泰山CD與濟(jì)南SA天氣雷達(dá)探測(cè)強(qiáng)冰雹風(fēng)暴參數(shù)對(duì)比分析

趙振東

(泰安市氣象局，山東 泰安 271000)

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泰山CD與濟(jì)南SA天氣雷達(dá)探測(cè)強(qiáng)冰雹風(fēng)暴參數(shù)對(duì)比分析

趙振東

(泰安市氣象局，山東 泰安 271000)

利用泰山CD雷達(dá)和濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)資料，對(duì)2016年6月13—14日和9月11日4個(gè)長(zhǎng)壽命強(qiáng)冰雹風(fēng)暴參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，4個(gè)強(qiáng)冰雹風(fēng)暴成熟階段濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)到的DBZM值都在60 dBZ以上，C-VIL值基本在50 kg·m-2以上，TOP值基本在9 km以上， 0613平陰風(fēng)暴和0614章丘風(fēng)暴不僅持續(xù)時(shí)間相差不多，而且DBZM、C-VIL、TOP值基本相近，DBZM基本在 64 dBZ以上，最大達(dá)到70 dBZ，C-VIL基本在60 kg·m-2以上，最大在80 kg·m-2左右，TOP值基本在10.5 km以上；SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)暴參數(shù)有明顯差異，SA雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)風(fēng)暴DBZM、C-VIL和TOP值明顯大于CD雷達(dá)觀測(cè)到的值，特別是DBZM和C-VIL在風(fēng)暴強(qiáng)盛階段差異更加明顯，風(fēng)暴強(qiáng)盛階段， SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴和0911高青風(fēng)暴的DBZM平均差值分別為10 dBZ、10 dBZ、9 dBZ和7 dBZ，C-VIL平均差值分別為30 kg·m-2、28 kg·m-2、29 kg·m-2和28 kg·m-2。造成強(qiáng)風(fēng)暴參數(shù)差異性的主要因素是大的粒子或者強(qiáng)降雨對(duì)CD雷達(dá)電磁波強(qiáng)烈衰減，同時(shí)泰山CD雷達(dá)的地理環(huán)境和觀測(cè)模式也是原因之一。

強(qiáng)冰雹； 天氣雷達(dá)探測(cè)； 風(fēng)暴參數(shù)

引言

至2015年底，山東省共有新一代天氣雷達(dá)8部，其中SA天氣雷達(dá)6部，SC和CD多普勒天氣雷達(dá)各1部。濟(jì)南SA天氣雷達(dá)于2002年初投入運(yùn)行。泰山CD天氣雷達(dá)于2007年初投入運(yùn)行，是山東省海拔高度最高的天氣雷達(dá)，其天線饋源海拔高度為1 545.8 m。CD和SA雷達(dá)雖然波長(zhǎng)不同，生產(chǎn)廠家也不同，但觀測(cè)模式和產(chǎn)品算法是相同的，業(yè)務(wù)觀測(cè)模式都采用VCP21體掃模式，即9個(gè)仰角掃描方式(0.5°、1.5°、2.4°、3.4°、4.3°、6.0°、9.9°、14.6°、19.5°)。我國(guó)新一代天氣雷達(dá)的建設(shè)與應(yīng)用推動(dòng)了強(qiáng)對(duì)流天氣及相關(guān)業(yè)務(wù)深入細(xì)致的研究工作[1-9]，大大提高了強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)警技術(shù)水平，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警及人工影響天氣工作發(fā)揮了巨大作用。劉雨佳等[10]通過(guò)泰山CD與濟(jì)南SA雷達(dá)的回波對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩部雷達(dá)在重疊且基本同距區(qū)域內(nèi)的回波強(qiáng)度存在差異，2007—2010 年10 次個(gè)例3 個(gè)高度CAPPI回波強(qiáng)度資料的總體對(duì)比分析表明，SA 雷達(dá)均值較CD雷達(dá)大2 dBZ 左右, 同時(shí)還指出，SA測(cè)量的回波強(qiáng)度均值超過(guò)30 dBZ，較強(qiáng)回波(>30 dBZ)所占比例較多時(shí)，兩部雷達(dá)測(cè)量相同區(qū)域時(shí)，會(huì)存在相當(dāng)大的差異，且差異一般隨著SA 雷達(dá)平均回波強(qiáng)度增加而增大。泰山CD雷達(dá)2007投入業(yè)務(wù)應(yīng)用以來(lái)已有9 a之久，積累了大量探測(cè)資料，但還沒(méi)有對(duì)冰雹和強(qiáng)降雨風(fēng)暴的具體應(yīng)用進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性的分析研究，因此對(duì)泰山雷達(dá)資料的綜合分析應(yīng)用工作需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

2016年6月13—14日和9月11日，山東部分地區(qū)遭受到強(qiáng)冰雹襲擊，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。利用泰山CD雷達(dá)和濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)資料，結(jié)合天氣實(shí)況，對(duì)6月13—14日和9月11日強(qiáng)冰雹風(fēng)暴參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩部雷達(dá)對(duì)強(qiáng)風(fēng)暴的探測(cè)結(jié)果差異明顯，希望泰山雷達(dá)探測(cè)資料在今后的實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中引起有關(guān)業(yè)務(wù)人員的高度重視。

1 天氣概況

受高空冷渦和地面氣旋的共同影響，2016年6月13—14日,魯西北西部、魯中和魯南的大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，大風(fēng)、暴雨、冰雹造成農(nóng)作物受災(zāi)面積132.6 千hm2，成災(zāi)面積95.8 千hm2，絕收面積19.4 千hm2，倒塌房屋402 間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋3 489間。受低槽和切變線的影響，2016年9月11日，魯西北東部、魯中東部和魯東南地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，大風(fēng)和冰雹造成農(nóng)作物受災(zāi)面積13 581 hm2，成災(zāi)面積 9 272 hm2，絕收面積 952 hm2。

兩次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程范圍廣、強(qiáng)度較強(qiáng)、破壞性大，其中造成嚴(yán)重災(zāi)害的強(qiáng)風(fēng)暴具有歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度強(qiáng)的特征。在濟(jì)南和泰山雷達(dá)共同覆蓋的150 km范圍內(nèi)有4個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴歷時(shí)較長(zhǎng)(生命史超過(guò)2 h)，并都伴有直徑30 mm以上的冰雹。4次強(qiáng)風(fēng)暴分別為：2016年6月13日造成陽(yáng)谷強(qiáng)冰雹的風(fēng)暴(簡(jiǎn)稱0613陽(yáng)谷風(fēng)暴)、6月13日造成平陰和肥城強(qiáng)冰雹的風(fēng)暴(簡(jiǎn)稱0613平陰風(fēng)暴)、6月14日造成章丘和淄博強(qiáng)冰雹的風(fēng)暴(簡(jiǎn)稱0614章丘風(fēng)暴)和9月11日造成惠民、高青、桓臺(tái)強(qiáng)冰雹的風(fēng)暴(簡(jiǎn)稱0911高青風(fēng)暴)，見表1。0613陽(yáng)谷風(fēng)暴15:40前后生成于莘縣境內(nèi)，東南方向移動(dòng)，影響陽(yáng)谷至梁山一帶，陽(yáng)谷冰雹大如雞蛋，最大冰雹直徑超過(guò)30 mm，18:00之后風(fēng)暴消散；0613平陰風(fēng)暴17:30前后生成于茌平縣境內(nèi)，南偏東方向移動(dòng)，影響東阿、平陰、肥城，冰雹和大風(fēng)天氣在平陰和肥城造成較大經(jīng)濟(jì)損失，最大冰雹直徑超過(guò)30 mm，19:40之后風(fēng)暴消散；0614章丘風(fēng)暴15:30前后生成于齊河縣境內(nèi)，東略偏南方向移動(dòng)，影響章丘、周村、淄川、青州，冰雹和大風(fēng)天氣在章丘、淄川、青州造成較大經(jīng)濟(jì)損失，最大冰雹直徑超過(guò)30 mm，18:30之后風(fēng)暴消散； 0911高青風(fēng)暴16:15前后生成于商河縣境內(nèi)，南偏東方向移動(dòng)，一路影響惠民、高青、桓臺(tái)，冰雹和大風(fēng)天氣在高青和桓臺(tái)造成較大經(jīng)濟(jì)損失，冰雹大如核桃，最大冰雹直徑超過(guò)30 mm，19:40之后風(fēng)暴消散。

表1 強(qiáng)風(fēng)暴基本情況

Table 1 Strong storm information

日期時(shí)間主要影響區(qū)域主要天氣現(xiàn)象距SA/CD雷達(dá)距離/km2016-06-1315：40—18：00陽(yáng)谷、梁山冰雹，冰雹大如雞蛋120～125/100～1302016-06-1317：30—19：40茌平、肥城冰雹，大風(fēng)，冰雹最大直徑>30mm50～75/35～852016-06-1415：30—18：30章丘、青州冰雹，大風(fēng)，冰雹大如雞蛋20～150/65～1202016-09-1116：15—19：40商河、桓臺(tái)冰雹，大風(fēng)，冰雹大如核桃80～140/120～130

2 風(fēng)暴參數(shù)演變與對(duì)比

風(fēng)暴參數(shù)包括最大反射率因子 (DBZM)、基于單體的垂直積分液態(tài)水含量 (C-VIL)、單體強(qiáng)中心高度(HT)、單體頂高 (TOP)等。圖1是泰山CD雷達(dá)和濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)到的4個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴DBZM、C-VIL、HT 和TOP 演變情況及各參數(shù)平均值，虛線為泰山CD雷達(dá)資料，實(shí)線為濟(jì)南SA雷達(dá)資料，黑色、綠色、藍(lán)色和紅色分別代表0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴和0911高青風(fēng)暴。

圖1 風(fēng)暴參數(shù)演變(a. DBZM,b. C-VIL,c.HT,d.TOP,e.平均值)Fig.1 Evolution of storm parameters (a. DBZM(maximum reflectivity), b. C-VIL(cell-based vertically integrated liquid),c. HT(height of maximum reflectivity ), d.TOP(height of upper most component), e.average values of C-VIL, DBZM, HT and TOP)

DBZM變化表明，SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的DBZM值基本大于CD雷達(dá)觀測(cè)到的DBZM值，風(fēng)暴成熟階段DBZM差異更加顯著，生成發(fā)展階段除0613陽(yáng)谷風(fēng)暴外其他3個(gè)風(fēng)暴的DBZM差別較小，減弱階段差異有明顯縮小趨勢(shì)(圖1a)。0613陽(yáng)谷風(fēng)暴CD雷達(dá)和SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)的DBZM平均值分別為49.4 dBZ和57.2 dBZ，相差7.8 dBZ；0613平陰風(fēng)暴DBZM平均值分別為56.5 dBZ和64.4 dBZ，相差7.9 dBZ；0614章丘風(fēng)暴DBZM平均值分別為57.5 dBZ和64.9 dBZ，相差7.4 dBZ；0911高青風(fēng)暴DBZM平均值分別為55.5 dBZ和61.5 dBZ，相差6.0 dBZ(圖1e)。SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)盛階段的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴、0911高青風(fēng)暴的DBZM平均值分別為61 dBZ、67 dBZ、66 dBZ、63 dBZ和51 dBZ、57 dBZ、57 dBZ、56 dBZ，平均差值分別為10 dBZ、10 dBZ、9 dBZ、 7 dBZ(圖略)，6月份3個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴差值較大，而9月份強(qiáng)風(fēng)暴差值相對(duì)偏小，泰山CD雷達(dá)探測(cè)到的DBZM顯著偏小。

風(fēng)暴生成發(fā)展期間C-VIL有明顯增大現(xiàn)象，減弱消亡階段有明顯下降趨勢(shì)，但兩部雷達(dá)所實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)有較大差異，濟(jì)南SA雷達(dá)數(shù)據(jù)明顯大于同時(shí)次CD雷達(dá)數(shù)據(jù)(圖1b)；0613陽(yáng)谷風(fēng)暴SA和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的C-VIL平均值分別為30.2 kg·m-2和11.6 kg·m-2，相差18.6 kg·m-2；0613平陰風(fēng)暴C-VIL平均值分別為56.4 kg·m-2和30.5 kg·m-2，相差25.9 kg·m-2；0614章丘風(fēng)暴C-VIL平均值分別為59.0 kg·m-2和31.6 kg·m-2，相差27.4 kg·m-2；0911高青風(fēng)暴C-VIL平均值分別為49.1 kg·m-2和23.1 kg·m-2，相差26.0 kg·m-2；4個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴中0613平陰風(fēng)暴和0614章丘風(fēng)暴的C-VIL的平均值及演變基本相當(dāng)，差別不大，而0613陽(yáng)谷風(fēng)暴的C-VIL的平均值明顯偏小(圖1e)。SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)盛階段的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴、0911高青風(fēng)暴的C-VIL平均值分別為45 kg·m-2、63 kg·m-2、62 kg·m-2、52 kg·m-2和15 kg·m-2、35 kg·m-2、33 kg·m-2、24 kg·m-2，平均差值分別為30 kg·m-2、28 kg·m-2、29 kg·m-2、28 kg·m-2(圖略)，平均差值較大，但差值相對(duì)穩(wěn)定。

HT數(shù)據(jù)表明，4個(gè)長(zhǎng)壽命風(fēng)暴演變過(guò)程中其強(qiáng)中心高度變化急劇，最高可達(dá)9～10 km，說(shuō)明該類強(qiáng)風(fēng)暴具有較高的回波懸垂，利于大冰雹的形成(圖1c)；兩部雷達(dá)探測(cè)到的HT有時(shí)存在4～5 km的差值。0613陽(yáng)谷風(fēng)暴SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的HT平均值分別為5.2 km和3.9 km，差值為1.3 km；0613平陰風(fēng)暴HT平均值分別為5.1 km和6.1 km，差值為-1.0 km；0614章丘風(fēng)暴HT平均值分別為5.1 km和5.0 km，差值為0.1 km；0911高青風(fēng)暴HT平均值分別為4.2 km和4.5 km，差值為-0.3 km(圖1e)。SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)盛階段的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴、0911高青風(fēng)暴的HT平均值分別為5.4 km、5.3 km、5.1 km、4.5 km和4.3 km、6.7 km、5.2 km、4.6 km，SA雷達(dá)觀測(cè)到的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴HT平均值比CD雷達(dá)觀測(cè)到的HT平均值高1 km左右，其他3個(gè)風(fēng)暴情況正好相反，都是CD雷達(dá)觀測(cè)到的HT偏高。

TOP數(shù)據(jù)表明，4個(gè)長(zhǎng)壽命風(fēng)暴演變過(guò)程中其風(fēng)暴頂高度也存在明顯變化現(xiàn)象，最高可達(dá)12 km以上高度，SA雷達(dá)探測(cè)到的TOP明顯高于CD雷達(dá)探測(cè)到的TOP值(圖1d)。0613陽(yáng)谷風(fēng)暴SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的TOP平均值分別為10.1 km和6.6 km，差值為3.5 km；0613平陰風(fēng)暴TOP平均值分別為11.1 km和9.3 km，差值為1.8 km；0614章丘風(fēng)暴TOP平均值分別為10.7 km和8.5 km，差值為2.2 km；0911高青風(fēng)暴TOP平均值分別為9.7 km和7.8 km，差值為1.9 km(圖1e)。SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)盛階段的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴、0911高青風(fēng)暴的TOP平均值分別為10.6 km、11.8 km、10.8 km、9.7 km和7.8 km、10.0 km、8.7 km、8.0 km，平均差值分別為2.8 km、1.8 km、2.1 km、1.7 km(圖略)，泰山CD雷達(dá)觀測(cè)到的TOP值明顯偏低。

3 原因分析

根據(jù)電磁衰減理論，雨和冰雹對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波有不同的衰減，而且有時(shí)候差別很大。雨強(qiáng)50 mm的強(qiáng)降水對(duì)5.6 cm和10 cm波長(zhǎng)的衰減系數(shù)分別是0.214 dB·km-1和0.015 dB·km-1，雨強(qiáng)100 mm的強(qiáng)降水對(duì)5.6 cm和10 cm波長(zhǎng)的衰減系數(shù)分別是0.481 dB·km-1和0.030 dB·km-1；直徑1.93 mm的冰雹，如果外層有0.1 mm的水膜，5.6 cm和10 cm波長(zhǎng)的衰減系數(shù)分別是0.79 dB·km-1和0.15 dB·km-1，如果外層有0.5 mm的水膜，5.6 cm和10 cm波長(zhǎng)的衰減系數(shù)分別是2.48 dB·km-1和0.34 dB·km-1[11]，無(wú)論是大冰雹或者是強(qiáng)降雨，CD雷達(dá)的電磁衰減明顯大于SA雷達(dá)。

圖2是4次強(qiáng)風(fēng)暴幾個(gè)時(shí)次的濟(jì)南SA雷達(dá)組合反射率因子(CR37)和泰山CD雷達(dá)組合反射率因子(CR38)產(chǎn)品，SA雷達(dá)CR37和CD雷達(dá)CR38產(chǎn)品唯一差別是顯示距離的差異，CR37最大顯示距離是230 km，CR38最大顯示距離是250 km。6月13日17:34濟(jì)南雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0613平陰風(fēng)暴Q1的DBZM= 53 dBZ、HT=4.1 km、TOP=5.6 km、C-VIL=16 kg·m-2(圖2a)，17:35泰山雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0613平陰風(fēng)暴M5的DBZM=53 dBZ、HT=4.2 km、TOP=5.3 km、C-VIL=9 kg·m-2(圖2b),雖然時(shí)間略有差異，但風(fēng)暴參數(shù)DBZM、HT、TOP值基本相當(dāng)。0613陽(yáng)谷風(fēng)暴在減弱階段后面3個(gè)體掃HT大致相當(dāng)(圖1c)，DBZM相差較小或者相同(圖1a)，只是TOP差別較大。兩部雷達(dá)觀測(cè)到的同一風(fēng)暴的HT和TOP值基本相當(dāng)，同時(shí)DBZM相差較小或者相同，說(shuō)明兩部雷達(dá)所獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量或者說(shuō)是雷達(dá)探測(cè)性能基本相同，產(chǎn)品數(shù)據(jù)是可信的，而C-VIL值有差別，原因之一是泰山雷達(dá)處于較高的海拔高度，無(wú)法獲取近地層的數(shù)據(jù)，或者是TOP值有明顯差異。

9月11日18:28濟(jì)南雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0911高青風(fēng)暴M6的DBZM= 65 dBZ、HT=5.3 km、TOP=9.1 km、C-VIL=51 kg·m-2(圖2c)，18:28泰山雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0911高青風(fēng)暴P3的DBZM=58 dBZ、HT=5.6 km、TOP=7.6 km、C-VIL=20 kg·m-2(圖2d)?？梢钥闯觯粫r(shí)間濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)到的風(fēng)暴基本呈圓形，而泰山CD雷達(dá)探測(cè)到的風(fēng)暴呈扁狀，風(fēng)暴后部出現(xiàn)弱的回波，是大的冰雹粒子衰減造成的回波失真。風(fēng)暴參數(shù)HT基本相當(dāng)，而DBZM、C-VILZ、TOP有明顯差別，風(fēng)暴與泰山站之間沒(méi)有其它風(fēng)暴，因此DBZM差別是冰雹造成的強(qiáng)衰減；濟(jì)南SA雷達(dá)TOP值是9.1 km， 對(duì)應(yīng)仰角為4.3°，泰山CD雷達(dá)TOP值是7.6 km， 對(duì)應(yīng)仰角為2.4°。3.4°仰角風(fēng)暴上空所對(duì)應(yīng)的高度是9.7 km，考慮到波瓣寬度(上下各0.5°，121 km處波束可展寬到2 km左右)，泰山雷達(dá)3.4°仰角也能掃描到風(fēng)暴上空9 km高度，因此泰山雷達(dá)觀測(cè)到的TOP值明顯偏低最大的可能性是電磁衰減所致。

圖2 強(qiáng)風(fēng)暴SA組合反射率因子(CR37)和CD組合反射率因子(CR38)(a.6月13日17:34 CR37，b. 6月13日17:35 CR38，c.9月11日18:28 CR37，d. 9月11日18:28 CR38， e.6月13日19:08 CR37，f. 6月13日19:05 CR38，g.6月14日16:26 CR37，h.6月14日16:24 CR38， i.6月13日16:41 CR37，j.6月13日16:42 CR38)Fig.2 Composite reflectivity product of Jinan Radar(SA,CR37) at (a) 17:34 BST 13 Jun. 2016,(c) 18:28 BST 11 Sep. 2016, (e) 19:08 BST 13 Jun. 2016, (g) 16:26 BST 14 Jun. 2016 and (i) 16:41 BST 13 Jun. 2016 . Composite reflectivity product of Taishan Radar (CD, CR38) at (b) 17:35 BST 13 Jun. 2016,(d) 18:28 BST 11 Sep. 2016, (f) 19:05 BST 13 Jun. 2016, (h) 16:24 BST 14 Jun. 2016 and (j) 16:42 BST 13 Jun. 2016

6月13日19:08濟(jì)南雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0613平陰風(fēng)暴Q1的DBZM=70 dBZ、HT=5.3 km、TOP=12 km、C-VIL=80 kg·m-2，19:05泰山雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0613平陰風(fēng)暴M5的DBZM=51 dBZ、HT=10.4 km、TOP=10.4 km、C-VIL=22 kg·m-2， 19:11體掃的DBZM=56 dBZ、HT=9.7 km、TOP=12.8 km、C-VIL=33 kg·m-2。 兩部雷達(dá)觀測(cè)到的同一風(fēng)暴的風(fēng)暴參數(shù)差別明顯，HT相差約5 km，DBZM相差約14 dBZ以上，C-VIL差別更大。18:50—19:30在泰山雷達(dá)站和0613平陰風(fēng)暴之間有強(qiáng)降水風(fēng)暴W6影響(圖2c)，肥城市潮泉區(qū)域站在19:00—19:30降水量為56.5 mm，小時(shí)雨強(qiáng)>110 mm。強(qiáng)風(fēng)暴Q1經(jīng)過(guò)肥城市胡屯和桃園時(shí)也產(chǎn)生強(qiáng)降水，胡屯區(qū)域站在19:13—19:30之間降水量為32.3 mm，桃園區(qū)域站在19:21—19:36之間降水量為28.8 mm，小時(shí)雨強(qiáng)>110 mm，風(fēng)暴Q1除產(chǎn)生大冰雹外還產(chǎn)生較強(qiáng)的降雨。因此，造成0613平陰風(fēng)暴HT和DBZM數(shù)據(jù)差別較大的主要原因是：由于強(qiáng)降雨和大的冰雹粒子的共同衰減，泰山雷達(dá)探測(cè)到0613平陰風(fēng)暴中低層時(shí)電磁能量嚴(yán)重衰減而造成數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真，而高層衰減相對(duì)較弱，探測(cè)到中高層的數(shù)據(jù)相對(duì)可靠。

6月14日16:26濟(jì)南雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0614章丘風(fēng)暴D1的DBZM=66 dBZ、HT=10.2 km、TOP=10.2 km、C-VIL=69 kg·m-2，16:24泰山雷達(dá)產(chǎn)品風(fēng)暴屬性顯示，0614章丘風(fēng)暴K0的DBZM=61 dBZ、HT=6.3 km、TOP=12.8 km、C-VIL=52 kg·m-2。 兩部雷達(dá)觀測(cè)到的同一風(fēng)暴的風(fēng)暴參數(shù)差別明顯，HT相差約4 km，TOP相差約2.6 km ，DBZM相差約5 dBZ，C-VIL相差17 kg·m-2。此時(shí)0614章丘風(fēng)暴距濟(jì)南雷達(dá)距離是58 km，6.0°仰角風(fēng)暴上空所對(duì)應(yīng)的高度是6.4 km(對(duì)應(yīng)的最大反射率因子為65 dBZ)，9.9°仰角對(duì)應(yīng)的高度是10.2 km，9.9°仰角之上掃描仰角14.6°所對(duì)應(yīng)的高度是15.5 km，因此，由于上層仰角間隔較大，濟(jì)南雷達(dá)無(wú)法觀測(cè)到風(fēng)暴上空12.8 km高度數(shù)據(jù)； 0614章丘風(fēng)暴距泰山雷達(dá)距離是64 km，9.9°仰角觀測(cè)到的是風(fēng)暴上空12.9 km高度，6.0°仰角對(duì)應(yīng)的高度是8.6 km，同樣，由于上層仰角間隔較大，泰山雷達(dá)無(wú)法觀測(cè)到風(fēng)暴上空10.2 km高度數(shù)據(jù)；因此，此時(shí)濟(jì)南雷達(dá)觀測(cè)到的DBZM和HT數(shù)據(jù)更加可靠，而泰山雷達(dá)觀測(cè)TOP數(shù)據(jù)更加真實(shí)，同一高度CD雷達(dá)觀測(cè)到的最大反射率因子值小于SA雷達(dá)觀測(cè)到的數(shù)值，有兩種可能，時(shí)間略有差異而造成的反射率因子值的波動(dòng)或者大的粒子對(duì)短波長(zhǎng)電磁波的衰減所致。

圖2i和圖2j分別是0613陽(yáng)谷風(fēng)暴16:41SA雷達(dá)和16:42CD雷達(dá)CR產(chǎn)品，可以看出，濟(jì)南雷達(dá)產(chǎn)品顯示， DBZM=67 dBZ、HT=3.7 km、TOP=12.8 km、C-VIL=54 kg·m-2，同時(shí)還出現(xiàn)明顯的旁瓣回波和三體散射(TBSS)回波，實(shí)際上這種現(xiàn)象從16:35—17:05連續(xù)6個(gè)體掃一直存在，說(shuō)明風(fēng)暴內(nèi)部存在較大的冰雹粒子而且維持時(shí)間較長(zhǎng)，雖然地面實(shí)況冰雹直徑不詳，但大如雞蛋，最大冰雹直徑至少在30 mm以上；泰山雷達(dá)產(chǎn)品顯示， DBZM=41 dBZ、HT=5.3 km、TOP=7.3 km、C-VIL=4 kg·m-2，兩者的差異非常大，特別是DBZM相差26 dBZ，前后幾個(gè)體掃一直存在較大差異。從圖上也可以直觀地看到，0613陽(yáng)谷風(fēng)暴在兩部雷達(dá)上差異顯著，而陽(yáng)谷風(fēng)暴周圍的其他3個(gè)風(fēng)暴差異卻不是很大，3個(gè)風(fēng)暴都有55 dBZ左右的反射率因子，因此，0613陽(yáng)谷風(fēng)暴強(qiáng)度差異顯著的唯一解釋是更大的冰雹粒子對(duì)C波段電磁波強(qiáng)烈吸收衰減造成的。

4個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴旺盛階段都出現(xiàn)三體散射或旁瓣回波現(xiàn)象(0911高青風(fēng)暴在濰坊SA雷達(dá)上有旁瓣回波，其他3個(gè)風(fēng)暴在濟(jì)南SA雷達(dá)上出現(xiàn)三體散射或旁瓣回波)，說(shuō)明風(fēng)暴內(nèi)部存在較大的冰雹粒子。強(qiáng)風(fēng)暴最大反射率因子較大差異的主要因素是大的冰雹粒子或強(qiáng)降雨對(duì)CD雷達(dá)電磁波產(chǎn)生的明顯衰減作用，由于強(qiáng)的衰減，使得CD雷達(dá)探測(cè)到的風(fēng)暴強(qiáng)度和強(qiáng)回波面積以及風(fēng)暴頂部高度嚴(yán)重失真，特別是強(qiáng)風(fēng)暴與雷達(dá)之間存在強(qiáng)降雨時(shí)，強(qiáng)風(fēng)暴中層以下高度回波減弱更加嚴(yán)重，從而也導(dǎo)致基于單體風(fēng)暴參數(shù)(反射率因子、風(fēng)暴底和風(fēng)暴頂)計(jì)算出來(lái)的C-VIL數(shù)據(jù)明顯偏小。兩部雷達(dá)天線海拔高度差異較大，泰山雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到風(fēng)暴低層的信息，尤其是距離越遠(yuǎn)，探測(cè)到的最低高度越高，100 km距離探測(cè)到的風(fēng)暴最低高度是3.1 km，因此，也是導(dǎo)致C-VIL偏小的原因之一。一般而言，強(qiáng)風(fēng)暴旺盛階段存在較深厚的回波墻和較高的回波懸垂，同一時(shí)次兩部雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)風(fēng)暴部位不一致，考慮到衰減作用，SA雷達(dá)上相同反射率因子在CD雷達(dá)上可能表現(xiàn)的不一樣，也就導(dǎo)致HT和TOP的差異。

4 結(jié)論

1)4個(gè)強(qiáng)冰雹風(fēng)暴具有較大的反射率因子、較大的垂直積分液態(tài)含水量和較高的風(fēng)暴頂高度，風(fēng)暴成熟階段濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)到的DBZM值都在60 dBZ以上，C-VIL值基本在50 kg·m-2以上，TOP值基本在9 km以上， 0613平陰風(fēng)暴和0614章丘風(fēng)暴不僅持續(xù)時(shí)間相差不多，而且DBZM、C-VIL和TOP值相近，DBZM基本都在64 dBZ以上，最大達(dá)到70 dBZ，C-VIL基本在60 kg·m-2以上，最大在80 kg·m-2左右，TOP值基本在10.5 km以上。

2) SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)暴參數(shù)有明顯差異，SA雷達(dá)觀測(cè)到的強(qiáng)風(fēng)暴DBZM、C-VIL和TOP值明顯大于CD雷達(dá)觀測(cè)到的值，特別是DBZM和C-VIL在風(fēng)暴強(qiáng)盛階段差異更加明顯。生成發(fā)展階段除0613陽(yáng)谷風(fēng)暴外，其他3個(gè)風(fēng)暴的DBZM差別較小，減弱階段差異有明顯縮小趨勢(shì)。風(fēng)暴強(qiáng)盛階段， SA和CD雷達(dá)觀測(cè)到的0613陽(yáng)谷風(fēng)暴、0613平陰風(fēng)暴、0614章丘風(fēng)暴和0911高青風(fēng)暴的DBZM平均差值分別為10 dBZ、10 dBZ、9 dBZ和7 dBZ，C-VIL平均差值分別為30 kg·m-2、28 kg·m-2、29 kg·m-2和28 kg·m-2，TOP平均差值分別為2.8 km、1.8 km、2.1 km和1.7 km，HT平均差值分別為1.1 km、-1.4 km、-0.1 km和-0.2 km。

3)造成強(qiáng)風(fēng)暴參數(shù)差異性的主要因素是大的粒子或者強(qiáng)降雨對(duì)CD雷達(dá)電磁波強(qiáng)烈衰減，同時(shí)泰山CD雷達(dá)的地理環(huán)境和觀測(cè)模式也是原因之一。風(fēng)暴發(fā)展或減弱階段，風(fēng)暴強(qiáng)度偏小，CD雷達(dá)對(duì)電磁波的衰減相對(duì)也弱些；風(fēng)暴強(qiáng)盛階段，風(fēng)暴強(qiáng)度較強(qiáng)，強(qiáng)回波對(duì)C波段電磁波衰減更加明顯，造成兩部雷達(dá)觀測(cè)到的回波強(qiáng)度差異更加明顯。如果CD雷達(dá)與強(qiáng)冰雹風(fēng)暴之間有強(qiáng)降雨風(fēng)暴，會(huì)造成的更加嚴(yán)重的衰減；衰減作用引起的風(fēng)暴反射率因子的減弱，會(huì)導(dǎo)致C-VIL明顯偏小和TOP明顯偏低。

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Intercomparison of parameters of strong hail storms derived from Jinan Radar(SA) and Taishan Radar(CD)

ZHAO Zhendong

(TaianMeteorologicalBureau,Taian271000,China)

Based on the data of Taishan Radar(CD) and Jinan Radar(SA), the parameters of four long-life strong hail storms, which occurred on 13-14 Jun., 2016 and 11 Sep., 2016, are compared. The results show that as detected by the SA radar, DBZM values are greater than 60 dBZ, C-VIL values are over 50 kg·m-2, and the TOP values are above 9 km for the 4 strong hail storms at their mature stages. The DBZM, C-VIL, TOP values of 0613 Pingyin storm and 0613 Zhangqiu storm are similar, with DBZM greater than 64 dBZ (maximum value reaches 70 dBZ), C-VIL over 60 kg·m-2(maximum value is 80 kg·m-2), and TOP value above 10.5 km at storm mature stages. The parameters derived from SA radar and CD radar respectively have significantly differences. DBZM, C-VIL and TOP derived from SA radar are significantly larger than those from CD radar, especially for DBZM and C-VIL at storm mature stage. For 0613 Yanggu storm, 0613 Pingyin storm, 0614 Zhangqiu storm and 0911 Gaoqing storm at mature stage, the average difference of DBZM are 10 dBZ, 10 dBZ, 9 dBZ and 7 dBZ, respectively, and the average difference of C-VIL are 30 kg·m-2, 28 kg·m-2,29 kg·m-2and 28 kg·m-2, respectively. The significant storm parameter differences are mainly generated by severe attenuation on CD radar electromagnetic waves by the large hail particles or the heavy rainfall, and it is also induced by the geographical environment and scan mode of the Taishan Radar.

strong hail storms; radar detecting; parameters of storms

2016-11-10；

2017-06-05

山東省氣象局重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2012sdqxz05)

趙振東(1958—)，男，工程師，從事天氣雷達(dá)與網(wǎng)絡(luò)信息保障工作，ts0538@126.com。

P412.25

A

2096-3599(2017)02-0102-07

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.02.013