袁興洪 李宇航 馬紅

摘要 此次過(guò)程主要由500 hPa短波槽和700 hPa切變線(xiàn)共同影響造成，經(jīng)訂正后的CAPE值較大，伴隨前期高溫晴熱天氣，具備能量、動(dòng)力、水汽條件，0 ℃層和 -20 ℃層高度適宜冰雹的發(fā)展。從風(fēng)暴發(fā)展的強(qiáng)度ZH、速度V、雙偏振參量ZDR、KDP、CC分析了強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)展過(guò)程的水平和垂直參數(shù)。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)；強(qiáng)風(fēng)暴；冰雹；雙偏振

中圖分類(lèi)號(hào)：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）12–0-03

Observation and Analysis of A Strong Storm Process in Northeast Yunnan in 2023 by Dual Polarization Radar

Yuan Xing-hong et al（Zhaotong Mete-

orological Bureau， Zhaotong， Yunnan 657000）

Abstract This process is mainly caused by the combined influence of 500 hPa shortwave trough and 700 hPa shear line. After correction， the CAPE value is relatively high， accompanied by high temperature and sunny weather in the early stage， with energy， power， and water vapor conditions. The 0 ℃ and -20 ℃ layers are suitable for the development of hail. The horizontal and vertical parameters of the development process of strong storms were analyzed from the intensity ZH， velocity v， polarization parameters ZDR， KDP， and R2 of storm development.

Key words Radar; Strong storm; Hail; Bipolarization

冰雹災(zāi)害是一種季節(jié)性明顯、局地性強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短和具有明顯陣性特征的氣象災(zāi)害，是云南省重要的災(zāi)害性天氣之一。昭通位于云南省東北部，是四川盆地向云貴高原過(guò)渡地帶，境內(nèi)多山地，地形地貌復(fù)雜，海拔差異大，每年都會(huì)發(fā)生冰雹災(zāi)害，不僅會(huì)給昭通蘋(píng)果、烤煙、花椒等農(nóng)業(yè)及高原特色產(chǎn)業(yè)都帶來(lái)了重大損失，還會(huì)威脅糧食安全。

昭通新一代天氣雷達(dá)具有雙偏振功能的多普勒雷達(dá)，可以探測(cè)到水平偏振反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差分相位常數(shù)KDP、相關(guān)系數(shù)R2等與降水粒子類(lèi)型、形狀和分布等要素密切相關(guān)的參數(shù)，得到降水粒子微物理結(jié)構(gòu)的信息，可以用來(lái)識(shí)別混合區(qū)內(nèi)降水粒子的相態(tài)，使得相關(guān)部門(mén)了解降水的本質(zhì)。

1 實(shí)況和災(zāi)情

2023年4月17日18：00開(kāi)始，受高空槽和低層強(qiáng)輻合天氣系統(tǒng)影響，昭通市威信、鎮(zhèn)雄、大關(guān)、彝良、永善局部區(qū)域出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、大風(fēng)、雷暴等強(qiáng)對(duì)流天氣，其中威信、鎮(zhèn)雄出現(xiàn)大冰雹（冰雹直徑5 cm以上），形成嚴(yán)重雹災(zāi)。從衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖、地面自動(dòng)站點(diǎn)和災(zāi)情信息收集情況，冰雹天氣嚴(yán)重區(qū)域主要集中在威信縣長(zhǎng)安等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，鎮(zhèn)雄縣雨河等10鄉(xiāng)鎮(zhèn)，冰雹直徑以1～4 cm為主，最大直徑5 cm以上。冰雹災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為1.74億元，其中受災(zāi)最嚴(yán)重的鎮(zhèn)雄縣損失超過(guò)1.2億元。

2 天氣形勢(shì)和物理?xiàng)l件分析

2.1 天氣形勢(shì)

通過(guò)分析常規(guī)觀(guān)測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)本次強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴天氣主要是由于500 hPa短波槽和700 hPa切變線(xiàn)共同影響造成。2023年4月17日08：00，500 hPa上（圖略）青藏高原東部有一短波槽快速東移到四川盆地南部到滇東北一帶；700 hPa上川滇切變線(xiàn)加強(qiáng)南移，切變南側(cè)西南急流風(fēng)速達(dá)到22 m/s，有利于孟灣水汽向北輸送，且形成較強(qiáng)的低層輻合抬升條件。槽前系統(tǒng)性上升運(yùn)動(dòng)配合較好的水汽條件，為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件和水汽條件。昭通前期持續(xù)維持高溫晴熱天氣，地面為熱低壓控制，為對(duì)流發(fā)生提供了有力的能量條件，對(duì)流發(fā)展區(qū)基本位于低壓中心附近。

2.2 物理?xiàng)l件分析

分析與強(qiáng)對(duì)流發(fā)展區(qū)臨近的四川宜賓和貴州威寧探空資料，發(fā)現(xiàn)4月17日08：00宜賓探空站CAPE=50.2 J，用14：00氣溫訂正后為1 670 J；威寧探空站CAPE=0 J，用14：00氣溫訂正后為2 248 J。說(shuō)明過(guò)程發(fā)生前，該地區(qū)積累了充足的不穩(wěn)定能量。0 ℃層和-20 ℃層高度分別是云中冷、暖云分界線(xiàn)高度和大水滴的自然冰化區(qū)，是表示雹云特征的2個(gè)參數(shù)[1]。

當(dāng)日宜賓探空站08：00，0 ℃高度為4 894.0 m，融化層（WBZ）高度為4 155.4 m，-20 ℃高度為7 781.0 m；威寧探空站08：00，0 ℃高度為4 997.0 m，融化層（WBZ）高度為4 436.9 m，-20 ℃高度為7 582.0 m。0 ℃層、-20 ℃層高度基本都在600 hPa和400 hPa附近，融化層高度較低，比較適宜冰雹的形成。2個(gè)探空站都有低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)的暖平流特征，有利于上冷下暖不穩(wěn)定層結(jié)生成和強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

3 風(fēng)暴特征演變及其結(jié)構(gòu)分析

3.1 水平反射率特征分析

本次降雹地區(qū)處于山區(qū)地帶，海拔相對(duì)較低，平均海拔為1 300 m左右，且降雹回波離昭通雷達(dá)大多100 km以外。昭通雷達(dá)海拔較高，雷達(dá)饋源海拔為3 162 m，只能觀(guān)測(cè)到云層高度4.5 km以上的雷達(dá)回波參數(shù)，該高度在0 ℃層以下融化層之上，對(duì)低層觀(guān)測(cè)存在一定盲區(qū)。

此次強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴由多單體風(fēng)暴組成（圖略），時(shí)間維持較長(zhǎng)，系統(tǒng)基本以51 km/h速度自西北向東偏南方向移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中不斷生消變化。20：09，風(fēng)暴單體回波發(fā)展成熟（圖1a），處于降雹階段，雷達(dá)回波（CR）達(dá)到64 dBz，回波頂高度超過(guò)了15 km，60 dB回波強(qiáng)度達(dá)到11.5 km，同時(shí)雷達(dá)回波垂直剖面表現(xiàn)出回波墻、強(qiáng)回波懸、低層弱回波區(qū)等特征。20：37，強(qiáng)風(fēng)暴單體發(fā)生分裂，分裂成南、北2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單體風(fēng)暴，南邊單體風(fēng)暴繼續(xù)向鎮(zhèn)雄境內(nèi)移動(dòng)，北邊單體風(fēng)暴向東北威信方向移動(dòng)；21：00，北邊風(fēng)暴單體再次發(fā)生分裂，分裂成東、西2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的強(qiáng)單體風(fēng)暴，分裂后的強(qiáng)單體風(fēng)暴移動(dòng)過(guò)程中觸發(fā)強(qiáng)度和大小不一的對(duì)流單體；22：14，雷達(dá)回波強(qiáng)度和高度減弱，強(qiáng)風(fēng)暴處于消亡階段。

3.2 強(qiáng)風(fēng)暴徑向速度特征分析

強(qiáng)風(fēng)暴雷達(dá)回波處于初生、躍增、醞釀階段，中低層速度圖上均出現(xiàn)正負(fù)速度對(duì)輻合特征（圖略）。20：09，強(qiáng)風(fēng)暴單體A雷達(dá)回波處于成熟降雹階段，0.5°仰角速度圖上出現(xiàn)強(qiáng)的輻合特征（圖1b），最大正速度為19.5 m/s，最大負(fù)速度為-10 m/s，輻合速度為29.5 m/s；1.5°仰角速度圖上在風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)的前方出現(xiàn)氣旋性輻合（圖1c），最大正速度為40 m/s，最大負(fù)速度為-12 m/s，旋轉(zhuǎn)速度為26 m/s，達(dá)到了強(qiáng)中氣旋標(biāo)準(zhǔn)[2]，此時(shí)速度剖面圖上中低層出現(xiàn)輻合；6.0°仰角速度圖上高層出現(xiàn)輻散特征（圖1d），中氣旋的出現(xiàn)表明強(qiáng)雷暴達(dá)到成熟且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

3.3 強(qiáng)風(fēng)暴雙偏振特征分析

3.3.1 水平方向雙偏振特征分析 ZDR值與粒子形狀密切相關(guān)，CC值與降水粒子相態(tài)均一性相關(guān)，KDP和液態(tài)水含量關(guān)系密切[3-4]。

20：09，強(qiáng)風(fēng)暴成熟降雹階段，0.5°仰角ZH＞45 dBz強(qiáng)回波區(qū)域ZDR值在-0.06～6 dB之間，此仰角ZH≥60 dBz強(qiáng)回波中心區(qū)域ZDR值大部分＜1 dB，在強(qiáng)回波后方及移動(dòng)方向ZDR值較大，大部分＞2 dB，存在大雨滴及融化的小冰雹，同時(shí)在強(qiáng)回波中心雷達(dá)徑向遠(yuǎn)端存在ZDR低值區(qū)，ZDR值存在衰減，表明強(qiáng)回波內(nèi)存在大直徑的冰雹或強(qiáng)的降水區(qū)。

在強(qiáng)單體中心CC值為0.80～0.97，低層ZH≥50 dBz強(qiáng)回波區(qū)域大部分CC＜0.97，也存在＜0.9的區(qū)域，表明可能存在直徑＞2 cm的大冰雹，同時(shí)也含有直徑＜2 cm的小冰雹或融化的冰雹等粒子。強(qiáng)風(fēng)暴中心反射率因子ZH大值區(qū)與KDP大值區(qū)基本吻合，KDP大部分為0～8.3°km-1，KDP大值區(qū)主要位于低層強(qiáng)回波中心雷達(dá)徑向遠(yuǎn)端。結(jié)合ZH和ZDR分析，低層雷達(dá)反射率因子ZH≥60 dBz，大值區(qū)KDP值存在部分為0值區(qū)域，ZDR值較小，可能存在干冰雹，但低層反射率因子大值區(qū)徑向后側(cè)含水量較豐富，存在冰雹融化及大雨滴，此時(shí)地面有發(fā)生降干冰雹、雨夾雹或短時(shí)強(qiáng)降水的可能，其余地方KDP值為零，液態(tài)含水量較低。

3.3.2 強(qiáng)風(fēng)暴垂直方向雙偏振特征分析 強(qiáng)風(fēng)暴垂直方向特征，在風(fēng)暴發(fā)展的各個(gè)階段均能發(fā)現(xiàn)ZDR柱和KDP柱，為風(fēng)暴中最為常見(jiàn)的偏振特征之一。ZDR柱內(nèi)存在非常大的雨滴，并常位于主上升氣流附近[5]。KDP柱通常位于ZDR柱的西側(cè)或西北側(cè)，常位于上升氣流左側(cè)[6]，與強(qiáng)回波中心反射率因子ZH大值區(qū)對(duì)應(yīng)較好。

分析20：09強(qiáng)風(fēng)暴單體成熟降雹階段垂直方向特征，發(fā)現(xiàn)該階段回波頂高度超過(guò)15 km，出現(xiàn)高懸的強(qiáng)回波，55 dBz強(qiáng)回波高度超過(guò)12 km，遠(yuǎn)高于當(dāng)天探空上-20 ℃等溫線(xiàn)高度，垂直剖面上最強(qiáng)回波頂偏左一點(diǎn)有旁瓣產(chǎn)生稱(chēng)為假尖頂?shù)奶摷倩夭ǎ▓D2a、圖2b、2d），表明回波中有大的降水粒子存在，此時(shí)強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)展旺盛。

反射率因子垂直剖面上出現(xiàn)強(qiáng)回波懸垂、回波墻、低層弱回波區(qū)等特征（圖2a），速度圖上出現(xiàn)了中低層輻合，高層輻散特征（圖2b），ZDR垂直剖面上出現(xiàn)高于融化層的ZDR柱（圖2c），＞1 dB值的ZDR柱高度超過(guò)7 km，ZDR柱與反射率因子ZH低層弱回波區(qū)對(duì)應(yīng)（圖4），這表明ZDR柱所在地區(qū)為上升氣流區(qū)域；KDP垂直剖面上出現(xiàn)高于融化層的KDP柱（圖2d），KDP柱出現(xiàn)在ZDR柱左邊，與反射率因子ZH低層大值區(qū)對(duì)應(yīng)較好，為下沉氣流區(qū)域；CC值垂直剖面上出現(xiàn)了高于融化層＜0.9的區(qū)域（圖略），強(qiáng)風(fēng)暴中含有各種降水粒子，此區(qū)域?yàn)槲磧鼋Y(jié)的過(guò)冷水滴、濕雪、冰雹等粒子相態(tài)。

粒子相態(tài)識(shí)別（HCL）上，低層為冰雹、大雨滴等降水粒子，低層以上為冰雹、霰、干雪等粒子相態(tài)，地面降水可能存在干冰雹和＞2 cm的大冰雹，以融化的小冰雹和大雨滴為主，相態(tài)識(shí)別與地面降水相態(tài)一致。

4 強(qiáng)風(fēng)暴回波強(qiáng)度、高度及垂直液態(tài)水含量分析

該強(qiáng)單體回波發(fā)展過(guò)程中經(jīng)歷了2次分解和1次合并，從19：58發(fā)展增強(qiáng)到22：14，降雹基本結(jié)束持續(xù)時(shí)間約2 h 20 min。從強(qiáng)風(fēng)暴回波頂高、組合反射率（CR）及垂直液態(tài)水含量（VIL）隨時(shí)間變化分析，回波頂高度從20：03開(kāi)始到21：00處于上升階段。以上參數(shù)反映出該強(qiáng)風(fēng)暴具有發(fā)展旺盛、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣等特征。

5 結(jié)論

（1）本次強(qiáng)風(fēng)暴天氣過(guò)程由500 hPa短波槽和700 hPa切變線(xiàn)共同影響造成，具備有利的動(dòng)力條件和水汽條件。經(jīng)14：00氣溫訂正后CAPE值較大，低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)暖平流特征，有利于形成上冷下暖不穩(wěn)定層結(jié)，0 ℃層和-20 ℃層高度適中，有利于冰雹的形成。

（2）本次強(qiáng)風(fēng)暴天氣過(guò)程由多單體風(fēng)暴組成，強(qiáng)風(fēng)暴回波頂高度超過(guò)了15 km，55 dBz強(qiáng)回波高懸的強(qiáng)回波頂高度超過(guò)12 km，ZH垂直剖面上出現(xiàn)了回波墻、強(qiáng)回波懸垂、低層弱回波區(qū)、旁瓣假尖頂回波等特征，速度圖上達(dá)到中等強(qiáng)度中氣旋的標(biāo)準(zhǔn)，伴有低層輻合、高層輻散特征，風(fēng)暴發(fā)展旺盛，達(dá)到了強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。

（3）雙偏振水平方向上，強(qiáng)風(fēng)暴強(qiáng)回波后端出現(xiàn)了明顯的ZDR衰減，同時(shí)該階段低層KDP值達(dá)到了2o～8o km-1，為大雨滴和融化的冰雹。低層反射率因子ZH≥60 dBz，大值區(qū)部分地方出現(xiàn)ZDR＜1 dB、KDP=0，CC＜0.97，此區(qū)域?qū)?yīng)較大的干冰雹區(qū)域。

（4）強(qiáng)風(fēng)暴躍增到降雹階段出現(xiàn)了ZDR柱和KDP柱，ZDR柱對(duì)應(yīng)風(fēng)暴的強(qiáng)上升氣流區(qū)，與風(fēng)暴反射率因子ZH低層弱回波區(qū)與速度輻合區(qū)對(duì)應(yīng)較好，KDP柱在ZDR柱的左側(cè)，與低層反射率因子ZH大值區(qū)相對(duì)應(yīng)，一般為短時(shí)降水區(qū)域。降水粒子識(shí)別（HCL）上與風(fēng)暴降雹階段分析結(jié)論基本一致。

（5）從強(qiáng)風(fēng)暴雷達(dá)回波發(fā)展高度（TOP），組合反射率強(qiáng)度（CR），垂直液態(tài)水含量（VIL）分析，從降雹開(kāi)始到結(jié)束3個(gè)值均維持在高位，回波發(fā)展旺盛，高度高、強(qiáng)度強(qiáng)。

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