廣東冰雹天氣的高山雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

郝建平?李波?梁羅德?曹剛

摘 要 采用河源新一代天氣雷達(dá)所探測(cè)的數(shù)據(jù)，該雷達(dá)站海拔1 056 m，相對(duì)高度接近1 000 m，周圍無(wú)遮擋，是廣東省海拔最高、凈空環(huán)境最好的一個(gè)臺(tái)站，也是廣東省唯一的高山站，其獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量高，具有一般高山站的特點(diǎn)。對(duì)2013年，發(fā)生在其探測(cè)范圍內(nèi)的3次大范圍降雹天氣過程雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)滿足以下2～3個(gè)條件（CR產(chǎn)品強(qiáng)度大于等于65 dBZ；VIL值大于等55 kg/m2；MEHS大于等于4；ET在短時(shí)間內(nèi)有較大幅度的上升）時(shí)，基本就能確定將會(huì)有降雹發(fā)生或者已經(jīng)開始降雹，夏季相對(duì)于春季以上各數(shù)值需要適當(dāng)?shù)纳险{(diào)，當(dāng)距離雷達(dá)站很近時(shí)，各數(shù)據(jù)需相應(yīng)的下調(diào)。另外，當(dāng)開始降雹前，VIL值在短時(shí)間內(nèi)有一次陡降然后陡升的過程。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)產(chǎn)品；冰雹；特征分析；廣東省

中圖分類號(hào)：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2014）15-0-04

冰雹是由強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災(zāi)害。它具有范圍較小、持續(xù)時(shí)間較短、來(lái)勢(shì)猛和強(qiáng)度大等特點(diǎn)，常常伴隨著局地的狂風(fēng)、急劇降溫、強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣過程。中國(guó)是冰雹災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家，每年都給農(nóng)業(yè)、建筑、通訊、電力、交通以及人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因冰雹所造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾億元甚至幾十億元。雖然廣東省是一個(gè)冰雹災(zāi)害相對(duì)來(lái)說(shuō)較少發(fā)生的區(qū)域，但是，在全球氣候變暖、極端自然災(zāi)害頻發(fā)的大背景下，近幾年廣東雹災(zāi)呈增加的趨勢(shì)，每年的春季以及春夏交替的季節(jié)是冰雹天氣的高發(fā)季節(jié)。由于冰雹天氣具有尺度小、持續(xù)時(shí)間短以及危害大等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)天氣學(xué)方法預(yù)報(bào)冰雹顯得非常困難，但是，對(duì)于冰雹天氣的預(yù)報(bào)又顯得非常重要，隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及雷達(dá)布網(wǎng)密度的增加，對(duì)于冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)及臨近預(yù)報(bào)變?yōu)榭赡?。近年?lái)，對(duì)于在雷達(dá)圖上識(shí)別并預(yù)報(bào)冰雹天氣的研究越來(lái)越多：鄭媛媛、俞小鼎[1-3]等對(duì)2002年發(fā)生在合肥的超級(jí)單體進(jìn)行了研究；姜麟、廖玉芳[4-6]等通過基本反射率、徑向速度、回波頂高、垂直累積液態(tài)含水量等雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行研究；丁小劍[7]等人發(fā)現(xiàn)在降雹前垂直累積液態(tài)含水量（VIL）值有明顯的反應(yīng)。但是，利用高山雷達(dá)站產(chǎn)品對(duì)廣東冰雹天氣的研究還比較少，通過對(duì)幾塊降雹單體整個(gè)生命史所對(duì)應(yīng)的各雷達(dá)產(chǎn)品特征情況進(jìn)行分析以尋找廣東降雹云在各種雷達(dá)產(chǎn)品上的一般特征情況。

1 2013年3月20日冰雹天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

2013年3月20日下午，東莞部分地區(qū)出現(xiàn)了8級(jí)左右的雷雨大風(fēng)及短時(shí)強(qiáng)降水，并出現(xiàn)了強(qiáng)冰雹，此次冰雹天氣共造成9人死亡，272人受傷。東莞位于河源雷達(dá)站西南方向約100 km左右，處于CINRAD/SA雷達(dá)的有效探測(cè)范圍內(nèi)，這種距離下CINRAD/SA雷達(dá)探測(cè)所得的數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。對(duì)于此次過程所采用的雷達(dá)資料為14：36—18：00，每6 min取1次數(shù)據(jù)，14：36前，該雷暴云已經(jīng)存在并發(fā)展到一定階段，由于雷達(dá)探測(cè)距離的限制，在此時(shí)間之前該雷暴云未被探測(cè)到，直到14：36，雷達(dá)風(fēng)暴追蹤信息產(chǎn)品（STI）才識(shí)別出該單體并編號(hào)，18：00該雷暴云消散，前后持續(xù)將近

4 h，為超級(jí)單體雷暴云。由于具體的降雹時(shí)間及地點(diǎn)很難確認(rèn)，所以，認(rèn)為降雹時(shí)間為在雷達(dá)圖上觀測(cè)到三體散射的時(shí)間（即觀測(cè)到三體散射現(xiàn)象則認(rèn)定為降雹發(fā)生）。分析基本反射率各個(gè)仰角產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)三體散射的時(shí)間段為15：36—17：12，此時(shí)間段即為降雹時(shí)間。通過分析此超級(jí)單體整個(gè)生命史中組合反射率強(qiáng)度（CR）、回波頂高（ET）、垂直累積液態(tài)水含量（VIL）的變化情況，繪制出圖（1）所示的各值隨時(shí)間變化的曲線，回波強(qiáng)度、VIL值對(duì)應(yīng)左邊縱軸，回波頂高對(duì)應(yīng)右邊縱軸。分析圖中各數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在14：42之前，各值都處于較低水平，14：48開始，CR、VIL值有1次躍增，12 min內(nèi)VIL值從46 kg/㎡上升到64 kg/㎡， CR也從59 dBZ上升到63 dBZ，ET從10.9 km迅速上升到13.3 km，維持2個(gè)體掃時(shí)間后各值迅速降低。從15：00—15：30，VIL、ET持續(xù)降低，但是變化幅度不大，CR前半時(shí)間有所降低，后半時(shí)間又上升，變化幅度為6 dBZ左右，變化幅度不明顯。從15：30—15：42，VIL躍增勢(shì)增長(zhǎng)，從42 kg/㎡增長(zhǎng)到56 kg/㎡、CR也持續(xù)增大，ET變化不明顯。15：48降雹開始直到降雹結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)，VIL上升達(dá)到59 kg/㎡，隨著降雹的持續(xù)，VIL也有所變化，最大達(dá)到67 kg/㎡，CR維持在65 dBZ以上，位于70 dBZ左右小幅度變化，ET最低9.6 km，最高13.6 km；其中，降雹最強(qiáng)的時(shí)刻在16：00左右，此時(shí)VIL值達(dá)到66 kg/㎡，ET達(dá)到13.6 km，CR為69 dBZ，各值均達(dá)到峰值。降雹結(jié)束直到雷暴云消散階段，雖然CR有一定程度下降，但是總體不明顯，但是VIL則是1個(gè)明顯的下降過程，從降雹時(shí)候的55 kg/㎡降低到27 kg/㎡，ET高度也降低到7 km左右。圖（2）為HI（冰雹指數(shù)）產(chǎn)品中冰雹最大尺寸數(shù)據(jù)MEHS（該數(shù)值精確到1.0，按小數(shù)點(diǎn)后一位四舍五入）隨時(shí)間變化曲線。HI產(chǎn)品是WSR—88D冰雹探測(cè)算法（HDA）的圖形輸出結(jié)果，WSR—88D冰雹探測(cè)算法利用風(fēng)暴單體識(shí)別和跟蹤算法（SCIT）輸出結(jié)果，查找0℃等溫線高度上的強(qiáng)反射率因子值，0℃等溫線上的強(qiáng)反射率因子值越強(qiáng)（至少40 dBZ），發(fā)生高度越高（可超過負(fù)20℃等溫線），產(chǎn)生冰雹的可能性就越大，冰雹尺寸也越大；由于在弱風(fēng)和熱帶環(huán)境中，冰雹指數(shù)趨向于過高估計(jì)冰雹發(fā)生的可能性，降雹云與雷達(dá)之間的距離也影響該數(shù)值的大小，所以需要尋找一個(gè)適合當(dāng)?shù)匾话阋?guī)律的數(shù)值作為參考值。分析圖（2）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MEHS大于等于4：00，都有降雹，小于4：00，無(wú)冰雹產(chǎn)生。

小結(jié)：對(duì)于該超級(jí)單體降雹發(fā)生前的短時(shí)間內(nèi)，VIL有一次跳躍式的下降，然后緊隨著跳躍式的增長(zhǎng)，直到降雹發(fā)生；降雹過程中，VIL都位于54 kg/㎡以上，VIL值越大，冰雹強(qiáng)度越強(qiáng)，降雹結(jié)束伴隨著VIL短時(shí)間內(nèi)的陡降；CR在降雹前以及降雹過程中變化幅度不大，有時(shí)候甚至未降雹比降雹時(shí)候的值都要大，這跟CR產(chǎn)品的算法有一定關(guān)系，但是當(dāng)降雹發(fā)生時(shí)，CR值都位于65 dBZ以上，有時(shí)候可以超過70dBZ；一般降雹時(shí)，ET值都維持在11 km左右的高度，比一般對(duì)流性降水單體的ET值稍高，但是差別不是很明顯，當(dāng)強(qiáng)冰雹發(fā)生時(shí)，ET在短時(shí)間內(nèi)可以發(fā)展到將近14 km的高度，高度越高，降雹強(qiáng)度越強(qiáng)，ET值的大小可以作為強(qiáng)冰雹是否發(fā)生的一個(gè)參考指標(biāo)；對(duì)于距離河源雷達(dá)站100 km左右的雷暴單體，當(dāng)HI顯示MEHS大于等于4：00，基本可以判定已經(jīng)開始降雹，數(shù)值越大，降雹強(qiáng)度越強(qiáng)。endprint

2 2013年3月23日冰雹天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

2013年3月23日下午，雷達(dá)站西北面出現(xiàn)超級(jí)單體雷暴，并產(chǎn)生冰雹天氣，圖（3）為該超級(jí)單體雷暴云整個(gè)生命史過程中各雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線，該超級(jí)單體降雹時(shí)間為18：00—18：54。分析發(fā)現(xiàn)：CR從該單體被識(shí)別直到降雹發(fā)生，中間有短時(shí)間的降低，總體來(lái)說(shuō)是在穩(wěn)定增長(zhǎng)，但是強(qiáng)度不大，一直維持在60 dBZ以下，開始降雹以及降雹過程中，CR值迅速增大，從60 dBZ增長(zhǎng)到最大時(shí)達(dá)到71 dBZ，隨著降雹的結(jié)束，CR值也迅速的減小；ET在降雹前以及降雹過程中變化不明顯，都維持在9 km左右，甚至降雹前的回波頂高大于降雹發(fā)生時(shí)，這可能跟超級(jí)單體的移動(dòng)路徑有關(guān)系，當(dāng)超級(jí)單體移到距離雷達(dá)站較近時(shí)，由于雷達(dá)仰角的限制，所測(cè)得的ET值要比實(shí)際的低，當(dāng)雷暴云距離雷達(dá)較近時(shí)，ET值參考意義不大；VIL在降雹發(fā)生前有跳躍式的增長(zhǎng)，隨著降雹強(qiáng)度的加強(qiáng)，VIL也相應(yīng)的增加，在整個(gè)降雹過程中，VIL基本維持在40 kg/㎡以上，隨著降雹的結(jié)束，VIL也迅速降低，由于ET值在VIL值的算法中占了一定的比重，在距離雷達(dá)站較近時(shí)VIL也會(huì)相應(yīng)的偏小，從另一方面來(lái)說(shuō)，在雷暴云距離雷達(dá)站較近的時(shí)候，如果用VIL值的大小作為一個(gè)判斷是否有冰雹發(fā)生的參考量時(shí)，其相應(yīng)的閾值需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)低。分析HI產(chǎn)品中MEHS數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化曲線發(fā)現(xiàn)：降雹前，MEHS都小于3，降雹過程中，MEHS都大于等于3，最大的達(dá)到7，在18：48與18：54，雖然這兩個(gè)時(shí)段仍然降雹，但是該值為1，這跟HI產(chǎn)品的算法有關(guān)系，VIL值在該算法中占了一定的權(quán)重，VIL值的大小又與ET有關(guān)，所以ET的偏小導(dǎo)致了MEHS的偏小。在雷暴云距離雷達(dá)站較近時(shí)，如果出現(xiàn)HI產(chǎn)品的報(bào)警，則需要特別注意是否有冰雹產(chǎn)生。

3 2013年7月12日局地冰雹天氣雷達(dá)產(chǎn)品分析

2013年7月12日下午，位于雷達(dá)站東北方向約100 km處出現(xiàn)了冰雹天氣，圖（4）是該降雹云整個(gè)生命史過程中各中雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線，該降雹雷暴單體相對(duì)于前2個(gè)個(gè)例來(lái)說(shuō)生命史較短，從雷達(dá)風(fēng)暴追蹤產(chǎn)品識(shí)別出該單體到其消亡約1.5 h，為一般性雷暴單體，其降雹時(shí)間為17：50—18：10，持續(xù)大約10～20 min。分析發(fā)現(xiàn)：CR值在該雷暴云整個(gè)生命史過程中變化幅度不明顯，一直維持在60 dBZ左右，降雹時(shí)該值超過64 dBZ，最大達(dá)到69 dBZ；ET在降雹前基本穩(wěn)定，維持在9 km左右，當(dāng)降雹發(fā)生時(shí)，ET迅速增長(zhǎng)，達(dá)到13 km左右的高度，當(dāng)降雹結(jié)束后，ET又迅速減小到8 km左右，相對(duì)于前2個(gè)個(gè)例來(lái)說(shuō)降雹發(fā)生時(shí)ET的高度較高，可能跟季節(jié)有關(guān)系，夏季零度層的高度相對(duì)春季來(lái)說(shuō)更高，冰雹的形成與零度層的高度有關(guān)，所以降雹的產(chǎn)生需要雷暴云發(fā)展得更高；VIL表現(xiàn)為在降雹前有一次跳躍式的降低以及跳躍式的上升，在降雹發(fā)生時(shí)，VIL值達(dá)到58 kg/m2，最高達(dá)到65 kg/m2，隨著降雹的結(jié)束，VIL值迅速降低，相比消散階段，發(fā)展階段的雷暴單體有更高的VIL值。分析HI產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)：MEHS都大于5，最高達(dá)到8，說(shuō)明夏季HI產(chǎn)品對(duì)于冰雹天氣的預(yù)報(bào)誤報(bào)率更高，需要設(shè)定更高的閾值。

4 結(jié)論

（1）雷暴單體在降雹發(fā)生時(shí)，CR值一般都大于65 dBZ，但是當(dāng)CR大于65 dBZ時(shí)，卻不一定有冰雹產(chǎn)生，CR值越大，產(chǎn)生冰雹的可能性越大；春季ET值的高度對(duì)于是否降雹沒有明顯的指示作用，當(dāng)ET在10 km左右的高度即可產(chǎn)生冰雹，與一般對(duì)流性降水差別不大，但是當(dāng)強(qiáng)冰雹發(fā)生時(shí)，ET還是有較明顯的反應(yīng)，表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)的迅速上升，在夏季降雹時(shí)，ET值較一般對(duì)流性降水要大，通常需要發(fā)展到13 km左右的高度。

（2）雷暴單體的VIL在降雹前有一次陡降隨后在短時(shí)間內(nèi)又陡升的過程，降雹時(shí)VIL一般大于等于55 kg/m2，夏季通常情況下大于春季，但是當(dāng)雷暴云距離雷達(dá)站較近時(shí)，由于雷達(dá)仰角的限制，不能準(zhǔn)確的測(cè)得回波頂高，從而所獲得的VIL值會(huì)偏小，在使用VIL產(chǎn)品時(shí)，要注意雷暴單體距離雷達(dá)站的距離。

（3）對(duì)于HI產(chǎn)品中冰雹最大尺寸數(shù)據(jù)（MEHS）：當(dāng)MEHS越大，產(chǎn)生冰雹的可能性就越大，降雹的強(qiáng)度也越強(qiáng)，在春季，一般情況下當(dāng)MEHS大于等于4：00，都會(huì)有冰雹產(chǎn)生，在夏季，當(dāng)MEHS大于等于5時(shí)才會(huì)產(chǎn)生冰雹，當(dāng)雷暴云距離雷達(dá)站很近的時(shí)候，MEHS顯得更加的敏感，當(dāng)HI產(chǎn)品出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，需要特別注意是否有冰雹產(chǎn)生。

（4）綜上所述，降雹時(shí)一般都會(huì)具有以下幾個(gè)特征：CR產(chǎn)品強(qiáng)度大于等于65 dBZ；VIL大于等于55 kg/m2；MEHS大于等于4；ET在短時(shí)間內(nèi)有較大幅度的上升。當(dāng)滿足以上兩到三個(gè)條件時(shí)，基本就能確定將會(huì)有降雹發(fā)生或者已經(jīng)開始降雹。夏季相對(duì)于春季以上各數(shù)值需要適當(dāng)?shù)纳险{(diào)，當(dāng)距離雷達(dá)站很近時(shí)，各數(shù)據(jù)需相應(yīng)的下調(diào)。

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（責(zé)任編輯：趙中正）endprint