湖北东部雷暴大风雷达回波特征分析

吴翠红，韦惠红，牛奔

(武汉中心气象台，湖北武汉430074)

湖北东部雷暴大风雷达回波特征分析

吴翠红，韦惠红，牛奔

(武汉中心气象台，湖北武汉430074)

通过对2003—2009年湖北省东部26个雷暴大风过程的雷达、地面、高空、NCEP 6 h再分析场等资料的研究，依据雷达回波形态特征，将造成雷暴大风的雷达回波分为3种类型，即单体型、弓状型和飑线型。统计分析了每种类型雷达回波强度、回波顶高、垂直液态含水量、中层辐合特征、入流急流、中气旋及环境场条件等特征，研究了这3种雷暴大风天气的雷达回波生命史演变规律，并建立了其雷达回波概念模型。分析表明，单体型雷暴大风提前预警难度较大，但对弓状型和飑线型雷暴大风多数可以提前30 min左右做出预警。

雷暴大风;雷达回波;预警;模型

0 引言

冰雹、雷雨大风、龙卷和短时暴雨是我国夏季主要的灾害性强对流天气。雷雨大风主要由两种原因导致:一种是雷暴内下沉气流降到地面产生的强烈辐散风;另一种是当多个单体内下沉气流到地面附近时，冷的辐散空气汇合构成一个浅薄冷池，其前沿(通常称作雷暴的出流边界或阵风锋)常常以较快速度向前移动而产生大风(廖晓农等，2008)。这种在地面引起灾害性风的局地下沉气流，Fujita and Byers(1977)定义为下击暴流，根据外出流的灾害性范围大小、持续时间，又将下击暴流分为宏下击暴流和微下击暴流。下击暴流是造成雷暴大风的主要原因，通常包含在一个孤立的雷暴单体或者中尺度风暴系统(如飑线和弓状回波)中(Wakimoto，1985)，其产生的近地层辐散性风可以造成飞机失事、翻船、房屋倒塌等灾害，严重威胁着航空、水运、农业和人民的生命财产安全。

新一代天气雷达因其卓越的功能，是揭示中小尺度强对流天气系统特征的最好手段之一。根据雷达观测研究，Marwitz(1972a，1972b，1972c)将对流风暴划分为多单体风暴、超级单体风暴、强烈剪切风暴。Browning(1977)将对流风暴划分为孤立单体风暴、多单体风暴和线风暴(飑线)，其中孤立单体风暴既可是普通单体风暴也可是孤立的超级单体风暴，构成多单体风暴和飑线的对流单体既可是普通单体也可是超级单体。Lemon and Doswell(1979)根据雷达观测研究认为，超级单体前侧和后侧下沉气流及其相应的阵风锋、气流入流区和上升气流区、中气旋对应于低层高反射率因子区的位置，在初生阶段中气旋是一个旋转的上升气流，成熟阶段中气旋是由旋转的上升气流与下沉气流共同构成。Moller et al.(1994)又将超级单体划分为弱降水超级单体、经典超级单体和强降水超级单体风暴。在我国，自新一代天气雷达投入业务应用十多年以来，气象工作者对我国雷暴大风、短时强降水和冰雹等强对流天气进行了大量的雷达观测研究。俞小鼎等(2006a)分析指出，强风暴单体反射率因子核心的逐渐降低是下击暴流事件发生的主要特征，速度图上后部入流急流的发展加强并伴随云底以上速度辐合特征是弓状回波形成的前兆。王彦等(2006)、吴涛等(2009)、张家国等(2010)研究表明，雷暴大风与弓状回波相关，弓状回波顶部和向前突起部分产生的大风更强烈。梁爱民等(2006)将造成短时大风的回波分为窄带回波型、飑线型和大风核型等3类。姚叶青等(2008)对一次典型飑线过程的雷达资料分析发现，大风主要出现在飑线的弓形主体到达或其前面的阵风锋到达的时候。付丹红等(2003)通过对一次伴有大风的强对流天气过程进行模拟和分析，认为冰雹的拖曳和融化作用是造成局地性大风的主要原因。陈贵川等(2011)分析发现中层径向辐合以及反射率因子核心的反复上升、下降是造成地面大风和冰雹的重要原因。夏文梅等(2007)、应冬梅等(2007)、刘平等(2008)、冯晋勤等(2010)、吴芳芳等(2010)对新一代天气雷达产品做了一些统计分析，并在利用中气旋识别判断雷达大风、冰雹天气方面取得了很有价值的研究成果。

湖北省自2001年以来先后建成了6部新一代天气雷达，在雷暴大风、冰雹等强对流天气监测预警服务中发挥了重要作用，积累了许多实践经验，但是，除了对少数有限的个例进行详细分析外，尚未对湖北省强对流天气的雷达观测特征开展系统性的总结研究。因此，为了对湖北省雷暴大风的雷达回波特征进行全面的了解，本文收集了湖北省2003—2009年期间发生在武汉雷达监测范围的26个雷雨大风天气过程资料。由于考虑到雷达回波形态特征比较直观，预报员容易掌握和接受，所以本文将从雷达观测事实出发，主要对产生雷暴大风天气的雷达回波形态结构进行分类研究，同时，再结合雷达观测的其他产品特征和环境场条件，总结归纳出有指示意义的信息特征和雷达回波概念模型，希望为预报员预警报实践提供有益的参考。

1 资料选取及研究方法

1.1 资料选取

根据气象观测记录或灾情信息，若雷暴发生前或发生时伴随瞬时风速大于等于17 m·s－1(8级以上)，选为一次雷暴大风个例。但是，若灾情信息中对瞬时大风没有明确风力量级，只有龙卷或者雷雨大风记录，通过反查雷达资料判断，当该灾情时段内和发生地附近雷达回波比较强(≥45 dBZ)时，则也选为一次雷暴大风个例。据此，本文共选取了2003—2009年期间发生在湖北省的雷暴大风个例共26例。分析资料有地面、高空、NCEP 6 h再分析场、武汉雷达观测资料和灾情信息等。

1.2 研究方法

本文主要依据雷达形态特征及其演变方式，将产生雷暴大风的雷达回波分为3种类型，即单体型、弓状型和飑线型，经过反查所有雷暴大风个例的雷达资料和NCEP资料，分析研究雷达回波形态演变规律，以及雷达基本反射率因子场、径向速度场、中气旋、回波顶高、垂直液态含水量等产品特征与特征值、雷暴大风产生时的环境条件等，归纳总结对雷暴大风提前预警具有指示作用的信息，研究建立每类雷暴大风不同生命史阶段的雷达回波概念模型，再通过典型个例资料，对每种类型雷暴大风雷达回波的演变规律进行详细剖析。

2 单体型雷暴大风

单体型包括单体风暴(简称A类)和多单体风暴(简称B类)，是由普通单体组成的风暴，在雷达反射率因子产品上是由一个单体或多单体组成的块状或团状回波，大风一般发生在最强单体回波的前沿。在6例单体型风暴中，单体风暴有2例，多单体风暴有4例。

2.1 单体型雷暴大风环境场条件

对高空观测和NCEP资料分析后发现，单体型风暴一般发生在弱低槽前部或副热带高压内部，且低层西南气流小于等于10 m·s－1，位于对流有效位能(convective available potential energy，CAPE)高值中心附近，CAPE平均值为2 300 J·kg－1，K指数平均为36℃，抬升指数(Li)为－4～－5℃，表明大气处于强烈不稳定状态。0～500 hPa垂直风切变一般小于等于5 m·s－1，属于弱的垂直风切变，但个别风暴垂直风切变较大。以上特征说明产生单体型雷暴大风的大气不稳定条件较好。

2.2 单体型雷暴大风雷达回波演变规律及其概念模型

通过分析单体型雷暴大风个例的雷达回波演变规律后发现，单体风暴是由多个单体相互合并发展增强，演变成强风暴单体，其成熟阶段可持续4～5个体扫，从雷达回波垂直剖面分析，强回波中心高度呈现分阶段逐级下降的趋势，此时产生地面大风。速度图上显示，从开始阶段就有中层径向速度辐合存在，而低层则在成熟阶段有辐散特征。Sehmocker et al.(1996)研究指出，中层径向辐合特征(mid-altitude radial convergence，MARC)出现10～30 min之后，会产生地面大风。因此MARC是雷暴大风预警的重要参考特征。

多单体风暴在开始发展阶段，其单体群前沿弧状出流边界上有新单体生成，随着单体群靠近，新生单体在中空向上和向下快速发展，当单体群与新生单体合并时，新生单体迅速增强，强中心高度也迅速向上空伸展。成熟阶段时，回波强度可达55～60 dBZ，此强单体中心后部清晰可见弱回波区，垂直剖面图上可显示强回波中心开始及地，即出现下击暴流，由于下沉气流在近地面辐散，所以，再次在单体群前沿形成弧状出流边界，在出流边界上又有新单体发展传播，本文4个多单体风暴个例都经历了2次以上的单体传播过程，然而，新生单体在出流边界上哪个部位出现，尚难以确定。减弱阶段时，单体风暴前沿出流边界与回波主体越来越远，回波强度也开始减弱，标志着单体风暴进入到减弱消亡阶段。根据以上雷达回波演变规律，总结出单体型风暴在不同发展阶段的雷达回波概念模型，如图1所示。在实际应用中，预报员要密切关注单体群前沿或其出流边界上单体的发展情况。

图1 单体型雷暴大风不同发展阶段的雷达回波概念模型(图中箭头代表风暴移动方向)Fig.1 Radar echo conceptual model of life stages for singlecell thunderstorm gale(The arrow represents the direction of thunderstorm's movement)

2.3 单体型雷暴大风雷达回波产品特征

表1为6例单体型雷暴大风成熟阶段时的雷达回波强度、垂直液态含水量、回波顶高、速度场等产品特征信息统计，其中，A1、A2分别为A类的2个个例，B1到B4分别为B类的4个个例。由表1可见，比较A、B两类风暴成熟阶段的雷达反射率因子和垂直液态水含量(vertical integrated liquid，VIL)的特征发现，A类风暴比B类风暴可以发展到更强，但是，两者成熟阶段大于45 dBZ的平均尺度一般都小于30 km，回波顶高(echo tops，ET)也都为15～17 km。B类风暴中有3例出现了中层径向辐合和低层入流急流特征，但都没出现中气旋特征。A类风暴中由于A1距离雷达站较远，速度场信息不好分辨，A2出现了中气旋、中层径向辐合和低层入流急流特征。

表1 单体型雷暴大风雷达产品特征统计Table 1 Radar products characteristics statistics of single-cell thunderstorm gale

从出现中层径向辐合或低层入流急流到发生下击暴流的时间差可以看出，一般为12～18 min，说明单体发展变化快，强中心快速及地而产生大风。若考虑雷达因完成整个体扫需6 min，则预报员最多只能提前6～12 min判断是否有下击暴流。

2.4 单体型雷暴大风的个例剖析

以表1中A2(2007年7月24日发生在浠水的一次雷暴大风天气)为例。实况表明，当日15:49浠水县发生了26 m·s－1(达10级)的雷雨大风，属于典型的下击暴流。此次过程发生在500 hPa河套低涡引出的南北向长波槽前，低层有西南—东北向冷式切变线，其北侧北风偏弱，南侧西南风较强，700 hPa西南气流达到了20 m·s－1。对应的0～500 hPa垂直风切变值为15 m·s－1，位于高值中心边缘;CAPE值为2 200 J·kg－1，在高低中心之间;K指数由14:00的31℃变为20:00的37℃，露点温度也有明显增大趋势，表明午后增温和西南急流输送水汽，使大气不稳定性明显增强、水汽充足。此次大风过程雷达回波演变过程如图2所示。

14:48—15:36发展阶段。位于鄂东的西南—东北向对流单体群整体往东北方向移动，由于其前沿单体之间发生聚集合并，由图2可见，15:24最前沿单体开始发展，其正下方5 km以下出现弱回波区，说明有很强的上升气流，而单体群中其他单体则逐渐减弱，至15:36结构变得更加密实，雷达回波垂直剖面图上显示，55 dBZ强度的回波面积急剧增大，向上可以伸展到9 km，向下伸展到2 km。0.5°速度图也出现10 m·s－1的入流急流(由于风暴移动方向与雷达径向几乎垂直，入流急流风速偏小)，3.4°速度图上有辐合区，与雷达回波强中心相对应，说明强回波区对应着辐合上升气流区。

15:36—16:01成熟阶段。此阶段分别于15:42、15:55在0.5°和3.4°速度图都出现了中气旋特征，属于深厚中气旋。15:55最低仰角速度图上辐散达到最强(即1 km高度处)，回波强度也由60 dBZ减弱至55 dBZ，单体强中心后部清晰可见弱回波区，且中气旋出现在弱回波区附近，说明单体风暴正处于成熟阶段，主要以下击暴流为主。图2中15:55垂直剖面图上显示，单体风暴中心逐渐下降，强回波中心最高仍在8 km以上，最低处已经及地，可能是由于这种单体风暴强中心逐级下降，使得单体风暴成熟阶段持续的时间较长。这个阶段液态水含量(VIL)最大达50 kg·m－2，回波顶最高达17 km。

16:01以后减弱阶段。此时在单体风暴移动方向的前沿出流处有新单体生成，出流边界与回波主体逐渐分离。16:19反射率因子垂直剖面图上显示，回波强度明显减弱，强中心高度下降至5 km左右，说明单体风暴已进入消亡阶段，在0.5°和3.4°速度图上，正负速度明显减小。

图2 2007年7月24日个例初始、发展、成熟和减弱4个阶段的雷达组合反射率因子产品(上)和单体沿紫色线方向的垂直剖面图(下)Fig.2 The base reflectivity(top)and its vertical section along the purple line cross the cell(below)for the initial，development，maturity and reduced stages of the case on 24 July 2007

此外，由图2可见，15:55雷达组合反射率因子图上位于浠水附近有一明显的出流弱回波带，此处又激发产生了新单体(图2中16:19(上))，该新单体后来进一步加强发展，并向东北传播影响罗田南部。

3 弓状型雷暴大风

弓状回波是产生雷暴大风最常见的一种类型，它可以单独存在，也可以是组成飑线回波带的一段。本文收集的26例雷暴大风个例中，有14例(约占54%)属于弓状雷达回波类型，即雷达回波形态上呈弓状结构，雷暴大风一般产生在弓状回波带的头部、凸起部位或缺口处，与相关研究的结论一致(王彦等，2006;廖晓农等，2008;吴涛等，2009;张家国等，2010)。

3.1 弓状型雷暴大风环境场条件

从14例弓状型雷暴大风个例的NCEP资料分析发现，又可分为两类。第一类有9例，即500 hPa以下中低层都处于副热带高压环流内或者500 hPa为弱西风槽，低层无西南急流，CAPE值平均为2 500 J·kg－1，最大可达3 000 J·kg－1，说明大气层结处于非常不稳定状态，0～500 hPa垂直切变小于10 m·s－1，处于中等偏弱深层垂直切变中，此类风暴是动力条件偏弱，不稳定条件较好，尤其CAPE值较高。第二类有5例，即500 hPa有低槽东移，低层有明显切变线，且风速辐合较强，700 hPa西南急流大于14 m·s－1，但CAPE值平均为1 000 J·kg－1，最低仅400 J·kg－1，0～500 hPa垂直切变大于13 m·s－1，处于中等偏强深层垂直切变中，此类风暴是动力条件较好。但是，这两类的K指数和抬升指数(Li)差别不大，K指数均大于37℃，抬升指数(Li)为－3～－6℃。

3.2 弓状型雷暴大风雷达回波演变规律及其概念模型

弓状型雷暴大风个例中，弓形回波的演变经历了3个阶段:对流回波块—短带—弓形。开始发展阶段时，一般是零散地分布着许多对流回波单体，单体之间不断出现分裂与合并现象，单体群在移动过程中逐渐演变成有组织性的带状结构，随着带状回波的发展，其后部出现弱回波区，带状回波开始呈现弓形，但回波强度变化不太大。至成熟阶段时，前沿回波强度及其梯度迅速增强，弓形曲率进一步增大，V型缺口特征明显。减弱阶段的特征则是弓形回波强度梯度和曲率明显减小，回波结构变得松散。在速度图上一般从发展阶段就开始出现低层入流急流，入流急流的出现又加剧短带向弓状演变。根据弓形回波演变规律，总结了其不同生命史阶段雷达回波概念模型，如图3所示。该种类型的雷暴大风，预报员比较容易从雷达形态上加以识别或判别。

图3 弓状型雷暴大风不同发展阶段的雷达回波概念模型(图中箭头代表风暴移动方向)Fig.3 Radar echo conceptual model of life stages for bow thunderstorm gale(The arrow represents the direction of thunderstorm's movement)

3.3 弓状型雷暴大风雷达回波产品特征

表2为该型雷达回波产品特征统计。一般成熟阶段，雷达回波强度为50～60 dBZ，VIL值差别较大，为30～65 kg·m－2，ET大多为15～17 km，持续时间最长达27个体扫，时间最短仅3个体扫。统计表明，几乎有一半个例均出现了中气旋特征，60%以上个例的速度图上有中层径向辐合和低层入流急流特征。本文统计了中层径向辐合、低层入流急流开始出现到回波发展最强盛期之间的时间，如表2所示，可以发现，超过50%的个例至少提前30 min在雷达速度图上可分辨出这些特征，其中，有5例可以提前78～120 min以上识别到低层入流急流特征。另外，有3例在速度场上没有同时出现以上特征，进一步分析发现，第1例成熟阶段持续了6个体扫，但回波强度偏弱;第2例由于回波移动方向与雷达径向几乎垂直，速度特征不易分辨;第3例是在带状回波前部演变的弓状结构，仅持续了3个体扫时间。总之，至少可以提前12 min捕捉到中层径向辐合、低层入流急流特征，其中有一半个例可以提前到30 min以上，这些先兆特征为做好提前预警雷暴大风天气提供了重要信息。

表2 弓状型雷暴大风雷达产品特征统计Table 2 Radar products characteristics statistics of bow thunderstorm gale

3.4 弓状型雷暴大风的个例剖析

本文选取表2中第2例进行详细分析，即2008年5月3日夜间，鄂东出现了一次典型弓状型雷暴大风天气过程，共有11个站次瞬时极大风速超过17 m·s－1，同时有37个加密观测站降水超过50 mm，是一次大风和暴雨共存的强天气过程(吴涛等，2010)。在雷暴大风发生前，700 hPa和850 hPa切变线两侧风速辐合较强，且西南急流达到14 m·s－1，0～500 hPa垂直风切变为13 m·s－1，属于中等强度的深层垂直风切变，动力辐合较强。在鄂东大风发生区域，对流有效位能CAPE为800～1 000 J·kg－1，处于高值中心外围;K指数为37℃;抬升指数(Li)为－2℃;Qse850为344 K左右;850 hPa比湿为14 g·kg－1，水汽条件较好。以上天气系统及物理量分析表明，此次弓形回波过程的动力和水汽条件均较好，各生命史阶段的雷达回波特征如图4所示。

16:02—17:45开始阶段。开始时，在江汉平原中北部零散地生成许多对流回波单体，它们之间分裂、合并现象频繁，至17:33单体群已合并发展成东北—西南松散的带状结构(图4)，并向东南方向移动，影响钟祥、京山、天门等地。在0.5°速度图上可见，带状回波的北部有一条明显辐合线存在。期间雷达回波最强一般为45 dBZ，ET达14 km，VIL最大达20 kg·m－2。

17:45—18:47发展阶段。此阶段单体之间合并加剧，18:27以后，前沿强回波带呈现出有组织性地发展加强。18:39，南北向带状回波的北部，即在京山附近发展成弓形回波(称弓形回波1)，其曲率最大处有中气旋，且正负速度辐合达到最强，此时弓形回波1达到了成熟阶段，从开始出现辐合线至此经历了66 min。此外，在潜江附近也出现曲率比较明显的弓形回波(称弓形回波2)，两个弓形回波连接成西南—东北向长约120 km的回波带。两处弓形回波后部均有弱回波区，弓形回波2稍强，且前沿梯度较大。与开始阶段相比，回波强度无明显变化，ET为15 km，VIL达30 kg·m－2。

图4 2008年5月3日个例初始、发展、成熟和减弱4个阶段的雷达组合反射率因子图(上)和0.5°基本径向速度图(下)Fig.4 The base reflectivity(top)and 0.5°base radial velocity(below)for the initial，development，maturity and reduced stages of the case on 3 May 2008

18:47—20:17成熟阶段。该阶段弓形回波2迅速增强，前沿梯度和强度都明显增强，弓形回波1强度变化不大，弓状曲率减小。19:11，整个弓形回波带达到最强阶段(图4)，尤其弓形回波2更强更紧密，在前沿V型缺口和后部V型缺口处均出现了中气旋，此时回波强度达60 dBZ，ET为14 km，VIL高达55 kg·m－2。19:41以后，2个弓形回波强度均开始有所减弱，变成了几乎南北向带状分布，且北段弓形回波开始演变成气旋性结构。

20:17以后减弱阶段。随着弓形回波逐渐向北气旋性旋转，整个回波带演变成逗点状回波，头部位于孝感南部和武汉北部一带，呈螺旋状分布，尾部从武昌一直延伸至洪湖一带，尾部几乎变成了直线型带状回波，回波强度为50 dBZ，ET迅速下降，只有11 km，VIL为20 kg·m－2。随着逗点回波进一步东移，回波强度减弱，结构松散，转变成了一般的带状回波。

4 飑线型雷暴大风

飑线是由线状排列的对流单体族组成，雷达回波上大于45 dBZ的尺度一般可达100～200 km，其长和宽之比大于5∶1(俞小鼎等，2006b)。本文收集到6例飑线型雷暴大风个例，通过对这些个例的雷达回波分析发现，湖北省飑线是一个线状对流带，对流带上分布着许多单体，且单体之间相互作用，组织结构紧密，形成一个缜密的线状分布。

4.1 飑线型雷暴大风环境场条件

Kessinger et al.(1987)、Hane et al.(1987)研究认为，飑线系统环境风切变在低层弱，在中层较强。本文根据资料分析认为，影响飑线的大气环境是，若500 hPa有西北槽东移，对应低层是较弱的西风气流;若500 hPa没有低槽东移，则为一致的西南气流，低层处于大于等于12 m·s－1的西南风急流中。CAPE值平均为1 500 J·kg－1，K指数平均为37℃，抬升指数(Li)小于等于－2℃。0～500 hPa垂直风切变为5～25 m·s－1，差别较大。总之，发生飑线天气的动力和不稳定条件方面都没有弓形回波的强。

4.2 飑线型雷暴大风雷达回波演变特征及其概念模型

通过6个飑线雷达回波演变特征分析发现，飑线型回波组织方式有2种，第一种是有新生单体与短带结合形成飑线，第二种分散性对流单体之间新生单体，不断加强发展组织而成飑线。分析不同生命史阶段的雷达回波演变特征发现，飑线回波初始阶段是一些分散性对流单体或大片混合性回波，在移动过程中各分散对流单体逐渐组织排列成线状分布(马红等，2010)，单体回波强度有所增强，其移动方向前沿回波梯度逐渐增大，开始出现飑线特征;在成熟阶段，各对流单体回波增强较快，且伴有多个中气旋特征，飑线的前沿和后沿梯度均较大，回波组织结构更加紧密，其后部分布着较大范围弱回波区，此时飑线回波移动速度开始加快，与后部混合性片状回波逐渐分离;到减弱阶段则表现为飑线上单体之间开始分裂，整个组织结构变得松散，出现断裂，标志着飑线已经进入到减弱消亡阶段。其不同生命史阶段的雷达回波概念模型如图5所示。

图5 飑线型雷暴大风不同发展阶段的雷达回波概念模型(图中箭头代表风暴移动方向)Fig.5 Radar echo conceptual model of life stages for squall-line thunderstorm gale(The arrow represents the direction of thunderstorm's movement)

4.3 飑线型雷暴大风雷达回波产品特征

飑线型雷暴大风的雷达回波特征统计见表3，最强回波强度一般为55～60 dBZ，ET为14～17 km，VIL平均为35 kg·m－2，成熟阶段平均持续时间一般至少为10个体扫。速度图上一般会出现中层径向辐合或者低层入流急流，其中，有一半个例会出现中气旋特征，中气旋伸展到5 km以上。由表3可见，出现中层径向辐合30～60 min后，或低层入流急流18～60 min后，开始发生下击暴流天气。因此，一般至少可以提前30～60 min从速度场上识别到中层径向辐合、低层入流急流的特征信息，这为提前预警提供了重要指示特征。

表3 飑线型雷暴大风雷达产品特征统计Table 3 Radar products characteristics statistics of squall-line thunderstorm gale

4.4 飑线型雷暴大风的个例剖析

表3中第5例，即2005年5月16日发生在新洲、英山的雷暴大风天气是典型的飑线型雷达回波，此次飑线回波成熟阶段持续了2 h多，是一次强飑线过程。飑线出现在500 hPa南北向长槽、850 hPa和700 hPa低涡冷切变线前部，切变线两侧风速辐合明显，850 hPa西南急流达到16 m·s－1。雷暴大风天气发生前，CAPE值为800～1 000 J·kg－1;K指数为36℃;抬升指数(Li)值为－2.4℃，位于低值中心;0～500 hPa垂直风切变达24 m·s－1，属于较强的深厚垂直风切变;850 hPa比湿为14～15 g·kg－1，水汽条件较好。此次过程飑线发生在一个极度不稳定区域，动力条件和水汽条件都较好，其雷达回波演变如图6所示。

22:56—00:03开始阶段。该阶段，分散性对流单体群整体往东北方向移动，在移动过程中单体出现局部增强和单体之间合并现象，在单体群移动方向的前侧，逐渐组织成西南—东北向带状分布。从23:50开始，速度场从0.5°仰角到2.4°仰角在回波带后部开始出现明显入流急流。这一阶段回波最强达55 dBZ，ET为15 km，VIL为35 kg·m－2。

00:03—00:52发展阶段。对流回波带在东移过程中，前沿单体合并加剧，强度略有增强，前沿梯度逐渐增大，00:46在强度场前沿开始呈飑线特征(图6)，且从北到南排列有7个中气旋，表明回波带上多个对流单体发展均较强。这一阶段0.5°和1.5°仰角速度图显示后部入流急流范围增大，2.4°仰角速度场开始出现辐合线，该阶段对流单体尚处在组织过程中，回波强度、回波顶高和液态水含量与开始阶段相比，没有太大的变化。

00:52—03:37成熟阶段。此阶段前期飑线出现在混合性带状回波前沿，且飑线前沿梯度大，后部紧跟着较大范围弱回波区;后期表现为飑线与混合性回波分离，飑线为细长南北向带状，前沿和后部梯度都较大，在混合性回波和飑线之间出现无回波区(图6)，0.5°和2.4°仰角速度图上是大范围的风速大值区，说明其后部有较强的入流。此飑线成熟阶段持续时间长。

03:37以后减弱阶段。飑线中单体与单体之间出现分裂，结构松散，整个飑线出现断裂现象，标志着飑线已经开始进入消亡阶段。从速度场上看，前期与成熟阶段差别不大，后期飑线移出可探测范围，速度场上出现模糊现象，无法判断。

5 结语

1)根据2003—2009年武汉雷达资料统计，共有26个雷暴大风过程。按照雷达回波形态演变特征，将雷暴大风雷达回波分为3种类型，即单体型、弓状型和飑线型，其中弓状型回波较为常见，占54%，单体型和飑线型回波各占23%。

图6 2005年5月16日个例初始、发展、成熟和减弱4个阶段的雷达组合反射率因子图(上)和0.5°基本径向速度图(下)Fig.6 The base reflectivity(top)and 0.5°base radial velocity(below)for the initial，development，maturity and reduced stages of the case on 16 May 2005

2)从环境条件分析知道，单体型雷暴大风过程，其不稳定条件较好，动力抬升条件相对偏弱;弓状型雷暴大风过程，其影响系统可以分2类，第一类动力条件较弱，不稳定条件较好，第二类动力抬升条件比热力条件好，两种类型的K指数和抬升指数(Li)差别不大，K指数大于37℃，抬升指数(Li)为－3～－6℃;飑线型大风过程，其发生前动力抬升条件和不稳定条件都不及弓状型的强。

3)单体型回波是几个单体之间互相碰撞发展，局部单体发展增强演变形成，多单体的增强发展与外流边界紧密相关;弓状型回波是由回波聚集而成，经历3个阶段，即对流回波块—短带—弓形;飑线型回波形成方式有2种，第一种是由新生单体与短带结合形成飑线，第二种分散性对流单体之间新生单体，不断组织、加强而形成飑线。

4)从成熟阶段的特征比较来看，以强度大于45 dBZ的回波尺度相比，飑线型为最大，一般可达100～200 km，弓状型次之，为35～70 km，单体型最小，为15～30 km;回波强度方面，3种类型差别不大，都为50～60 dBZ;垂直液态含水量方面，弓状型为30～65 kg·m－2，单体型为30～60 kg·m－2，飑线型为25～45 kg·m－2;回波顶高方面，3种类型都为14～17 km。

5)弓状型和飑线型雷暴大风过程中，雷达径向速度图上多数会提前30 min以上出现中层径向辐合或低层入流急流特征，这为提前预警提供了重要参考，预报员应重视识别与分析。由于单体型雷暴大风发展变化较快，只有6～12 min的识别判断时间，提前预警难度较大。

关于湖北省西部雷暴大风雷达回波演变特征的研究，尚待今后收集更多的资料，以便进一步完善雷暴大风天气的雷达回波模型，并更好地应用于预警报业务工作中。

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Radar echo characteristics analysis for thunderstorm gale in eastern Hubei Province

WU Cui-hong，WEI Hui-hong，NIU Ben

(Wuhan Central Meteorological Observatory，Wuhan 430074，China)

Using the radar data，surface data and upper air data and NCEP(6-hr interval)reanalysis data on 26 cases of thunderstorm from 2003 to 2009 in eastern Hubei Province，the radar echoes caused thunderstorm gale are divided to three types，namely single-cell thunderstorm，bow thunderstorm and squallline thunderstorm according to the morphology features of radar echoes.This paper statistically analyses the characteristics of radar base reflectivity，echo tops，vertical integrated liquid，mid-altitude radial convergence，inflow jet，mesocyclone and atmospheric conditions of the three types，and establishes the three radar echo conceptual models based on the evolution of radar echoes caused thunderstorm gale.Results show that the bow thunderstorm and squall line thunderstorm can be warned about 30 min in advance，but it is difficulty to advance the warning of single-cell thunderstorm.

thunderstorm gale;radar echo;warning;model

P412.25

A

1674-7097(2012)01-0064-09

2011-08-11;改回日期:2011-11-13

公益性行业(气象)科研专项(GYHY(QX)200906003)

吴翠红(1969—)，女，江苏兴化人，硕士，高级工程师，研究方向为短时临近预警和中尺度天气分析，wuch_wh@yeah.net.

吴翠红，韦惠红，牛奔.2012.湖北东部雷暴大风雷达回波特征分析［J］.大气科学学报，35(1):64-72.

Wu Cui-hong，Wei Hui-hong，Niu Ben.2012.Radar echo characteristics analysis for thunderstorm gale in eastern Hubei Province［J］.Trans Atmos Sci，35(1):64-72.

(责任编辑:倪东鸿)