羅曉松，郭曉超，肖 蕾，孫 靜

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

遵義市冰雹天氣過程雷達回波特征分析*

羅曉松，郭曉超，肖 蕾，孫 靜

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

利用遵義新一代多普勒天氣雷達資料，對2008—2016年6次天氣過程的8個降雹風暴進行分析。結(jié)果表明：普通單體風暴持續(xù)時間短，強回波反射率因子高度高，徑向速度圖上有大量逆風區(qū)存在；超級單體持續(xù)時間長，具有明顯的三體散射特征、弱回波區(qū)和強回波懸垂，徑向速度圖上有中氣旋存在；多單體風暴中風暴的合并增強是降雹的主要原因，對多個聯(lián)系緊密的風暴應予以重點關(guān)注，徑向速度圖上存在低層輻合、高層輻散配置；線風暴組織性強，在南部和中部易發(fā)展、增強產(chǎn)生降雹，強風暴回波柱向移動方向傾斜，具有明顯的弱回波區(qū)和回波懸垂，徑向速度圖上回波后側(cè)有大片的大風區(qū)，在風暴處形成強輻合區(qū)，對風暴的持續(xù)發(fā)展非常關(guān)鍵。

冰雹；多普勒雷達；特征

1 引言

冰雹是遵義主要氣象災害之一，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生命財產(chǎn)帶來嚴重危害。提高冰雹監(jiān)測預警的準確性和及時性，通過人工降雹來減少損失是當前氣象工作的重要內(nèi)容。遵義新一代多普勒天氣雷達于2004年建成投入業(yè)務使用，積累了大量冰雹天氣個例資料，通過對歷史個例進行分析，歸納總結(jié)遵義市冰雹天氣過程雷達回波特征，將有助于提高冰雹監(jiān)測預警的準確性和及時性。近年來，隨著我國新一代天氣雷達觀測網(wǎng)的建成和業(yè)務化運行，利用多普勒天氣雷達對冰雹天氣進行監(jiān)測和分析方面取得了不少成果[1-2]。丁小劍等[3]對長沙兩次冰雹天氣過程的多普勒天氣雷達產(chǎn)品進行對比分析；趙俊榮等[4]對一次致災冰雹的超級單體風暴雷達回波特征進行分析；李靜等[5]對一次超級單體強雹暴發(fā)展演變過程進行觀測分析；張晰瑩等[6]對2005年黑龍江省初春產(chǎn)生的一次大范圍弱冰雹云雷達回波結(jié)構(gòu)特征進行分析；李新麟等[7]對2005年6月15日凌晨發(fā)生在安徽省江淮地區(qū)的冰雹云進行追蹤觀測分析。這些研究總結(jié)了大量冰雹云的雷達回波特征，對提高冰雹天氣監(jiān)測預警水平具有重要意義。本文對2008—2016年6次冰雹天氣過程的8個風暴進行分類分析，歸納本地的冰雹云雷達回波特征，為遵義冰雹監(jiān)測預警業(yè)務和防災減災服務提供參考。

2 過程實況及資料說明

遵義新一代多普勒天氣雷達站(以下簡稱“遵義雷達”)海拔高度1 032 m，采用降水模式(VCP21)進行體掃，每6 min左右從低層到高層完成9層掃描，生成一個基數(shù)據(jù)，有效探測范圍約150 km。本文使用基本反射率、組合反射率、反射率因子剖面圖、徑向速度、徑向速度剖面圖、VWP等產(chǎn)品從雷達回波演變、強度場、速度場等方面分析冰雹云的雷達回波特征。

遵義雷達地處山區(qū)，0.5°仰角受地形遮擋嚴重，同時，雷達為圓錐掃描，波束中心高度和波束寬度隨距離的增加使得雷達在遠距離處的探測能力下降。因此，選擇降雹地點在雷達靜錐區(qū)之外且距離雷達較近的6次冰雹天氣過程的8個風暴(見表1)進行分析，俞小鼎等[8]將對流風暴分為4類：普通單體風暴、多單體風暴、線風暴(颮線)和超級單體風暴，普通單體風暴和超級單體風暴由單個單體構(gòu)成，多單體風暴由團狀分布的多個單體構(gòu)成，線風暴或颮線由線狀分布的多個單體構(gòu)成。根據(jù)雷達回波特征將6次天氣過程的8個降雹風暴進行分類：普通單體風暴2個、線風暴2個、多單體風暴和超級單體風暴2個(見表1)，分別研究這4類風暴的雷達回波特征，提煉冰雹監(jiān)測預警指標。

表1 過程實況及風暴分類Tab.1 Real process and storm classification

3 雷達回波特征分析

3.1 普通單體風暴

3.1.1 雷達回波演變 2008年7月11日遵義縣永樂鎮(zhèn)降雹風暴：從生成到降雹的時間非常短，只有25 min。17時38分，遵義縣永樂鎮(zhèn)附近有弱風暴單體生成，強中心高度在5 km左右，向西南方向緩慢移動，迅速發(fā)展，并且同時回波向上和向下發(fā)展。17時49分，45 dBz回波頂高達到6 km，出現(xiàn)弱回波區(qū)和回波懸垂，強中心強度和高度分別達到60 dBz和5 km。18時01分，強中心高度迅速下降，約1.5 km，強度仍保持60 dBz以上，地面出現(xiàn)降雹。

2011年4月30日風暴：14時31分，風暴在遵義縣平正鄉(xiāng)附近生成，靜止少動，從生成到降雹的時間僅有40 min，降雹之前降雹風暴長時間維持高質(zhì)心，從14時41分開始，45 dBz高度達6 km以上，15時06分，45 dBz頂高達到12 km以上，存在弱回波區(qū)和回波懸垂。

在以上兩個個例中，45 dBz以上強回波高度高、回波強度強是主要特征，在風暴發(fā)展旺盛階段出現(xiàn)小面積的弱回波區(qū)和回波懸垂。

3.1.2 速度場特征 2008年7月11日遵義縣永樂鎮(zhèn)的降雹風暴：17時38分，6.0°仰角及以上在負速度區(qū)中存在逆風區(qū)(正速度區(qū))，4.3°仰角及以下全部為負速度區(qū)(圖略)。18時01分，從低層到高層均存在逆風區(qū)，此時風暴發(fā)展最為強烈。

2011年4月30日風暴：14時36分，3.4°及以下仰角存在風速輻合，4.3°及以上仰角存在逆風區(qū)。15時06分，低層到高層均存在逆風區(qū)。本次天氣過程與2008年7月11日天氣過程相比，風暴維持時間更長、發(fā)展強度更強，其低層輻合特征明顯，逆風區(qū)面積更大。

3.2 超級單體風暴

3.2.1 雷達回波演變 2012年4月29日風暴：該風暴為移入型風暴，20時08分開始出現(xiàn)三體散射特征和旁瓣回波，比降雹時間提前了60 min，垂直剖面圖上出現(xiàn)有界弱回波區(qū)和懸垂回波，回波柱向入流方向傾斜。

2015年2月18日天氣過程：20時03分在大方境內(nèi)生成，以60 km/h的速度向東偏北方向移動，21時18分出現(xiàn)三體散射特征和“V”型缺口，隨著回波的發(fā)展增強，三體散射特征越來越明顯，21時53分出現(xiàn)有界弱回波區(qū)和懸垂回波。

從以上分析可以看出，超級單體持續(xù)時間比普通單體長，都出現(xiàn)了三體散射特征、有界弱回波區(qū)和懸垂回波，可以作為冰雹監(jiān)測預警的重要指標。同時，可以借助“V”型缺口、旁瓣回波等進行綜合判斷風暴發(fā)展趨勢。

3.2.2 速度場特征 圖1為2012年4月29日20時08分雷達反射率和徑向速度，3.4°仰角與強回波對應位置存在正負速度對，正速度中心22 m/s，負速度中心-20 m/s，存在中氣旋；在6.0°仰角，中氣旋上部存在風速輻散。中氣旋在風暴發(fā)展過程中長時間維持，對風暴的維持和發(fā)展非常有利。

圖2為2015年2月18日21時13分基本反射率和徑向速度，在3.4°仰角與強回波對應位置存在正負速度中心，正速度中心值22 m/s，負速度中心值-23 m/s，存在中氣旋。同時在徑向速度圖上存在大量的逆風區(qū)，逆風區(qū)的面積較大，風速較強。與2012年4月29日天氣過程相比，風暴的組織性較差，中氣旋持續(xù)時間較短，但是大量逆風區(qū)的存在促進了風暴的長時間維持和發(fā)展。

圖1 2012年4月29日20時08分基本反射率(a)和徑向速度(b)(a1和b1為3.4°仰角，a2和b2為6.0°仰角)Fig.1 Basic reflectivity and radial velocity at 20∶08 BT 29 April 2012(The elevation of a1 and b1 is 3.4°, The elevation of a2 and b2 is 6.0°)

圖2 2015年2月18日 21時13分 3.4°仰角基本反射率(a)和徑向速度(b)Fig.2 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of 3.4° at 21∶13 BT 18 February 2015

3.3 多單體風暴

3.3.1 雷達回波演變 2008年7月11日遵義縣團溪鎮(zhèn)風暴演變過程：17時09分，湄潭西南部弱風暴單體生成，向西偏南方向移動過程中向上和向下同時發(fā)展，回波面積增大，強度增強。17時21分，強風暴出現(xiàn)弱回波區(qū)，45 dBz高度達到5 km，中心強度50dBz以上。由于新單體的不斷生成和合并增強，多單體風暴中長時間存在對流旺盛的強風暴。18時01分，55 dBz高度增高至7 km左右，中心強度達60 dBz以上，出現(xiàn)上沖云頂、弱回波區(qū)和回波墻。18時35分，45 dBz頂高達到8 km，低層出現(xiàn)大片45 dBz以上回波，地面開始降雹。隨后，回波高度開始緩慢降低，強度減弱。

2008年7月11日桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)風暴演變過程：13時03分，遵義北部縣市出現(xiàn)分散型弱風暴。15時51分，習水、桐梓、務川、正安、綏陽等境內(nèi)出現(xiàn)大量強風暴單體，其中綏陽與桐梓交界處的風暴群發(fā)展最為強烈，強風暴出現(xiàn)弱回波區(qū)、上沖云頂，回波柱向入流方向傾斜，55 dBz高度達到6.5 km。該風暴群向西南方向移動過程中不斷有新單體生成和合并增強，途徑桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)時產(chǎn)生降雹。

合并增強是以上兩個多單體風暴最主要的特征，因此，當多個風暴聯(lián)系緊密時需要予以特別關(guān)注。同時，強回波高度較高，出現(xiàn)弱回波區(qū)、回波柱向入流方向傾斜、上沖云頂?shù)忍卣鲿r，可以作為多單體風暴冰雹預警的指標。

3.3.2 速度場特征 2008年7月11日遵義縣團溪鎮(zhèn)風暴：17時26分，1.5°仰角開始出現(xiàn)逆風區(qū)，隨著仰角的抬升，逆風區(qū)面積增大，速度也越來越大；在9.9°仰角，徑向速度圖面積顯著減小，主要集中在強風暴區(qū)域，出現(xiàn)輻散特征。隨著風暴向西移動，高層輻散長期存在，低層開始出現(xiàn)風速輻合，同時在反射率因子圖上回波也顯著增強。

2008年7月11日桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)風暴：15時56分(圖3)，強度圖上，桐梓縣馬鬃鄉(xiāng)附近存在強風暴；徑向速度圖上，該強風暴對應位置，0.5°和2.4°仰角存在風向輻合，正負速度區(qū)內(nèi)均存在逆風區(qū)，在9.9°仰角，回波面積顯著減小，馬鬃鄉(xiāng)附近存在風向輻散。

低層輻合、高層輻散的配置是以上兩個風暴徑向速度場最主要的特征，同時在正負速度區(qū)中逆風區(qū)的存在說明有更小尺度的輻合輻散。

3.4 線風暴

3.4.1 雷達回波演變 2008年5月25日風暴演變過程：該風暴為移入性風暴，18時41分，呈現(xiàn)多單體風暴結(jié)構(gòu)，向東移動過程中南部和北部有風暴單體生成，其中南部多于北部。20時48分，風暴發(fā)展增強，呈現(xiàn)“弓形回波”結(jié)構(gòu)(圖4(a1))，南北方向帶狀回波分布，移動方向與帶狀回波基本垂直，其前端風暴發(fā)展最為強烈；剖面圖上(圖4(b1))，回波柱向移動方向傾斜。此后，南部和北部風暴緩慢減弱，中部風暴合并增強并產(chǎn)生降雹。

2016年3月8日風暴演變過程：22時56分，呈多單體風暴結(jié)構(gòu)，移動過程中北部不斷有新單體生成，合并發(fā)展增強形成帶狀分布，回波移動方向與帶狀分布方向垂直。垂直剖面圖(圖略)上存在有界弱回波區(qū)，回波柱向移動方向傾斜。3月9日00時01分(圖4(a2))，35dBz回波長度約70 km，長寬比超過5∶1，呈現(xiàn)“弓形回波”結(jié)構(gòu)，其南部存在強風暴，強中心達到強度達到60dBz以上；剖面圖上(圖4(b2))，回波柱向移動方向傾斜，存在大面積弱回波區(qū)、回波墻和上沖云頂。

圖3 2008年7月11日 15∶56 不同仰角反射率因子(a)和徑向速度(b)(a1、b1為0.5°，a2、b2為2.4°，a3、b3為9.9°)Fig.3 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of Multiple elevation at 15∶56 BT 11 July 2008 (a1 and b1:0.5°,a2 and b2:2.4°,a3 and b3:9.9°)

從以上兩個風暴的發(fā)展演變過程可以看出，均具有典型的“弓形回波”特征，弓形回波前部和南部風暴容易發(fā)展增強，產(chǎn)生冰雹大風，可作為冰雹監(jiān)測預警的指標，同時，對弓形回波中的強風暴進行分析，回波柱向移動方向傾斜、弱回波或有界弱回波區(qū)、上沖云頂、強回波高度等都可以作為預警指標。

3.4.2 速度場特征 2008年5月25日天氣過程：降雹之前，VWP產(chǎn)品(圖略)上1.2 km以下為東南風，風隨高度順轉(zhuǎn)，2.1 km高度為西南風。徑向速度圖上，20時04分，1.5°仰角風暴前側(cè)存在風速輻合，后側(cè)存在大片-12 m/s以上的風速大值區(qū)，2.4°、3.4°和4.3°仰角存在大量的逆風區(qū)，6.0°仰角存在風向輻散；隨著風暴的移動，風暴后側(cè)大風區(qū)面積增大，風速增大，風暴處的輻合也在增強。21時07分，3.4°仰角及以下，風暴后側(cè)大風區(qū)風速增大至18m/s以上，風暴處存在風向輻合，同時逆風區(qū)大量增加；6.0°仰角及以上，存在風向輻散。

圖4 不同天氣過程的組合反射率(a)和反射率因子剖面圖(b) (a1和b1為2008年5月25日20時48分；a2和b2為2016年3月9日00時01分)Fig.4 Combined reflectivity(a) and reflectivity cross section(b) of Different weather processes (a1 and b1: 20∶48 BT 25 May 2008,a2 and b2: 00∶01 BT 9 March 2016)

2016年3月8日天氣過程：在VWP產(chǎn)品上低層為偏東風，風速高度順轉(zhuǎn)，在1.8 km高度轉(zhuǎn)為南風，2.4～6.6 km高度為西南風，之上為西北風。3月9日 00時06分(圖5)，徑向速度上， 2.4°仰角，與反射率因子圖上“弓形回波”對應位置存在風向輻合，同時在正負速度區(qū)中存在逆風區(qū)；4.3°仰角，弓形回波的后部存在大片負速度大值區(qū)，與前側(cè)正速度區(qū)形成強烈的輻合；9.9°仰角，存在風速輻散和逆風區(qū)。

從以上兩個風暴的分析中可以看出，中低層，弓形回波后部均存在大片大風區(qū)，在弓形回波位置形成強烈的輻合，同時，在正負速度區(qū)中均有“逆風區(qū)”存在，說明存在更小尺度的輻合輻散；在高層，存在輻散。低層輻合、高層輻散的配置有利于風暴的持續(xù)發(fā)展和增強。在VWP產(chǎn)品上，風隨高度順轉(zhuǎn)，存在暖平流。

4 小結(jié)

綜合以上分析，4類降雹風暴的雷達回波演變過程差異較大。從反射率因子場和徑向速度場進行分析，總結(jié)出不同類型降雹風暴的雷達回波特征。

普通單體風暴和超級單體風暴均由單個單體構(gòu)成。強度圖上，超級單體風暴均存在有界弱回波區(qū)，而普通單體風暴僅有小面積的弱回波區(qū)；超級單體出現(xiàn)了三體散射特征、旁瓣回波和“V”型缺口，而普通單體風暴均未出現(xiàn)。徑向速度圖上，超級單體風暴在出現(xiàn)逆風區(qū)的同時，還存在中氣旋，而普通單體風暴僅存在小面積的逆風區(qū)。

多單體風暴和線風暴均由多個單體風暴構(gòu)成。強度圖上，合并增強是多單體風暴最主要的特征，而線風暴中“弓形回波”的出現(xiàn)是風暴發(fā)展增強的重要指標，其前部和南部容易產(chǎn)生冰雹大風，可作為冰雹監(jiān)測預警的指標；兩種風暴回波柱均向移動方向傾斜，而“弓形回波”傾斜角度更大。徑向速度圖上，兩種風暴均存在低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)，而“弓形回波”后部存在大面積的速度大值區(qū)，輻合更加強烈，容易在地面產(chǎn)生大風天氣。

在本文分析過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題需要予以關(guān)注：①遵義雷達0.5°仰角地物遮擋嚴重，其反射率因子往往比真實值低；②雷達為圓錐掃描，其探測性能在遠距離處顯著下降，降雹風暴的雷達回波特征因距離不同也存在差異，在降雹風暴個數(shù)較多的條件下，可以按照風暴與雷達的距離進行分類研究；③由于使用的降雹風暴個數(shù)較少，總結(jié)提煉的雷達回波特征還需要進一步驗證；④垂直液態(tài)含水量(VIL)、冰雹指數(shù)和風暴追蹤信息等產(chǎn)品對冰雹監(jiān)測預警也具有一定的指示意義，需要進一步分析。

圖5 2016年3月9日 00時06分不同仰角反射率因子(a)和徑向速度(b)(a1、b1為2.4°，a2、b2為4.3°，a3、b3為9.9°)Fig.5 Basic reflectivity(a) and radial velocity(b) of Multiple elevation at 00∶06 BT 9 March 2016 (a1 and b1: 2.4°,a2 and b2:4.3°，a3 and b3:9.9°)

[1] 李路長,白慧,楊勝忠,等.黔東南地區(qū)冰雹天氣雷達臨近預警指標研究[J].貴州氣象,2014,38(1):20-24.

[2] 鄒書平,田楠,劉國強,等.一次強冰雹天氣過程雙雷達回波特征參數(shù)對比分析[J].貴州氣象,2012,36(3):12-14.

[3] 丁小劍,唐明暉,陳德橋.兩次冰雹過程多普勒天氣雷達產(chǎn)品的對比分析[J].氣象與環(huán)境科學,2010,33(2):42-47.

[4] 吳芳芳,俞小鼎,王慧,等.一次強降水超級單體風暴多普勒天氣雷達特征[ J].大氣科學學報,2010,33( 3): 285-298.

[5] 李靜,周毓荃,蔡淼.一次超級單體強雹暴發(fā)展演變過程的觀測分析[J].氣象與環(huán)境科學,2012,35(2):1-7.

[6] 張晰瑩,張禮寶,安英玉,等.弱冰雹云雷達回波結(jié)構(gòu)特征分析[J].氣象,2008,34(2):38-42.

[7] 李新麟,鄭媛媛,陳金龍,等.CINRAD/CC雷達探測冰雹云特征個例分析[J].氣象科技,2007,35(2):204-209

[8] 俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用 [M].北京:氣象出版社,2006:90-95.

Analysis of radar echo features of Hail Weather Process in Zunyi City

LUO Xiaosong, GUO Xiaochao, XIAO Lei, SUN Jing

(Zunyi Meteorological Service, Zunyi 563002, China)

Using Zunyi Doppler weather radar data, radar echo features of 8 hail storms of 6 weather processes during 2008-2016 were analyzed. The results show that, the common single storm is of short duration, the strong echo reflectivity is high, for the radial velocity, there is a large number of adverse wind zone; supercell lasted for a long time, having the obvious scatter characteristics, weak echo region and strong hanging echo, mesocyclone exists for radial velocity; the combined storm monomer in the storm is due to the enhancement of the hail, the more closely-contacted storm should be focused on, for the radial velocity, there are lower level convergence and upper level divergence; line storm is well organized, apt to develop in southern and central part, enhancing the production of hail, strong storm echo column tilted for the moving direction, with the obvious weak echo region and overhang echo, for its radial velocity at the echo back there is a large wind zone, forming a strong convergence zone in the storm, being the key to the sustainable development of the storm.

hail; doppler radar; features

2016-11-15

羅曉松(1979—)，男，工程師，主要從事強對流天氣研究和氣象管理工作,Email:34702647@qq.com。

遵義市冰雹天氣的雷達回波特征研究(黔氣科合QN[2009]11號)、雷達和雨量計聯(lián)合估測降水技術(shù)研究(黔氣科合KF[2015]03號)、遵義市冰雹監(jiān)測預警技術(shù)研究(遵氣科合KF[2016]01號)和遵義市暴雨預報物理量指標研究(遵氣科合KF[2016]04號)。

1003-6598(2017)03-0017-07

P458.1+21.2

A