摘 要：基于常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP再分析資料以及長(zhǎng)沙雙偏振雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)資料，對(duì)湖南2021年12月下旬一次雨雪天氣過程降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的大氣環(huán)境條件和雷達(dá)雙偏振特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：（1） 降雪前干層消失，濕層增厚，整層濕球溫度低于0 ℃，逆溫層下冷墊的飽和層結(jié)對(duì)雪花叢集增長(zhǎng)有利，有利于降雪增強(qiáng)。（2） 湘中及以北地區(qū)位于700 hPa西南急流出口區(qū)，600—800 hPa強(qiáng)烈水汽輻合和中低層強(qiáng)上升氣流為暴雪過程提供充足水汽。（3） 25日夜間長(zhǎng)沙出現(xiàn)間歇性小雨（雪）和多次短波槽過境密切相關(guān)；26日上午西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)導(dǎo)致長(zhǎng)沙降雪出現(xiàn)短時(shí)減弱；冷墊上西南暖濕氣流增強(qiáng)時(shí)段、冷墊內(nèi)東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)時(shí)段，分別對(duì)應(yīng)26日長(zhǎng)沙降雪兩個(gè)峰值。（4） 不同相態(tài)降水時(shí)段相關(guān)系數(shù)（CC）、差分反射率（Z dr ）、水平反射率因子（Z h ）有一定差異，雙偏振產(chǎn)品對(duì)本次雨雪天氣過程中降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的識(shí)別有一定指示作用。（5） 低層“零速度線”成直線且有風(fēng)速輻合特征，西南急流核增強(qiáng)、向下擴(kuò)展等特征預(yù)示暖濕氣流在冷墊之上的動(dòng)力爬升增強(qiáng)，降雪得以長(zhǎng)時(shí)間維持、且強(qiáng)度增強(qiáng)；而隨著徑向速度風(fēng)場(chǎng)輻散特征出現(xiàn)，降雪逐漸減弱。

關(guān)鍵詞：雨雪天氣；降水相變；雙偏振雷達(dá)；相關(guān)系數(shù)；差分反射率；水平反射率因子；風(fēng)廓線雷達(dá)；零速度線

中圖法分類號(hào)：P415.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI： 10.12406/byzh.2022-065

Analysis on environmental conditions and dual-polarization radar characteristics of the phase transformation of precipitation in a rain and snow event in Hunan

TANG Minghui 1， 2 ， YU Xiaoding 3 ， WANG Qingxia 1，2 WANG Qihuan 4 ， HU Mei 1，2

（1. Hunan Meteorological Observatory， Changsha 410118; 2. Meteorological Disaster Prevention and Reduction Key Laboratory of Hunan Province， Changsha 410118; 3. China Meteorological Administration Training Center，Beijing 100081;4. Huaihua Meteorological Bureau of Hunan Province ， Huaihua 418000）

Abstract： Based on the conventional meteorological observation data， the NCEP reanalysis data， the dual-polarization radar data， wind pro?filer radar data， and other datasets， the environmental conditions and dual-polarization radar characteristics of the phase transformation of precipitation in a rain and snow event in Hunan in late December 2021 is studied . The results are as follows： （1） The disappearing of dry lay?er， the thickening of wet layer， the whole-layer wet bulb temperature below 0 ℃， and the saturated stratification in the cold pad under the in?version layer before the snowfall favored the further cluster growth of falling snowflakes， resulting in the further enhancement of snowfall. （2）That the southwest jet exits at 700hPa and the strong water vapor convergences at 600-800 hPa， combined with the significant vertical up?draft at the middle and lower layers， provided sufficient moisture for the snowstorm. （3） The intermittent light rain （snow） in the evening of the25th is closely related to the transit of short-wave trough frequently. In the morning of the 26th， the southwesterly wind turned to the westerly wind， which led to a short-term weakening of snowfall in Changsha. Furthermore， the warm-humid southwesterly flow strengthened over the cold pad， and the southeast wind in the cold pad turned to the northeast wind， which corresponded to the two peaks of snowfall in Changsha on the 26th. （4） There are certain differences in the correlation coefficient （CC）， differential reflectance （Z dr ）， and horizontal reflectance factor（Z h ） of different phases of precipitation. The dual-polarization products have a certain indication effect on the identification of rain and snow phases of this case. （5） The low-level“zero-velocity-level”is straight， and has the characteristics of wind-speed convergence， enhanced southwest jet core， and downward extension， etc.， indicating that the dynamic climbing of warm-humid airflow over the cold pad would in? crease， and the snowfall could be maintained for a long time and would increase gradually. However， with the appearance of divergence of wind field， the snowfall gradually weakened. The findings of this study provide helpful criteria for the development， maintenance， and weak?ening of snow， which can be applied to the operational work of snowstorm nowcasting and forecasting.

Key words： a rain and snow event; the phase transformation of precipitation; dual-polarization radar; correlation coefficient; differential re?flectance; horizontal reflectivity factor; wind profile radar; ero-velocity-level

引 言

降雪是我國(guó)冬季常見的天氣之一，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電力供應(yīng)及人民群眾生活生產(chǎn)都會(huì)造成一定的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)降雪天氣形成機(jī)理以及判別閾值指標(biāo)的研究較多（Li et al.，2010；姚晨等，2018；劉紅武等，2020；朱蕾等，2020；張俊蘭等，2021），如許愛華等（2006）、漆梁波等（2012）認(rèn)為1 000 hPa溫度≤0 ℃可作為固態(tài)降水預(yù)報(bào)依據(jù)；李江波等（2009）指出0 ℃層明顯下降、地面溫度0 ℃左右、1 000 hPa溫度低于2 ℃可作為雨雪轉(zhuǎn)換的判據(jù)。陳麗芳（2007）研究表明，南方大雪的產(chǎn)生是因低層?xùn)|北風(fēng)回流產(chǎn)生的冷平流在華東一帶形成冷中心，而北到西北風(fēng)產(chǎn)生的冷平流降溫往往因?yàn)榻邓c降溫不同步而無法形成暴雪。劉建勇等（2013）通過數(shù)值模擬和熱量診斷分析提出，南方降雪的相態(tài)轉(zhuǎn)化主要有兩種類型，一是受強(qiáng)冷空氣影響形成雨轉(zhuǎn)雪或雪，二是冷暖空氣對(duì)峙形成雨雪反復(fù)交替。

上述工作主要針對(duì)暴雪的成因分析及其相態(tài)轉(zhuǎn)化，對(duì)一些新探測(cè)資料新方法的運(yùn)用并不多，特別是由于地面觀測(cè)一般為定時(shí)定點(diǎn)，某地具體時(shí)刻的降水相態(tài)判斷一直是難題。而隨著天氣雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展，我國(guó)天氣雷達(dá)逐步完成雙偏振升級(jí)改造，保留了普通單極化天氣雷達(dá)高時(shí)空分辨率優(yōu)勢(shì)，并可獲得差分反射率因子（Z dr ）、差分相移率（K dp ）、相關(guān)系數(shù)（CC）等新的偏振參數(shù)獨(dú)立變量，以上變量能反映降水粒子的大小、密度、形狀、空間取向等特征，提供更加全面的降水相態(tài)信息（Tyynel? and Chandrasekar，2014），利用這些變量對(duì)降水粒子的相態(tài)進(jìn)行分析研究，國(guó)內(nèi)外也取得不少此方面成果（Straka et al.，2000；Zrnic et al.，2001；雍佳和魏鳴，2019；武靜雅等，2021）。如楊祖祥等（2019）指出雙偏振雷達(dá)的融化層產(chǎn)品（ML）和粒子相態(tài)分類產(chǎn)品（HCL）對(duì)冬季降水粒子的探測(cè)和降水相態(tài)判定有一定的參考價(jià)值，吳楊等（2018）指出Z dr （0～0.5dB）、K dp 小（0.1 deg·km -1 ）、CC偏大（0.99）等指標(biāo)可用于降雪的判別。但由于降水風(fēng)暴結(jié)構(gòu)的差異性、地區(qū)差異及儀器誤差等因素，以上得出的研究結(jié)論是否適用其他地區(qū)還需進(jìn)行驗(yàn)證。

2021年12月24日夜間至27日白天湖南出現(xiàn)了一次雨雪天氣過程，湘中地區(qū)出現(xiàn)大暴雪，省會(huì)長(zhǎng)沙降雪時(shí)間持續(xù)20 h。長(zhǎng)沙雷達(dá)于2021年初完成雙偏振升級(jí)，對(duì)該次過程進(jìn)行了全時(shí)段觀測(cè)。因此，本文將利用長(zhǎng)沙雙偏振雷達(dá)及高空地面觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討湖南本次暴雪過程的特點(diǎn)及原因，增強(qiáng)雨雪天氣過程中預(yù)報(bào)員對(duì)雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品的分析能力，為降水相態(tài)、雨雪轉(zhuǎn)化時(shí)間的確定提供參考依據(jù)，提高暴雪的臨近預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

1 資料說明及天氣實(shí)況

1.1 資料說明

本文所用的資料有長(zhǎng)沙SA型雙偏振多普勒天氣雷達(dá)、長(zhǎng)沙探空站、長(zhǎng)沙風(fēng)廓線雷達(dá)資料以及NCEP再分析資料（空間分辨率1°×1°，時(shí)間分辨率為6 h）和地面國(guó)家站資料（含加密人工觀測(cè)），其中雙偏振雷達(dá)海拔高度622 m，掃描模式為VCP21，長(zhǎng)沙風(fēng)廓線雷達(dá)海拔高度119 m，600 m以下垂直分辨率為60 m，600 m以上垂直分辨率為120 m。

1.2 天氣實(shí)況

2021年12月24日夜間至12月27日白天湖南出現(xiàn)了一次暴雪過程：24日夜間在湘北的華容、安鄉(xiāng)、南縣等縣市出現(xiàn)小雪，其他地區(qū)為小雨，25日白天全省轉(zhuǎn)為分散性小雨（圖1a）；25日夜間降雪自湘西發(fā)展逐漸東擴(kuò)，其中25日夜間至26日白天為最強(qiáng)降雪時(shí)段，湘中及以北大部分地區(qū)中到大雪，45個(gè)縣市區(qū)暴雪、11個(gè)縣市區(qū)大暴雪（湘西地區(qū)），懷化國(guó)家站出現(xiàn)了特大暴雪（33 mm）（圖1b）；26日夜間至27日白天過程減弱，大部分地區(qū)為小雪，湘中偏東局地中雪（圖1c）。本次暴雪過程造成省內(nèi)74站積雪，52站（湘中及以北）積雪超過5 cm，32站積雪超過10 cm，懷化市區(qū)積雪最厚達(dá)22cm。受本次降雪過程影響，緊急轉(zhuǎn)移安置1 690人；倒塌房屋5戶14間，直接經(jīng)濟(jì)損失1.13億元。

從長(zhǎng)沙本次天氣過程的雨雪相態(tài)演變可知：26日00∶00 （北京時(shí)，下同）開始地面溫度降至0 ℃以下（圖2紅線），26日01∶00開始，降水相態(tài)由此前的液態(tài)降水轉(zhuǎn)為固態(tài)降水，但02∶00—04∶00為間歇性小雪，04∶00以后轉(zhuǎn)為持續(xù)性降雪，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)22 h，降雪量達(dá)17.2 mm。

2 環(huán)境條件分析

25日08∶00（圖略），200 hPa湖南處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，500 hPa貝湖以西高壓脊前偏北氣流引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣南下，橫槽前部20°—45°N為明顯的負(fù)變溫區(qū)域，冷平流明顯；25日20∶00（圖略），冷鋒南壓至廣西中部—廣東沿海；26日08∶00（圖略）1 030 hPa線南壓至華南沿海一帶，地面0 ℃線已南壓至南嶺山脈，700 hPa層0 ℃線、850 hPa層-4 ℃線南壓至湘南，湖南位于南支槽槽前，強(qiáng)盛的西南急流（最大風(fēng)速大于28 m·s -1 ）輸送暖濕空氣；26日白天700hPa不斷有短波槽過境且湘中及以北位于急流出口區(qū)（圖略），為暴雪發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

2.1 探空資料分析

26日01∶00以前長(zhǎng)沙出現(xiàn)液態(tài)降水，01∶00以后轉(zhuǎn)為固態(tài)降水，因濕球溫度綜合考慮了氣溫和濕度信息，較周邊環(huán)境溫度更接近于下降粒子的實(shí)際溫度，故在降水相態(tài)分析中更為有效（Sims and Liu，2015；陳雙等，2019）。下文選取長(zhǎng)沙25日20∶00和26日08∶00T-lnp（圖3）并結(jié)合對(duì)應(yīng)濕球溫度、相對(duì)濕度（表略），分析長(zhǎng)沙環(huán)境條件變化對(duì)降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的影響。

25日20∶00（圖3a），925hPa以下為偏北風(fēng)，1000hPa及以上均降至0 ℃以下，地面僅為0.8 ℃，1 000—700 hPa相對(duì)濕度均超過了 90%，-10 ℃到-20 ℃高度有明顯干層，不利于降雪發(fā)生。26日08∶00（圖3b），500 hPa、700 hPa由25 日 20∶00 偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，-10 ℃到-20 ℃高度干層消失，500—1 000 hPa相對(duì)濕度超過了95%，大氣處于飽和狀態(tài)，濕層（相對(duì)濕度大于80%）擴(kuò)展到350 hPa（8.3 km），濕球溫度為-35.6 ℃，非常有利于冰晶、雪花形成；850 hPa由25日20：00東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，925 hPa以下偏北風(fēng)達(dá)到12 m·s -1 ，說明低層冷墊進(jìn)一步增厚，整層濕球溫度低于0 ℃，氣溫降至-2.5 ℃，為暴雪提供了極有利的溫度條件。700—1 000 hPa有弱冷性逆溫層，使得逆溫層以上高度產(chǎn)生的降雪經(jīng)過逆溫層以下飽和層時(shí)增加雪花的叢集，利于降雪進(jìn)一步加強(qiáng)；同時(shí)由于700—1 000 hPa有逆溫層存在，飽和情況下具有相對(duì)高的水汽混合比，在較強(qiáng)西南風(fēng)作用下，逆溫層以上輸送大量水汽，短波槽過境提供有利動(dòng)力抬升條件，進(jìn)而導(dǎo)致暴雪發(fā)生。

2.2 水汽條件分析

充沛的水汽是產(chǎn)生暴雪的條件之一（崔慧慧等，2019）。本次過程中低層受到強(qiáng)冷空氣南下影響，850 hPa及以下以偏東北氣流為主，形成深厚冷墊，600—750 hPa以旺盛的暖濕氣流為主，形成主要水汽通道（杜佳等，2019），700 hPa風(fēng)場(chǎng)顯示水汽主要來自孟加拉灣、部分來自南海（圖略）。

25日20∶00前，700 hPa湖南以較為平直的偏西氣流為主，上游云南至貴州一帶為西南風(fēng)（風(fēng)速10 m·s -1左右）。25日20∶00，700 hPa風(fēng)速增大，上游已形成西南急流（急流中心風(fēng)速達(dá)16 m·s -1 ），湖南上空的偏西氣流出現(xiàn)了偏南分量，轉(zhuǎn)為弱的西南氣流，湘西處于西南急流出口區(qū)（圖4a）；湘黔渝交界處出現(xiàn)了水汽通量散度輻合中心，比濕達(dá)到4～5 g·kg -1 ，急流出口處與水汽通量散度輻合大值區(qū)的疊加，為25日夜間湘西出現(xiàn)的暴雪天氣提供了有利的水汽條件。25日夜間至26日白天，西南急流較前期進(jìn)一步加強(qiáng)，并且急流核東移。26日14∶00（圖4b），急流中心增強(qiáng)到20 m·s -1 ，位置東移至廣西—湘南一帶，湘中及以北處于急流出口區(qū)，同時(shí)水汽通量散度大值區(qū)也較前期加強(qiáng)，在貴州出現(xiàn)兩個(gè)大值中心，湘中一帶也存在一個(gè)水汽通量散度大值區(qū)，達(dá)-2×10 -7 g·cm -2 ·hPa -1 ·s -1 ；強(qiáng)急流出口輻合處配合旺盛的水汽輻合中心，為湘中及以北地區(qū)帶來較25日夜間更為有利的水汽條件。

選取長(zhǎng)沙站作水汽通量散度和風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間垂直剖面（圖4c）：25日20∶00前，長(zhǎng)沙站僅低層有一定的水汽通量散度輻合，且低層以偏北風(fēng)為主，垂直分量偏弱；25日20∶00后，700 hPa出現(xiàn)明顯水汽輻合中心；26日08∶00，700 hPa水汽輻合進(jìn)一步加強(qiáng)；600—800 hPa及以上的經(jīng)向風(fēng)分量出現(xiàn)偏南風(fēng)，垂直速度分量較前期明顯增大，利于低層水汽不斷向上輸送；26日14∶00，600—800 hPa水汽通量散度輻合更加明顯，出現(xiàn)了兩個(gè)輻合中心，西南急流和垂直上升速度也進(jìn)一步加強(qiáng)，達(dá)到此次暴雪過程的最佳水汽輸送條件，與26日長(zhǎng)沙第二個(gè)降雪峰值相對(duì)應(yīng)（圖2）。從26日14∶00相對(duì)濕度和比濕的垂直剖面（圖4d）可以看出：30°N以北低層上空有一明顯濕度鋒區(qū)，配合低空至地面冷空氣形成冷墊；而29°N以南從地面至高空300 hPa左右，有一深厚暖濕舌在冷墊上向北爬升，干冷與暖濕的交匯對(duì)此次暴雪過程起到有利作用。26日夜間，隨著水汽輻合和垂直上升速度的減弱，雨雪過程亦隨之減弱并趨于停止。

2.3 動(dòng)力條件分析

從雨雪相態(tài)演變（圖2）可知，26日長(zhǎng)沙04∶00以后轉(zhuǎn)為持續(xù)性降雪，期間雪量呈現(xiàn)“先增強(qiáng)、減弱、再增強(qiáng)、減弱”特征，下文結(jié)合長(zhǎng)沙風(fēng)廓線雷達(dá)資料和逐小時(shí)降水量進(jìn)行分析，以揭示長(zhǎng)沙降雪量變化對(duì)應(yīng)的動(dòng)力抬升特征。

從12月25日08∶00—27日08∶00長(zhǎng)沙風(fēng)廓線雷達(dá)水平風(fēng)時(shí)間-高度剖面圖（圖5）可看出：25日20∶00前，3.0 km高度（圖5a黑框線）以上幾乎沒有風(fēng)數(shù)據(jù)資料，2.0—3.0 km高度為西北風(fēng)（圖5a黑框線），表明該高度層有一定的冷空氣；25日20∶00后2.5—3.5 km高度由20∶00以前西北風(fēng)為主（圖5a）逐漸演變成西南風(fēng)為主（圖5b），說明中低層水汽條件有所改善；25日20∶00—26日04∶00（圖5b紅色三角形）時(shí)段有三次“西北風(fēng)向西南風(fēng)”轉(zhuǎn)化 （圖 5b 短曲線），說明不斷有短波槽過境。因此推斷短波槽波動(dòng)過境導(dǎo)致動(dòng)力抬升條件不斷變化，25日夜間長(zhǎng)沙出現(xiàn)間歇性小雨（雪）。

26日04∶00開始（圖5b紅色三角形），長(zhǎng)沙進(jìn)入持續(xù)性降雪時(shí)段，2.5 km以上西南風(fēng)厚度向上伸展（圖5b黑色虛線箭頭），其中4.3 km以上西南風(fēng)達(dá)到了20 m·s -1以上，隨著冷墊以上西南暖濕急流增強(qiáng)，動(dòng)力條件得到進(jìn)一步增強(qiáng)，長(zhǎng)沙出現(xiàn)第一個(gè)降雪峰值（圖2，3 h雪量達(dá)到5.2 mm）。26日10∶00—13∶00，降雪減弱（3 h降雪量為1.5 mm），發(fā)現(xiàn)該時(shí)間段3.0—4.5 km高度（圖5c黑正方形框）由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，但偏西風(fēng)僅維持了1.5 h左右，11∶30左右再轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，推斷此時(shí)間段3.0—4.5 km高度的水平風(fēng)向的變化（轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)）和對(duì)應(yīng)降雪量減弱相關(guān)。26日12∶00（圖5c紅色三角形）前后，2.0 km以下由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)（圖5c黑矩形框），冷墊內(nèi)明顯東北氣流有利于暖濕氣流在冷墊上爬升；長(zhǎng)沙出現(xiàn)第二個(gè)降雪峰值（圖2），3h降雪量達(dá)到了4.6mm，小時(shí)降雪量達(dá)到了2.4 mm。26日20∶00以后（圖5d）2.5 km以上轉(zhuǎn)為西北風(fēng)為主，2.5 km以下為偏東風(fēng)（圖5d黑色虛線），水汽輸送條件下降，長(zhǎng)沙降雪明顯減小并逐漸停止?？梢?，風(fēng)廓線雷達(dá)水平風(fēng)演變從時(shí)空分布上揭示了長(zhǎng)沙降雪過程的增強(qiáng)、減弱、再增強(qiáng)、減弱時(shí)水平風(fēng)的變化特點(diǎn)。

3 雨雪天氣雙偏振雷達(dá)特征分析

雙偏振雷達(dá)通過水平和垂直偏振波對(duì)大氣中的粒子進(jìn)行探測(cè)并對(duì)比分析，判斷大氣中粒子的形狀和相態(tài)，對(duì)判斷雨雪的類型和強(qiáng)度等有較大幫助（程周杰等，2009）。若大氣中的水凝物粒子為雨滴、干雪等水平和垂直尺寸差距較小的粒子時(shí)，CC值較大，大多高于0.99；反之，若大氣中的水凝物粒子為大冰雹或混合相態(tài)粒子等水平和垂直尺寸有一定差距的粒子，則CC值較小，通常小于0.98，甚至小于0.90。在特定的環(huán)境下，根據(jù)探測(cè)區(qū)域內(nèi)粒子的水平和垂直尺寸不同，輔以其他觀測(cè)數(shù)據(jù)，可判斷粒子屬性并推斷融化層高度。此外，冰晶和較大的液滴相比，Z dr 值較小，而混合相態(tài)的Z dr 值較大（Ryzhkov and Zrnic，2019；楊祖祥等，2019）。

3.1 降雨階段雙偏振雷達(dá)特征分析

長(zhǎng)沙24日夜間至25日白天降水相態(tài)為雨、25日夜間受弱波動(dòng)影響有降水發(fā)生（圖2）：26日01∶00以前為液態(tài)降水，01∶00轉(zhuǎn)為固態(tài)降水（純雪），下文將重點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)沙降雨階段（26日01∶00以前）、降雪階段進(jìn)行分析，以揭示雙偏振雷達(dá)回波在降水不同相態(tài)階段的差異。

圖6a為25日02：21 0.5°仰角水平反射率因子圖，回波強(qiáng)度為中等（25～35 dBz），最強(qiáng)達(dá)到了45 dBz，Z dr產(chǎn)品（圖6b）上，對(duì)比而言，較強(qiáng)dBz對(duì)應(yīng)有較高的Z dr（1～2 dB）、弱dBz對(duì)應(yīng)有較弱的Z dr （0.2～1 dB）。從地面實(shí)況數(shù)據(jù)可知 25 日 01∶00—04∶00 降雨量為 2.5 mm（圖2），相對(duì)在冬季而言，3 h降雨還是比較明顯，對(duì)該時(shí)段影響長(zhǎng)沙地區(qū)達(dá)到35 dBz水平反射率因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)達(dá)到了7個(gè)體掃，說明超過35 dBz回波對(duì)應(yīng)相對(duì)較大的液滴。沿圖6a中黑線所在位置作垂直剖面（圖6c），0.5—1.5 km高度水平反射率因子較大（40～45dBz），圖6c中雙紅線標(biāo)出區(qū)域?yàn)橐粭l回波超過30 dBz的水平亮帶，反映了融化層亮帶特性（楊祖祥等，2019）；對(duì)應(yīng)0.5—1.5 km高度區(qū)域CC產(chǎn)品有一條低值帶（圖6d中雙紅線標(biāo)出區(qū)域），CC值在0.8～0.9，由于冬季的水汽條件和上升運(yùn)動(dòng)相對(duì)夏季較差，降水過程無法形成大水滴或冰雹等尺寸較大的粒子，不同相態(tài)粒子混合導(dǎo)致CC偏低，和融化層對(duì)應(yīng)。1.5 km高度以上CC值較大，大部分為0.99。

3.2 降雪階段雙偏振雷達(dá)特征分析

3.2.1 偏振參量Z h 、Z dr 、CC分析

25日白天隨著冷空氣不斷補(bǔ)充南下，湖南氣溫持續(xù)下降，25日夜間湘北開始出現(xiàn)小雪且降雪區(qū)域逐漸南擴(kuò)，26日04∶00后長(zhǎng)沙持續(xù)降雪時(shí)間為22 h。圖7a為14∶01 0.5°仰角水平反射率因子Z h 圖，反射率因子值較前期降低，回波表現(xiàn)為絲縷狀紋理結(jié)構(gòu)，是典型的降雪回波特征，Z dr 值較降雨時(shí)段（圖6b）更加均勻且值較低（圖7b），為0.2～0.8 dB；沿圖7a中AB黑線所在位置作垂直剖面（圖7c），30 dBz回波頂高度位于3 km附近；整層CC值較降雨時(shí)段增強(qiáng)，為0.97～0.99（圖7d白色方框），呈現(xiàn)大片的酒紅色，表現(xiàn)為干雪特征（楊祖祥等，2019）。

綜合以上分析可知：長(zhǎng)沙從降雨階段轉(zhuǎn)為降雪階段，水平反射率因子Z h 下降；降雨階段CC亮帶和融化層有一定的對(duì)應(yīng)；降雪階段CC明顯偏大，表明降水相態(tài)以干雪為主；降雨階段Z dr 值不均勻；降雪階段Z dr 值均勻且較低?？梢奀C、Z dr 產(chǎn)品在本次降雪過程中對(duì)降水相態(tài)的判定有一定指示作用。

3.2.2 徑向速度圖分析

雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品是分析降水系統(tǒng)氣流輻合、輻散等特征的重要手段，通過對(duì)“零速度線”形狀和位置的分析可以判斷風(fēng)隨高度的變化趨勢(shì)、冷暖平流的輸送和動(dòng)力輻合輻散情況（俞小鼎等，2020；沈永生等，2010；周濤等，2021）。為了盡可能多地了解本次暴雪過程對(duì)流層速度圖像特征，下文將2.4°仰角作為研究對(duì)象，選取26日白天時(shí)段徑向速度進(jìn)行分析以揭示其和降雪強(qiáng)弱的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為暴雪臨近預(yù)報(bào)提供一定的思路。

2.4°仰角07：59徑向速度圖（圖8a）看出：2.2 km距離圈（圖8a黑圓圈）內(nèi)為東北風(fēng)，結(jié)合08∶00探空曲線可知2.2 km高度溫度已降至-6 ℃，深厚的冷墊已經(jīng)建立；2.2 km高度距離圈內(nèi)“零速度線”幾乎成直線，表征底層至2.2 km高度正負(fù)速度面積相當(dāng)，但絕對(duì)值5～10 m·s -1 的負(fù)速度范圍比對(duì)應(yīng)正速度略偏大，說明具有弱風(fēng)速輻合，具備弱動(dòng)力抬升條件；2.2 km高度處“零速度線”出現(xiàn)90°折角，再往上風(fēng)速隨高度順轉(zhuǎn)，說明低層冷墊之上具有一定暖平流特征；4.2 km高度有西南暖濕急流核（圖8a），暖濕急流沿著冷墊緩慢上升，為降雪的維持和加強(qiáng)提供了動(dòng)力條件。因此低層弱的動(dòng)力抬升、低層冷墊之上的暖平流特征、且西南暖濕急流核存在，以上特征預(yù)示降雪天氣的進(jìn)一步維持或加強(qiáng)。

此后，底層深厚冷墊、2.2 km下“零速度線”幾乎成直線特征不變。但13∶56 （圖8b），底層風(fēng)速輻合特征更加清楚，表現(xiàn)為負(fù)速度大值區(qū)的范圍明顯大于正速度大值區(qū)。不僅如此，中層急流核更強(qiáng)，負(fù)速度絕對(duì)值由此前的15～20 m·s -1 增大到20～27 m·s -1 ，且急流核向下擴(kuò)展（圖8b紅色虛線橢圓），說明西南暖濕急流核厚度進(jìn)一步增大，即中層水汽輸送條件更加有利，預(yù)示著隨著冷墊之上暖濕氣流的動(dòng)力爬升和水汽輸送條件的增強(qiáng)，更有利于降雪維持。16∶25（圖8c）和13∶56（圖8b）相比，絕對(duì)值5～10 m·s -1 負(fù)速度面積明顯大于對(duì)應(yīng)的正速度面積，中層以上暖濕急流核特征仍然很清晰，動(dòng)力輻合進(jìn)一步加強(qiáng)，降雪更加明顯，對(duì)應(yīng)降雪最強(qiáng)時(shí)段。20∶56（圖略）低層負(fù)速度面積和正速度面積開始變得相當(dāng)，21∶02（圖略）低層負(fù)速度面積小于正速度面積，風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)出輻散特征；中層暖濕急流核強(qiáng)度有所減弱，總體而言，冷墊之上暖濕氣流的動(dòng)力爬升較前期明顯減弱，對(duì)應(yīng)降雪強(qiáng)度也有所減弱，27日00∶00降雪停止。

綜上分析可知，降雪最強(qiáng)時(shí)段徑向速度圖表現(xiàn)出風(fēng)場(chǎng)輻合且逐漸增強(qiáng)的特征；中層暖濕急流核增強(qiáng)且向下擴(kuò)展表征了水汽輻合條件增強(qiáng)；在降雪減弱階段，徑向速度圖逐漸表現(xiàn)為輻散特征、且急流核強(qiáng)度減弱。以上信息均為降雪維持、加強(qiáng)、減弱的臨近預(yù)報(bào)提供了有用信息。

4 結(jié)論與討論

本文利用升級(jí)雙偏振功能后的長(zhǎng)沙SA新一代天氣雷達(dá)資料、風(fēng)廓線雷達(dá)資料，并結(jié)合環(huán)境條件的大氣參數(shù)對(duì)2021年12月下旬湖南一次暴雪過程進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1） 從降雪前期和降雪時(shí)段的長(zhǎng)沙探空資料對(duì)比分析可知：降雪時(shí)段干層消失，濕層明顯增厚，濕層擴(kuò)展至350 hPa、整層濕球溫度低于0 ℃；在冷墊之上暖平流和短波槽強(qiáng)迫下產(chǎn)生強(qiáng)上升氣流，促使降雪發(fā)生發(fā)展；逆溫層下冷墊中的飽和層結(jié)，有利于下落的雪花叢集增長(zhǎng)，進(jìn)一步使得降雪增強(qiáng)。

（2） 水汽條件方面，湘中及以北地區(qū)處于700 hPa西南急流出口區(qū)，600—800 hPa的水汽通量散度輻合大值中心配合顯著的垂直上升速度，使得暖濕氣流在冷墊上爬升，為此次暴雪過程提供充足水汽供應(yīng)條件。

（3） 動(dòng)力條件方面，長(zhǎng)沙風(fēng)廓線雷達(dá)資料分析表明：25日夜間短波槽的多次波動(dòng)過境導(dǎo)致長(zhǎng)沙出現(xiàn)間歇性小雨（雪）；26日白天降雪呈現(xiàn)先增強(qiáng)、減弱、再增強(qiáng)、減弱特征，降雪減小時(shí)段和西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)時(shí)段對(duì)應(yīng)；冷墊上西南暖濕氣流增強(qiáng)時(shí)段、冷墊內(nèi)東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)時(shí)段，分別對(duì)應(yīng)26日長(zhǎng)沙降雪兩個(gè)峰值；26日夜間2.5 km高度以上轉(zhuǎn)為偏西北風(fēng)導(dǎo)致水汽輸送條件下降，降雪逐漸停止。

（4） 長(zhǎng)沙降雨時(shí)段，水平反射率因子Z h 和差分反射率因子Z dr 偏高；垂直剖面相關(guān)系數(shù)CC有低值帶和Z h融化層亮帶對(duì)應(yīng)。長(zhǎng)沙降雪時(shí)段，水平反射率因子Z h減弱、相關(guān)系數(shù)CC明顯偏大；差分反射率因子Z dr 值比降雨時(shí)降低且更均勻；雙偏振產(chǎn)品在不同降水相態(tài)時(shí)段，對(duì)降水相態(tài)的識(shí)別判定有一定指示作用。

（5） 徑向速度圖上2.2 km距離圈內(nèi)“零速度線”成直線、有弱風(fēng)速輻合；隨著風(fēng)速輻合特征明顯、西南暖濕急流核增強(qiáng)，暖濕氣流在冷墊之上的動(dòng)力爬升增強(qiáng)，降雪得以長(zhǎng)時(shí)間維持且強(qiáng)度增強(qiáng)；隨著速度風(fēng)場(chǎng)輻散特征出現(xiàn)，降雪逐漸減弱。以上均為降雪的發(fā)展、維持、減弱的臨近預(yù)報(bào)提供了有利的判斷信息。

需要指出的是，文中得到的長(zhǎng)沙地區(qū)降雪的S波段雙偏振雷達(dá)觀測(cè)特征僅基于一次冬季降雪過程的個(gè)例分析，且文中以定性分析為主，各個(gè)雙偏振參量之間的定量關(guān)系還有待于更多的降雪個(gè)例研究。

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（責(zé)任編輯 張 文）