遵义市冰雹天气过程雷达回波特征分析*

罗晓松，郭晓超，肖 蕾，孙 静

(贵州省遵义市气象局，贵州 遵义 563002)

遵义市冰雹天气过程雷达回波特征分析*

罗晓松，郭晓超，肖 蕾，孙 静

(贵州省遵义市气象局，贵州 遵义 563002)

利用遵义新一代多普勒天气雷达资料，对2008—2016年6次天气过程的8个降雹风暴进行分析。结果表明：普通单体风暴持续时间短，强回波反射率因子高度高，径向速度图上有大量逆风区存在；超级单体持续时间长，具有明显的三体散射特征、弱回波区和强回波悬垂，径向速度图上有中气旋存在；多单体风暴中风暴的合并增强是降雹的主要原因，对多个联系紧密的风暴应予以重点关注，径向速度图上存在低层辐合、高层辐散配置；线风暴组织性强，在南部和中部易发展、增强产生降雹，强风暴回波柱向移动方向倾斜，具有明显的弱回波区和回波悬垂，径向速度图上回波后侧有大片的大风区，在风暴处形成强辐合区，对风暴的持续发展非常关键。

冰雹；多普勒雷达；特征

1 引言

冰雹是遵义主要气象灾害之一，常常给农业生产和人民的生命财产带来严重危害。提高冰雹监测预警的准确性和及时性，通过人工降雹来减少损失是当前气象工作的重要内容。遵义新一代多普勒天气雷达于2004年建成投入业务使用，积累了大量冰雹天气个例资料，通过对历史个例进行分析，归纳总结遵义市冰雹天气过程雷达回波特征，将有助于提高冰雹监测预警的准确性和及时性。近年来，随着我国新一代天气雷达观测网的建成和业务化运行，利用多普勒天气雷达对冰雹天气进行监测和分析方面取得了不少成果[1-2]。丁小剑等[3]对长沙两次冰雹天气过程的多普勒天气雷达产品进行对比分析；赵俊荣等[4]对一次致灾冰雹的超级单体风暴雷达回波特征进行分析；李静等[5]对一次超级单体强雹暴发展演变过程进行观测分析；张晰莹等[6]对2005年黑龙江省初春产生的一次大范围弱冰雹云雷达回波结构特征进行分析；李新麟等[7]对2005年6月15日凌晨发生在安徽省江淮地区的冰雹云进行追踪观测分析。这些研究总结了大量冰雹云的雷达回波特征，对提高冰雹天气监测预警水平具有重要意义。本文对2008—2016年6次冰雹天气过程的8个风暴进行分类分析，归纳本地的冰雹云雷达回波特征，为遵义冰雹监测预警业务和防灾减灾服务提供参考。

2 过程实况及资料说明

遵义新一代多普勒天气雷达站(以下简称“遵义雷达”)海拔高度1 032 m，采用降水模式(VCP21)进行体扫，每6 min左右从低层到高层完成9层扫描，生成一个基数据，有效探测范围约150 km。本文使用基本反射率、组合反射率、反射率因子剖面图、径向速度、径向速度剖面图、VWP等产品从雷达回波演变、强度场、速度场等方面分析冰雹云的雷达回波特征。

遵义雷达地处山区，0.5°仰角受地形遮挡严重，同时，雷达为圆锥扫描，波束中心高度和波束宽度随距离的增加使得雷达在远距离处的探测能力下降。因此，选择降雹地点在雷达静锥区之外且距离雷达较近的6次冰雹天气过程的8个风暴(见表1)进行分析，俞小鼎等[8]将对流风暴分为4类：普通单体风暴、多单体风暴、线风暴(飑线)和超级单体风暴，普通单体风暴和超级单体风暴由单个单体构成，多单体风暴由团状分布的多个单体构成，线风暴或飑线由线状分布的多个单体构成。根据雷达回波特征将6次天气过程的8个降雹风暴进行分类：普通单体风暴2个、线风暴2个、多单体风暴和超级单体风暴2个(见表1)，分别研究这4类风暴的雷达回波特征，提炼冰雹监测预警指标。

表1 过程实况及风暴分类Tab.1 Real process and storm classification

3 雷达回波特征分析

3.1 普通单体风暴

3.1.1 雷达回波演变 2008年7月11日遵义县永乐镇降雹风暴：从生成到降雹的时间非常短，只有25 min。17时38分，遵义县永乐镇附近有弱风暴单体生成，强中心高度在5 km左右，向西南方向缓慢移动，迅速发展，并且同时回波向上和向下发展。17时49分，45 dBz回波顶高达到6 km，出现弱回波区和回波悬垂，强中心强度和高度分别达到60 dBz和5 km。18时01分，强中心高度迅速下降，约1.5 km，强度仍保持60 dBz以上，地面出现降雹。

2011年4月30日风暴：14时31分，风暴在遵义县平正乡附近生成，静止少动，从生成到降雹的时间仅有40 min，降雹之前降雹风暴长时间维持高质心，从14时41分开始，45 dBz高度达6 km以上，15时06分，45 dBz顶高达到12 km以上，存在弱回波区和回波悬垂。

在以上两个个例中，45 dBz以上强回波高度高、回波强度强是主要特征，在风暴发展旺盛阶段出现小面积的弱回波区和回波悬垂。

3.1.2 速度场特征 2008年7月11日遵义县永乐镇的降雹风暴：17时38分，6.0°仰角及以上在负速度区中存在逆风区(正速度区)，4.3°仰角及以下全部为负速度区(图略)。18时01分，从低层到高层均存在逆风区，此时风暴发展最为强烈。

2011年4月30日风暴：14时36分，3.4°及以下仰角存在风速辐合，4.3°及以上仰角存在逆风区。15时06分，低层到高层均存在逆风区。本次天气过程与2008年7月11日天气过程相比，风暴维持时间更长、发展强度更强，其低层辐合特征明显，逆风区面积更大。

3.2 超级单体风暴

3.2.1 雷达回波演变 2012年4月29日风暴：该风暴为移入型风暴，20时08分开始出现三体散射特征和旁瓣回波，比降雹时间提前了60 min，垂直剖面图上出现有界弱回波区和悬垂回波，回波柱向入流方向倾斜。

2015年2月18日天气过程：20时03分在大方境内生成，以60 km/h的速度向东偏北方向移动，21时18分出现三体散射特征和“V”型缺口，随着回波的发展增强，三体散射特征越来越明显，21时53分出现有界弱回波区和悬垂回波。

从以上分析可以看出，超级单体持续时间比普通单体长，都出现了三体散射特征、有界弱回波区和悬垂回波，可以作为冰雹监测预警的重要指标。同时，可以借助“V”型缺口、旁瓣回波等进行综合判断风暴发展趋势。

3.2.2 速度场特征 图1为2012年4月29日20时08分雷达反射率和径向速度，3.4°仰角与强回波对应位置存在正负速度对，正速度中心22 m/s，负速度中心-20 m/s，存在中气旋；在6.0°仰角，中气旋上部存在风速辐散。中气旋在风暴发展过程中长时间维持，对风暴的维持和发展非常有利。

图2为2015年2月18日21时13分基本反射率和径向速度，在3.4°仰角与强回波对应位置存在正负速度中心，正速度中心值22 m/s，负速度中心值-23 m/s，存在中气旋。同时在径向速度图上存在大量的逆风区，逆风区的面积较大，风速较强。与2012年4月29日天气过程相比，风暴的组织性较差，中气旋持续时间较短，但是大量逆风区的存在促进了风暴的长时间维持和发展。

图1 2012年4月29日20时08分基本反射率(a)和径向速度(b)(a1和b1为3.4°仰角，a2和b2为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°)

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

3.3 多单体风暴

3.3.1 雷达回波演变 2008年7月11日遵义县团溪镇风暴演变过程：17时09分，湄潭西南部弱风暴单体生成，向西偏南方向移动过程中向上和向下同时发展，回波面积增大，强度增强。17时21分，强风暴出现弱回波区，45 dBz高度达到5 km，中心强度50dBz以上。由于新单体的不断生成和合并增强，多单体风暴中长时间存在对流旺盛的强风暴。18时01分，55 dBz高度增高至7 km左右，中心强度达60 dBz以上，出现上冲云顶、弱回波区和回波墙。18时35分，45 dBz顶高达到8 km，低层出现大片45 dBz以上回波，地面开始降雹。随后，回波高度开始缓慢降低，强度减弱。

2008年7月11日桐梓县马鬃乡风暴演变过程：13时03分，遵义北部县市出现分散型弱风暴。15时51分，习水、桐梓、务川、正安、绥阳等境内出现大量强风暴单体，其中绥阳与桐梓交界处的风暴群发展最为强烈，强风暴出现弱回波区、上冲云顶，回波柱向入流方向倾斜，55 dBz高度达到6.5 km。该风暴群向西南方向移动过程中不断有新单体生成和合并增强，途径桐梓县马鬃乡时产生降雹。

合并增强是以上两个多单体风暴最主要的特征，因此，当多个风暴联系紧密时需要予以特别关注。同时，强回波高度较高，出现弱回波区、回波柱向入流方向倾斜、上冲云顶等特征时，可以作为多单体风暴冰雹预警的指标。

3.3.2 速度场特征 2008年7月11日遵义县团溪镇风暴：17时26分，1.5°仰角开始出现逆风区，随着仰角的抬升，逆风区面积增大，速度也越来越大；在9.9°仰角，径向速度图面积显著减小，主要集中在强风暴区域，出现辐散特征。随着风暴向西移动，高层辐散长期存在，低层开始出现风速辐合，同时在反射率因子图上回波也显著增强。

2008年7月11日桐梓县马鬃乡风暴：15时56分(图3)，强度图上，桐梓县马鬃乡附近存在强风暴；径向速度图上，该强风暴对应位置，0.5°和2.4°仰角存在风向辐合，正负速度区内均存在逆风区，在9.9°仰角，回波面积显著减小，马鬃乡附近存在风向辐散。

低层辐合、高层辐散的配置是以上两个风暴径向速度场最主要的特征，同时在正负速度区中逆风区的存在说明有更小尺度的辐合辐散。

3.4 线风暴

3.4.1 雷达回波演变 2008年5月25日风暴演变过程：该风暴为移入性风暴，18时41分，呈现多单体风暴结构，向东移动过程中南部和北部有风暴单体生成，其中南部多于北部。20时48分，风暴发展增强，呈现“弓形回波”结构(图4(a1))，南北方向带状回波分布，移动方向与带状回波基本垂直，其前端风暴发展最为强烈；剖面图上(图4(b1))，回波柱向移动方向倾斜。此后，南部和北部风暴缓慢减弱，中部风暴合并增强并产生降雹。

2016年3月8日风暴演变过程：22时56分，呈多单体风暴结构，移动过程中北部不断有新单体生成，合并发展增强形成带状分布，回波移动方向与带状分布方向垂直。垂直剖面图(图略)上存在有界弱回波区，回波柱向移动方向倾斜。3月9日00时01分(图4(a2))，35dBz回波长度约70 km，长宽比超过5∶1，呈现“弓形回波”结构，其南部存在强风暴，强中心达到强度达到60dBz以上；剖面图上(图4(b2))，回波柱向移动方向倾斜，存在大面积弱回波区、回波墙和上冲云顶。

图3 2008年7月11日 15∶56 不同仰角反射率因子(a)和径向速度(b)(a1、b1为0.5°，a2、b2为2.4°，a3、b3为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°)

从以上两个风暴的发展演变过程可以看出，均具有典型的“弓形回波”特征，弓形回波前部和南部风暴容易发展增强，产生冰雹大风，可作为冰雹监测预警的指标，同时，对弓形回波中的强风暴进行分析，回波柱向移动方向倾斜、弱回波或有界弱回波区、上冲云顶、强回波高度等都可以作为预警指标。

3.4.2 速度场特征 2008年5月25日天气过程：降雹之前，VWP产品(图略)上1.2 km以下为东南风，风随高度顺转，2.1 km高度为西南风。径向速度图上，20时04分，1.5°仰角风暴前侧存在风速辐合，后侧存在大片-12 m/s以上的风速大值区，2.4°、3.4°和4.3°仰角存在大量的逆风区，6.0°仰角存在风向辐散；随着风暴的移动，风暴后侧大风区面积增大，风速增大，风暴处的辐合也在增强。21时07分，3.4°仰角及以下，风暴后侧大风区风速增大至18m/s以上，风暴处存在风向辐合，同时逆风区大量增加；6.0°仰角及以上，存在风向辐散。

图4 不同天气过程的组合反射率(a)和反射率因子剖面图(b) (a1和b1为2008年5月25日20时48分；a2和b2为2016年3月9日00时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日天气过程：在VWP产品上低层为偏东风，风速高度顺转，在1.8 km高度转为南风，2.4～6.6 km高度为西南风，之上为西北风。3月9日 00时06分(图5)，径向速度上， 2.4°仰角，与反射率因子图上“弓形回波”对应位置存在风向辐合，同时在正负速度区中存在逆风区；4.3°仰角，弓形回波的后部存在大片负速度大值区，与前侧正速度区形成强烈的辐合；9.9°仰角，存在风速辐散和逆风区。

从以上两个风暴的分析中可以看出，中低层，弓形回波后部均存在大片大风区，在弓形回波位置形成强烈的辐合，同时，在正负速度区中均有“逆风区”存在，说明存在更小尺度的辐合辐散；在高层，存在辐散。低层辐合、高层辐散的配置有利于风暴的持续发展和增强。在VWP产品上，风随高度顺转，存在暖平流。

4 小结

综合以上分析，4类降雹风暴的雷达回波演变过程差异较大。从反射率因子场和径向速度场进行分析，总结出不同类型降雹风暴的雷达回波特征。

普通单体风暴和超级单体风暴均由单个单体构成。强度图上，超级单体风暴均存在有界弱回波区，而普通单体风暴仅有小面积的弱回波区；超级单体出现了三体散射特征、旁瓣回波和“V”型缺口，而普通单体风暴均未出现。径向速度图上，超级单体风暴在出现逆风区的同时，还存在中气旋，而普通单体风暴仅存在小面积的逆风区。

多单体风暴和线风暴均由多个单体风暴构成。强度图上，合并增强是多单体风暴最主要的特征，而线风暴中“弓形回波”的出现是风暴发展增强的重要指标，其前部和南部容易产生冰雹大风，可作为冰雹监测预警的指标；两种风暴回波柱均向移动方向倾斜，而“弓形回波”倾斜角度更大。径向速度图上，两种风暴均存在低层辐合高层辐散的结构，而“弓形回波”后部存在大面积的速度大值区，辐合更加强烈，容易在地面产生大风天气。

在本文分析过程中发现了一些问题需要予以关注：①遵义雷达0.5°仰角地物遮挡严重，其反射率因子往往比真实值低；②雷达为圆锥扫描，其探测性能在远距离处显著下降，降雹风暴的雷达回波特征因距离不同也存在差异，在降雹风暴个数较多的条件下，可以按照风暴与雷达的距离进行分类研究；③由于使用的降雹风暴个数较少，总结提炼的雷达回波特征还需要进一步验证；④垂直液态含水量(VIL)、冰雹指数和风暴追踪信息等产品对冰雹监测预警也具有一定的指示意义，需要进一步分析。

图5 2016年3月9日 00时06分不同仰角反射率因子(a)和径向速度(b)(a1、b1为2.4°，a2、b2为4.3°，a3、b3为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°)

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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

罗晓松(1979—)，男，工程师，主要从事强对流天气研究和气象管理工作,Email:34702647@qq.com。

遵义市冰雹天气的雷达回波特征研究(黔气科合QN[2009]11号)、雷达和雨量计联合估测降水技术研究(黔气科合KF[2015]03号)、遵义市冰雹监测预警技术研究(遵气科合KF[2016]01号)和遵义市暴雨预报物理量指标研究(遵气科合KF[2016]04号)。

1003-6598(2017)03-0017-07

P458.1+21.2

A