都小，冰水混合區(qū)的相關(guān)系數(shù)較低，并發(fā)現(xiàn)了ZDR弧、ZDR柱、KDP柱超級單體特征。此外，雙偏振雷達(dá)在強(qiáng)降水、降雪、粒子相態(tài)識(shí)別的研究中也得到了較好的應(yīng)用[17-19]。

貴州省目前業(yè)務(wù)運(yùn)行的有4部C波段雙偏振雷達(dá)，分別在遵義、務(wù)川、榕江、習(xí)水，僅在2021年初才投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，因此研究樣本和經(jīng)驗(yàn)均不足。2021年3月30日的冰雹過程正好被務(wù)川雷達(dá)監(jiān)測到，本文將對此次冰雹天氣進(jìn)行分析并研究其雙偏振產(chǎn)品特征。

1 天氣實(shí)況與環(huán)境條件分析

1.1 天氣實(shí)況

2021年3月30日午后至傍晚，貴州東北部出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣，其中石阡、思南、印江、碧江、江口、沿河、德江、道真、務(wù)川等9縣區(qū)境內(nèi)出現(xiàn)冰雹，最大冰雹直徑為江口民和的40 mm；沿河、務(wù)川等11縣區(qū)境內(nèi)出現(xiàn)大風(fēng)。當(dāng)日下午冰雹具體信息表明冰雹出現(xiàn)時(shí)段在13時(shí)50分—17時(shí)28分，其中直徑30 mm以上的冰雹分別出現(xiàn)在銅仁市江口縣閔孝羅江(15時(shí)10—20分)、銅仁市江口縣民和(15時(shí)28—31分)、遵義市道真縣舊城(16時(shí)02—11分)、遵義市務(wù)川縣泥高(16時(shí)18—41分)和遵義市務(wù)川縣大坪街道三坑、干禾、龍?zhí)?、黃洋(16時(shí)55分—17時(shí)20分)。

1.2 環(huán)境條件分析

1.2.1 天氣形勢配置 貴州東北部強(qiáng)對流發(fā)生前的3月30日08時(shí)，200 hPa貴州位于高空槽前西南急流軸上(圖1a)，風(fēng)速達(dá)48～62 m·s-1，槽前正渦度平流強(qiáng)，同時(shí)當(dāng)對流產(chǎn)生時(shí)，高空急流的“通風(fēng)作用”有利于對流云的發(fā)展和維持。3月30日08—20時(shí)500 hPa四川南部到云南東北部有高空槽影響貴州，槽后有溫度槽配合，冷平流明顯(圖1b)，有利于高空槽東移加強(qiáng)，使得槽前正渦度平流增強(qiáng)，對貴州上空大尺度上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)有利。700 hPa貴州位于偏西急流左側(cè)氣旋性切變中，受西西南風(fēng)影響，風(fēng)速達(dá)12～14 m·s-1(圖1c)，云南中東部南北向切變線未來減弱消失。850 hPa切變線從四川東部經(jīng)重慶南部向東橫跨至浙江南部，切變線左端有冷舌配合，且切變線附近溫度線密集(圖1d)，斜壓性強(qiáng)，使得切變線維持和加強(qiáng)。貴州位于850 hPa切變線南側(cè)，貴州東部受西南急流左側(cè)氣旋性切變影響，貴陽和懷化偏南風(fēng)風(fēng)速差達(dá)8 m·s-1。可見，貴州處于低層氣旋性切變和高層強(qiáng)正渦度平流區(qū)域內(nèi)，即低層輻合配合高層輻散，對此次強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展非常有利。

圖1 2021年3月30日08時(shí)200 hPa(a)、500 hPa(b)、700 hPa(c)、850 hPa(d)風(fēng)場(風(fēng)桿,單位：m·s-1；箭頭線為急流；雙實(shí)線為切變線；單實(shí)線為槽線)，850 hPa溫度場(d，三角線為溫度槽，單位：℃)

1.2.2 大氣溫濕狀況及不穩(wěn)定性分析 由于懷化站08時(shí)正在下雨，因此選取強(qiáng)對流發(fā)生區(qū)上游的貴陽站和貴州北面的沙坪壩站探空資料。圖2為利用強(qiáng)對流臨近發(fā)生前13時(shí)貴陽和沙坪壩地面氣溫和露點(diǎn)溫度訂正的08時(shí)貴陽和沙坪壩T-lnp圖。訂正后貴陽CAPE從318.9 J·kg-1增至458.5 J·kg-1，沙坪壩CAPE從245.7 J·kg-1增至1337 J·kg-1，表明貴州東北部有不穩(wěn)定能量累積，為強(qiáng)對流發(fā)生提供了能量條件。貴陽和沙坪壩溫濕曲線總體均呈“上干下濕”分布，貴陽700～400 hPa有強(qiáng)干空氣侵入，700～400 hPa最大溫度露點(diǎn)差達(dá)41.4 ℃。貴陽700 hPa與500 hPa溫度差為17 ℃，850 hPa與500 hPa溫度差為25 ℃，BLI=-2.1 ℃，但沙坪壩700 hPa與500 hPa溫度差達(dá)20 ℃，850 hPa與500 hPa溫度差為29 ℃，SI=-5.36 ℃，BLI=-6.5 ℃，懷化700 hPa與500 hPa溫度差達(dá)20 ℃，850 hPa與500 hPa溫度差為30 ℃，SI=-7.74 ℃，BLI=-8.4 ℃(圖略)，說明貴州東北部低層層結(jié)不穩(wěn)定明顯，存在非常有利于對流產(chǎn)生的熱力條件。

圖2 2021年3月30日13時(shí)訂正后的貴陽站(a)和沙坪壩站(b)T-lnp圖

同時(shí)，貴陽風(fēng)速隨高度明顯增加，700 hPa以下風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，0～6 km垂直風(fēng)切變達(dá)43.6 m·s-1，沙坪壩0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?3.1 m·s-1，懷化0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?0.3 m·s-1，表明貴州東北部有中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，為對流云團(tuán)移到貴州東北部后發(fā)展形成深厚濕對流以及長時(shí)間維持提供了有利條件。

此次過程0 ℃濕球溫度高度為3147～3874 km，-20 ℃濕球溫度高度為6362～7585 km，處于出現(xiàn)冰雹的有利高度。

1.2.3地面觸發(fā)機(jī)制初探 此次貴州東北部強(qiáng)對流過程主要由2個(gè)中-β尺度對流云團(tuán)造成，成熟時(shí)期水平尺度約為110 km(圖略)，分別影響銅仁市南部和遵義市東北部。影響銅仁市南部的對流風(fēng)暴于13時(shí)左右在余慶縣北部生成，影響遵義市東北部的對流風(fēng)暴于14時(shí)左右在重慶市南川區(qū)生成。30日白天地面西南熱低壓強(qiáng)烈發(fā)展，影響貴州中西部，低壓中心位于六盤水市水城—六枝特區(qū)一帶。13時(shí)熱低壓中心最低值為993 hPa，14時(shí)降至992 hPa(圖略)。準(zhǔn)靜止鋒位于湖南西部—銅仁市東部—重慶東南部(圖3b)，影響遵義市東北部的對流風(fēng)暴于14時(shí)在準(zhǔn)靜止鋒較暖濕一側(cè)生成，其生成主要原因初步分析是由于午后熱低壓強(qiáng)烈加熱作用，加強(qiáng)了地面風(fēng)場擾動(dòng)以及靜止鋒兩側(cè)的水平溫度梯度，促進(jìn)了靜止鋒鋒生，觸發(fā)了對流生成，之后對流云沿準(zhǔn)靜止鋒移進(jìn)遵義市北部，但為何會(huì)在重慶市南川區(qū)生成，將在以后的工作中做進(jìn)一步詳細(xì)研究。影響銅仁市南部的對流風(fēng)暴初生地離準(zhǔn)靜止鋒較遠(yuǎn)，初生地周圍氣溫在26～28 ℃，溫度梯度不明顯。但分析地面露點(diǎn)溫度發(fā)現(xiàn)，受熱低壓影響，地面有干舌逐漸自西向東發(fā)展延伸，同時(shí)在遵義、銅仁、黔南州和黔東南州4個(gè)地州市交界附近一直有地面輻合線存在，但地面輻合線形態(tài)多變。12時(shí)地面輻合線呈西南—東北向，位于余慶與湄潭交界—德江與印江交界一帶，地面干舌舌尖東伸至開陽(圖略)。13時(shí)地面輻合線轉(zhuǎn)為北西北—南東南向，位于桐梓與綏陽交界—余慶與甕安交界—黃平與施秉交界—?jiǎng)P里與臺(tái)江交界。地面干舌繼續(xù)東伸，在余慶與甕安交界與地面輻合線相交，有利于激發(fā)出強(qiáng)烈的上升氣流，在兩條邊界層輻合線相交點(diǎn)的暖濕一側(cè)觸發(fā)對流產(chǎn)生(圖3a)，在高空風(fēng)引導(dǎo)下逐漸向準(zhǔn)靜止鋒靠近，此時(shí)準(zhǔn)靜止鋒鋒生作用有利于對流風(fēng)暴在離開干舌與地面輻合線的交點(diǎn)后繼續(xù)發(fā)展維持。

圖3 2021年3月30日13時(shí)(a)和14時(shí)(b)國家站地面要素場疊加可見光圖(風(fēng)桿,單位：m·s-1；紅色數(shù)字為地面氣溫，綠色數(shù)字為地面露點(diǎn)溫度；黃色鋸齒線為干舌；黑色虛線為地面輻合線；紫線為靜止鋒；紅圈指示此次過程兩個(gè)對流云團(tuán)初生地)

2 雷達(dá)資料與回波演變

2.1 雷達(dá)資料說明

本文使用的雷達(dá)資料是務(wù)川C波段新一代天氣雷達(dá)CINRAD/CAD，在2021年1月1日投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。工作波長5.31 cm，工作頻率5650 MHz，天線直徑4.5 m，天線增益43.85 dB，水平波速寬度0.945 °，垂直波速寬度0.973 °。此外務(wù)川雷達(dá)數(shù)據(jù)未進(jìn)行人工質(zhì)控，但每周進(jìn)行維護(hù)定標(biāo)。

2.2 雷達(dá)回波演變分析

本次強(qiáng)天氣過程有2個(gè)風(fēng)暴單體影響遵義市北部、有1個(gè)風(fēng)暴單體影響銅仁市南部，通過務(wù)川C波段雷達(dá)都能監(jiān)測到3個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)展過程。因銅仁市南部的回波離務(wù)川雷達(dá)較遠(yuǎn)，低層偏振參量數(shù)據(jù)缺失，本文主要對遵義市的回波進(jìn)行詳細(xì)分析。

重慶的強(qiáng)回波在14時(shí)15分以多單體線狀風(fēng)暴形勢從道真縣西北部進(jìn)入貴州，強(qiáng)中心水平反射率因子(ZH)已達(dá)60 dBz，但60 dBz強(qiáng)中心發(fā)展高度只到4 km，水平反射率因子剖面中有一定的向前側(cè)傾斜，但沒有強(qiáng)回波懸垂和有界弱回波區(qū)，強(qiáng)回波區(qū)前側(cè)有明顯的速度徑向輻合，回波正在快速發(fā)展將影響遵義市道真縣。14時(shí)59分圖4a中A處強(qiáng)回波南部出現(xiàn)了明顯的V型缺口，中心ZH達(dá)66.5 dBz，50 dBz以上強(qiáng)中心發(fā)展旺盛已達(dá)9 km左右，遠(yuǎn)超-20 ℃高度層(圖4g)，Witt等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在-20 ℃高度上有超過45 dBz的反射率因子核是判斷出現(xiàn)大冰雹的主要依據(jù)。從0.5 °仰角速度圖中(圖4d)發(fā)現(xiàn)A處回波V型缺口對應(yīng)著明顯的速度對，有強(qiáng)烈的上升氣流。從A處水平反射率因子剖面圖(圖4g)可以看到明顯強(qiáng)回波懸垂和有界弱回波區(qū)特征，可見回波已經(jīng)發(fā)展到旺盛時(shí)期，懸垂的60 dBz以上強(qiáng)回波質(zhì)心已經(jīng)在濕球0 ℃層以下，距離地面只有1.5 km左右，冰雹已經(jīng)在較低的高度。在正安縣北部(圖4a中B處)此時(shí)也有一個(gè)回波單體生成發(fā)展，強(qiáng)中心ZH在60 dBz左右，0.5 °仰角速度圖上(圖4d)B處還沒有速度輻合形成，強(qiáng)回波中心發(fā)展高度剛到4 km。

強(qiáng)回波A維持發(fā)展并快速東移，在16時(shí)進(jìn)入務(wù)川縣且形成距離很近的2個(gè)強(qiáng)回波中心，最大ZH值達(dá)到68 dBz(圖4b)。由于回波離雷達(dá)較近，最高仰角只探測到6 km以下的回波特征，60 dBz以上的強(qiáng)回波發(fā)展高度應(yīng)該遠(yuǎn)超過6 km，從0.5 °仰角速度圖中(圖4e)A處有氣旋性渦旋并維持到最高仰角6 km左右。水平反射率因子剖面圖中保持有明顯的強(qiáng)回波懸垂和有界弱回波區(qū)特征，且懸垂強(qiáng)中心質(zhì)心較低(圖略)?；夭˙在16時(shí)已經(jīng)發(fā)展得很成熟，強(qiáng)回波范圍和中心強(qiáng)度都有明顯的加大加強(qiáng)，最大ZH值達(dá)到67.5 dBz(圖4b)，50 dBz強(qiáng)回波已經(jīng)發(fā)展到9 km以上，超過了-20 ℃高度(圖4h)。強(qiáng)中心南側(cè)的V型缺口附近在低層的速度圖中(圖4e)也出現(xiàn)了氣旋性速度對并伸展到5 km左右，水平反射率因子剖面圖中(圖4h)也出現(xiàn)了符合大冰雹的強(qiáng)回波懸垂和有界弱回波區(qū)特征。16時(shí)55分強(qiáng)回波A在東移過程中范圍有所減弱，最大ZH值為65 dBz(圖4c)，且60 dBz強(qiáng)回波頂高度在7.5 km，維持在-20℃高度以上。在速度圖中0.5 °、1.4 °、2.4 °、3.4 °仰角均有明顯的氣旋性渦旋，證明有較強(qiáng)的上升氣流。水平反射率因子剖面圖中有界弱回波區(qū)特征消失(圖略)。而強(qiáng)回波B依舊發(fā)展迅速，60 dBz以上強(qiáng)中心范圍擴(kuò)大，最大ZH值達(dá)到70 dBz(圖4c)。60 dBz以上強(qiáng)中心發(fā)展高度超過了9 km(圖4i)，遠(yuǎn)超-20 ℃高度，高層有大量的冰晶聚集，且在強(qiáng)回波的南側(cè)出現(xiàn)了三體散射長釘特征并維持到4.3 °仰角，在0.5 °～6.0 °仰角均有氣旋性渦旋存在，水平反射率因子剖面(圖4i)有明顯的有界弱回波區(qū)和回波懸垂特征。因此以上條件符合大冰雹的產(chǎn)生，濕球0 ℃層高度(3.3 km)以下的融化層未能全部融化冰雹，導(dǎo)致16時(shí)55分之后務(wù)川縣東部出現(xiàn)30 mm大冰雹。隨后A、B 2個(gè)超級單體逐漸減弱東移，17時(shí)17分強(qiáng)回波A移出貴州省，強(qiáng)回波B在18時(shí)后也逐漸移出貴州界內(nèi)。

圖4 2021年3月30日14時(shí)59分、16時(shí)、16時(shí)55分遵義北部回波水平反射率因子(a、b、c)、徑向速度(d、e、f)、水平反射率因子垂直剖面圖(g、h、i)(紅點(diǎn)及WCGZ標(biāo)注為務(wù)川雷達(dá)位置)

3 雙偏振參量特征分析

差分反射率因子ZDR是水平極化和垂直極化回波的反射率因子之比的對數(shù)。曹俊武等[21]研究發(fā)現(xiàn)，因冰雹的尺寸較大，形狀多變，在下落過程中有上下翻滾出現(xiàn)，ZH大值區(qū)對應(yīng)ZDR值趨于0或小于0，則有冰雹產(chǎn)生。共偏相關(guān)系數(shù)(CC)是測量一個(gè)取樣體積內(nèi)的水平極化波和垂直極化波脈沖的相似度。一般的氣象回波CC值都在0.95以上，大冰雹和冰雹、水滴混合區(qū)CC值小于0.9，小冰雹的CC值在0.9～0.95[7]。差分相移率KDP主要體現(xiàn)相位的變化，KDP也可以來表征含水量，在冰雹區(qū)KDP值將很小并在0左右[20]。

3.1 直徑20 mm冰雹偏振參量特征分析

銅仁南部的強(qiáng)回波離務(wù)川雷達(dá)較遠(yuǎn)(150～200 km)，最低仰角也探測不到融化層以下的偏振信息，因此本文選取遵義的強(qiáng)回波進(jìn)行雙偏振參量分析。圖5分析15時(shí)16分強(qiáng)回波A 0.5 °、9.9 °仰角的偏振參量(0.5 °仰角強(qiáng)回波中心高度在2 km左右，濕球0 ℃層高度以下；9.9 °仰角強(qiáng)回波中心高度在7.5 km左右，濕球-20 ℃層高度之上)，此時(shí)為洛龍地區(qū)直徑20 mm冰雹出現(xiàn)前4 min。0.5 °仰角中強(qiáng)回波出現(xiàn)了明顯的鉤狀形態(tài)(圖5a)，在橢圓外北側(cè)出現(xiàn)了衰減現(xiàn)象(圖5b)，因此橢圓外北側(cè)的ZDR值不可用。橢圓內(nèi)的強(qiáng)回波ZH值大多在60 dBz以上，橢圓內(nèi)北側(cè)的強(qiáng)回波區(qū)對應(yīng)的ZDR值在-1.5～0 dB(圖5b)，對應(yīng)融化程度很小的干冰雹。橢圓內(nèi)其他區(qū)域?qū)?yīng)的ZDR值在1～4 dB，對應(yīng)表面被融化的帶水膜的冰雹。此外，鉤狀回波的有界弱回波區(qū)有ZDR大值區(qū)，說明有一定的上升氣流帶動(dòng)濕冰雹和水滴。0.5 °仰角的相關(guān)系數(shù)CC圖中(圖5c)，鉤狀回波對應(yīng)著一片CC低值區(qū)，說明相關(guān)性較差。橢圓內(nèi)ZH值60 dBz以上區(qū)域的CC值在0.84～0.93，說明有冰雹存在，而橢圓內(nèi)北部有一小塊CC值在0.95以上，對應(yīng)ZH值為54 dBz，為雨滴或融化的小冰雹，但是ZDR值為-0.8dB左右，說明此處的ZDR受到了衰減影響。因CC值小于0.9時(shí)KDP產(chǎn)品將不計(jì)算，在0.5 °仰角KDP圖中(圖5d)出現(xiàn)多處KDP空洞，橢圓內(nèi)KDP幾乎都是缺值，但在橢圓的北部KDP值在0～3 °/km，說明橢圓內(nèi)有一定的大雨滴。而在橢圓外側(cè)東北部和西南部出現(xiàn)2個(gè)KDP大值區(qū)數(shù)值在3-6 °/km，ZDR值為2～3dB，CC值在0.95～0.97，ZH值為50～60 dBz，此處應(yīng)為強(qiáng)降水區(qū)域。

9.9 °仰角中(圖5e)ZDR出現(xiàn)了明顯的三體散射長釘特征(TBSS)，且強(qiáng)回波圓圈內(nèi)的ZDR值均在0 dB以下，說明-20℃層以上有大量冰晶存在。強(qiáng)回波圓圈內(nèi)CC值在0.82～0.9(圖g)，對應(yīng)ZDR值在0dB以下，符合大冰雹的特征，且CC圖中出現(xiàn)了明顯的非均勻波束充塞。對應(yīng)KDP值均在0 °/km左右，CC小于0.9處出現(xiàn)了KDP空洞(圖5h)。

剖面圖中(圖略)4 km以上的強(qiáng)中心(ZH>55 dBz)對應(yīng)ZDR< 0 dB，說明中高層有大量的冰雹堆積。在濕球0℃層高度(3.3 km)以下的懸垂強(qiáng)中心對應(yīng)的ZDR值在1～3 dB，對應(yīng)融化的冰雹。且在濕球0℃層以上穹隆區(qū)出現(xiàn)了1.5 dB的ZDR柱，最高伸展到了4.5km左右，對應(yīng)著較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)?；夭仿√嶤C值在0.68～0.85，表明有強(qiáng)的上升氣流帶來的非氣象回波。穹隆上方到6 km高度的強(qiáng)回波區(qū)(ZH值60 dBz以上)CC值在0.82～0.91，ZDR值在-2～0.25 dB，表明有大量冰雹且混有少量帶水膜的冰雹。在6 km以上的強(qiáng)回波區(qū)CC值達(dá)到0.99，ZDR值小于0，可見此處均為冰晶層。此外，KDP剖面圖中出現(xiàn)了KDP柱，與ZDR柱位置接近。

15時(shí)27分為直徑20 mm大冰雹降落時(shí)間。0.5 °仰角中(圖5a1)強(qiáng)回波維持鉤狀形態(tài)，強(qiáng)回波高度1.96 km在濕球0 ℃層以下，白色圓圈內(nèi)60 dBz強(qiáng)中心對應(yīng)的ZDR值在3.5 dB以上，最大值達(dá)到6.19 dB(圖5b1。CC值在0.82～0.91，且在白色圓圈外西北部出現(xiàn)了非均勻波束充塞(圖5c1)。KDP值缺測(圖5d1)，對應(yīng)直徑20 mm冰雹降雹處，因ZDR值較大，說明為帶水膜的冰雹。而白色圓圈東北部出現(xiàn)了5 °/km以上的 KDP大值區(qū)，CC值在0.9～0.95，ZDR值在3 dB左右，對應(yīng)強(qiáng)降水區(qū)域。藍(lán)色橢圓內(nèi)強(qiáng)回波在50 dBz以上，少數(shù)區(qū)域超過60 dBz(圖5a1)，ZDR值都在5 dB之上(圖5b1)，CC值在0.91～0.96(圖6c1)。強(qiáng)回波60 dBz以上區(qū)域KDP值在-2～1.5 °/km，其余地區(qū)KDP值在2.5～6 °/km(圖5d1)，說明此處對應(yīng)融化的小冰雹和大雨滴。6.0 °仰角中強(qiáng)回波高度在4.5 km濕球0 ℃層之上，白色圓圈內(nèi)北部強(qiáng)回波對應(yīng)ZDR值在-1～0 dB(圖5f1)，CC值在0.82～0.92(圖5g1)，KDP值在-2～0 °/km(圖5h1)，為冰雹區(qū)。而在白色圓圈內(nèi)南部有ZDR值達(dá)到6 dB的大值中心，說明有大雨滴和融化的冰雹被上升氣流帶入濕球0 ℃層之上，即有ZDR柱存在(圖5f1)。此外，CC圖中(圖5g1)白色圓圈外西北部依舊有明顯的非均勻波束充塞現(xiàn)象。因此白色圓圈內(nèi)有干冰雹和濕冰雹。強(qiáng)回波藍(lán)色圓圈內(nèi)ZDR值均小于0 dB(圖5d1)，KDP值在-0.5～1 °/km(圖5h1)，但CC值較高0.97～0.99(圖5g1)，說明此處冰雹、冰晶的相關(guān)系數(shù)很高，應(yīng)為大小均勻的小冰雹。

圖5 2021年3月30日15時(shí)16分(a～h)、15時(shí)27分(a1～h1)遵義北部回波偏振參量(水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、共偏相關(guān)系數(shù)CC、差分相移率KDP)和強(qiáng)回波區(qū)剖面圖

3.2 直徑30 mm冰雹偏振參量特征分析

15時(shí)55分強(qiáng)回波B發(fā)展旺盛，7 min后將在舊城出現(xiàn)30 mm的冰雹，此時(shí)回波的偏振特征如圖6。0.5 °仰角中(濕球0 ℃層以下)ZH值大于60 dBz的區(qū)域分別在2個(gè)圓圈內(nèi)(圖6a)，且60 dBz以上的區(qū)域很小，最大ZH值為62 dBz，說明此時(shí)強(qiáng)回波中心還未降落至地面。白色圓圈內(nèi)60 dBz以上強(qiáng)回波區(qū)對應(yīng)的ZDR值在3.3～4.5 dB(圖6b)，可能為大雨滴或者融化程度較大的冰雹，且強(qiáng)回波遠(yuǎn)離雷達(dá)一側(cè)出現(xiàn)了衰減。CC值在0.87～0.93(圖6c)，證明有小冰雹存在。而KDP值在2.2～6 °/km(圖6d)，說明含水量很大，所以白色圓圈內(nèi)多為強(qiáng)降水并伴有融化程度較大的小冰雹。藍(lán)色圓圈內(nèi)ZH值在50～60 dBz(圖6a)，ZDR值在2.2～4.1 dB(圖6b)，CC值在0.89～0.94(圖6c)，KDP值在4.7～7.7 °/km(圖6d)，此處以強(qiáng)降水為主并有少量融化的小冰雹。6.0 °仰角中(濕球0 ℃層以上，-20 ℃濕球溫度層以下)60 dBz以上強(qiáng)回波區(qū)域明顯增大(圖6e)，橢圓內(nèi)強(qiáng)回波對應(yīng)的ZDR值在-1.5～0 dB(圖6f)，對應(yīng)大量冰雹，橢圓西側(cè)還出現(xiàn)了三體散射長釘，且在橢圓南側(cè)外弱回波區(qū)出現(xiàn)ZDR柱，證明有強(qiáng)的上升氣流維持。KDP值也對應(yīng)著冰雹的特征為-0.5～0 °/km(圖6h)。但CC值大多在0.97～0.99(圖6g)，與S波段的冰雹指標(biāo)不同，也可理解為相關(guān)系數(shù)較高的冰雹區(qū)，此處需要更多的個(gè)例來證實(shí)。

16時(shí)06分 為舊城出現(xiàn)30 mm冰雹的時(shí)刻，0.5 °仰角中(濕球0 ℃層以下)60 dBz以上強(qiáng)回波區(qū)域增大(圖6a1)，強(qiáng)回波中心已降至較低高度，最大ZH值為64 dBz。白色圓圈內(nèi)ZDR值在-2～1.75 dB(圖6b1)，可見此處的大冰雹融化程度較小，水膜對ZDR值的影響不大。CC值在0.85～0.92(圖6c1)，符合出現(xiàn)大冰雹特征。而KDP在3～4.25 °/km(圖6d)，說明白色圓圈對應(yīng)30 mm大冰雹且伴有明顯強(qiáng)降水。藍(lán)色橢圓區(qū)域ZDR值在4～7 dB(圖6a1)，對應(yīng)大雨滴和融化程度較大的冰雹。CC值在0.91～0.98(圖6c1)，應(yīng)為雨滴和融化的小冰雹。對應(yīng)的KDP值在2～3.7 °/km(圖6d1)，含水量較高，因此藍(lán)色橢圓區(qū)域主要是強(qiáng)降水并伴有融化的小冰雹。9.9 °仰角中(濕球0 ℃層以上，-20 ℃濕球溫度層以下)強(qiáng)回波ZH值大于60 dBz的范圍明顯減少(圖6e1)，圓圈內(nèi)ZDR值均在0 dB以下(圖6f1)，KDP值在-0.8 ～0.25 °/km(圖6h1)，符合冰雹特征，但CC值均在0.99左右(圖6g1)，與20 mm冰雹的CC特征差異較大，需更多個(gè)例驗(yàn)證。此外在水平反射率因子圖中三體散射長釘特征不明顯，但ZDR和CC圖中在圓圈強(qiáng)回波西側(cè)均有明顯的三體散射長釘特征。

圖6 2021年3月30日15時(shí)55分(a～h)、16時(shí)06分(a1～h1)遵義北部回波偏振參量(水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、共偏相關(guān)系數(shù)CC、差分相移率KDP)

4 總結(jié)與討論

①貴州處于低層氣旋性切變和高層強(qiáng)正渦度平流區(qū)域內(nèi)，即低層輻合配合高層輻散。且貴州東北部低層層結(jié)不穩(wěn)定明顯，存在非常有利于對流產(chǎn)生的熱力條件。同時(shí)貴州東北部有中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，為對流云團(tuán)移到貴州東北部后組織化發(fā)展形成深厚濕對流以及長時(shí)間維持提供了有利條件。在觸發(fā)機(jī)制中除了熱低壓、靜止鋒，還發(fā)現(xiàn)了干舌與地面輻合線相交，有利于激發(fā)出強(qiáng)烈的上升氣流。

②強(qiáng)回波成熟階段，最大水平反射率達(dá)到了70 dBz，50 dBz以上強(qiáng)中心發(fā)展高度超過-20 ℃高度，低層出現(xiàn)了明顯的鉤狀回波，有三體散射特征出現(xiàn)，V字型缺口處有強(qiáng)上升氣流，剖面圖中均有明顯的有界弱回波區(qū)和回波懸垂現(xiàn)象。降雹階段，強(qiáng)中心質(zhì)心降至濕球0 ℃層以下。

③雙偏振參量分析表明，出現(xiàn)冰雹時(shí)，ZH值在60 dBz以上，ZDR值較低在-2～1.75 dB，但在融化層以下一般都有水膜導(dǎo)致ZDR值偏高在3～6 dB，KDP值在0 dB左右，伴有強(qiáng)降水時(shí)KDP值在2～6 °/km，CC值較低在0.85～0.93?；夭仿^(qū)ZDR值大于3 dB，CC值在0.65～0.85，KDP缺值，為強(qiáng)上升氣流帶入大雨滴和有水膜的冰雹產(chǎn)生的非氣象回波。在濕球0 ℃層以上出現(xiàn)了ZDR柱和KDP柱，且位置接近，對應(yīng)強(qiáng)的上升氣流。在6 km以上的強(qiáng)回波區(qū)，CC值達(dá)到0.99，ZDR值小于0，KDP在0 °/km附近，對應(yīng)高層的冰晶。ZDR和CC圖中可以發(fā)現(xiàn)更明顯的三體散射長釘特征，CC圖中還出現(xiàn)非均勻波束充塞現(xiàn)象。

④通過20 mm和30 mm冰雹偏振對比發(fā)現(xiàn)，在中高層(0 ℃濕球溫度層以上，-20 ℃濕球溫度層以下)CC值的表現(xiàn)差異較大，20 mm冰雹的CC值在0.82～0.92，與S波段的指標(biāo)接近，而30 mm冰雹的CC值在0.97～0.99，與冰雹的CC指標(biāo)差異較大。

本文使用的是C波段雷達(dá)，與S波段的冰雹偏振參量閾值有所差異，目前對C波段雷達(dá)冰雹的偏振參量沒有明確的指標(biāo)參考。上述偏振特征僅表達(dá)本次過程的分析結(jié)果，未來希望能在大量的冰雹個(gè)例中尋找到統(tǒng)一的偏振參數(shù)指標(biāo)，讓偏振參量產(chǎn)品在業(yè)務(wù)中得到較好的應(yīng)用。