普洱市不同等級冰雹天氣的雷達(dá)回波特征對比分析*

王曉君 鄭媛媛

1 云南省普洱市氣象局，普洱 665000 2 中國氣象局交通氣象重點開放實驗室,南京 210041 3 江蘇省氣象科學(xué)研究所，南京 210041 4 南京氣象科技創(chuàng)新研究院，南京 210041

提 要：利用探空資料、CIND3830-CC天氣雷達(dá)和地面觀測資料，以2013—2020年云南普洱市21次冰雹天氣過程為樣本，將冰雹直徑≥20 mm的風(fēng)暴單體定義為大冰雹風(fēng)暴單體，5 mm≤直徑<20 mm的風(fēng)暴單體定義為中冰雹風(fēng)暴單體，直徑<5 mm的風(fēng)暴單體定義為小冰雹風(fēng)暴單體(GB/T27957—2011)，對比分析小冰雹、中冰雹、大冰雹風(fēng)暴單體的多普勒雷達(dá)回波特征。結(jié)果表明：冰雹風(fēng)暴單體的共同特征是：高頂高底結(jié)構(gòu)、風(fēng)暴的高質(zhì)心伸展高度≥5 km、回波梯度較大、組合反射率CR≥55 dBz、垂直液態(tài)水含量VIL≥23 kg·m-2、45 dBz頂高H45 dBz≥7.5 km、H45 dBz-H0℃≥2.8 km。67%的冰雹風(fēng)暴單體在降雹前5～10 min 出現(xiàn)VIL躍增現(xiàn)象，躍增幅度越大，相應(yīng)VIL越大。冰雹風(fēng)暴單體均存在明顯的輻合特征，大冰雹風(fēng)暴單體往往具有中氣旋特征。大冰雹風(fēng)暴單體的VIL/H、H50 dBz-H-20℃和成熟階段持續(xù)時間均顯著大于中、小冰雹風(fēng)暴單體的相同指標(biāo)。大冰雹風(fēng)暴單體的回波懸垂結(jié)構(gòu)、DVIL(VIL/ET)和旋轉(zhuǎn)速度往往多(大)于中、小冰雹風(fēng)暴單體的相同指標(biāo)?；夭敻?ET)、VIL躍增特征、TBSS和V形缺口都不能作為識別不同等級冰雹的指標(biāo)。

引 言

冰雹是普洱市春、夏季的主要氣象災(zāi)害之一，常給烤煙、咖啡、蔬菜、水果等農(nóng)業(yè)、高產(chǎn)值農(nóng)副產(chǎn)品業(yè)帶來重大災(zāi)害損失，冰雹還會導(dǎo)致人畜傷亡，嚴(yán)重威脅人民生命和財產(chǎn)安全。由于冰雹具有突發(fā)性強、持續(xù)時間短、影響范圍小的特點，加上普洱山川河流縱橫交錯，復(fù)雜的地形地貌所產(chǎn)生的中尺度環(huán)流可能觸發(fā)冰雹等災(zāi)害性天氣(陶詩言，1980)，普洱市冰雹天氣預(yù)報難度較大。隨著近年來普洱市茶葉、烤煙、咖啡、橡膠等經(jīng)濟(jì)作物栽種面積的迅速增加，冰雹天氣的預(yù)報預(yù)警研究具有重要實際意義。

多普勒天氣雷達(dá)探測數(shù)據(jù)具有較高的時空分辨率，對預(yù)報冰雹的發(fā)生、發(fā)展具有重要的指示意義，目前已廣泛應(yīng)于冰雹的監(jiān)測分析和短時臨近預(yù)報。國內(nèi)的氣象工作者針對S波段多普勒天氣雷達(dá)中冰雹天氣回波特征進(jìn)行了分析，葉愛芬等(2006)對一次冰雹天氣過程的回波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，劉兵等(2009)對張家界5個降雹過程中典型的冰雹云雷達(dá)回波特點和形態(tài)進(jìn)行了總結(jié)，王莎等(2019)總結(jié)了冀東地區(qū)36個冰雹風(fēng)暴的最大基本反射率因子、風(fēng)暴頂高、垂直累積液態(tài)水含量等特征，并得出了冰雹預(yù)報指標(biāo)。俞小鼎等(2006)、應(yīng)冬梅等(2007)、何炳偉等(2018)統(tǒng)計得出了強對流天氣的雷達(dá)回波特征的共性，如冰雹的指狀回波、回波窟窿、弱回波區(qū)(WER)或有界弱回波區(qū)(BWER)、三體散射長釘、“V”型缺口等特征。雙偏振雷達(dá)投入應(yīng)用后，潘佳文等(2020)、林文等(2020)對S波段雙偏振雷達(dá)中冰雹的回波特征也進(jìn)行了分析。楊吉等(2020)統(tǒng)計分析了冰雹過程發(fā)展、成熟和降雹階段的觀測特征及微物理過程。王建恒等(2020)利用雙多普勒雷達(dá)徑向速度資料反演出格點的三維風(fēng)速(流場),并結(jié)合回波特征分析了雹云云體結(jié)構(gòu)。張文海和李磊(2019)還利用廣東10部S波段多普勒天氣雷達(dá)的三維拼圖資料，研究發(fā)現(xiàn)人工智能對冰雹這類非線性強天氣過程具有較強的識別能力。云南省的張騰飛等(2006)、段鶴等(2014a；2014b)、周泓等(2014)、李湘等(2015)、尹麗云等(2021)也利用C波段多普勒天氣雷達(dá)資料總結(jié)了云南典型冰雹事件的雷達(dá)回波特征，得出了云南部分地區(qū)冰雹的統(tǒng)計特征和預(yù)警指標(biāo)。此外，俞小鼎(2014)指出了國內(nèi)大多數(shù)人對冰雹融化層的近似高度的認(rèn)識錯誤，鄭永光等(2017)論述了冰雹融化層高度與濕球溫度之間的物理聯(lián)系，并在文章結(jié)論中明確指出濕球溫度0℃層才是冰雹融化層的近似高度。上述研究對冰雹的預(yù)報預(yù)警有較好的指導(dǎo)意義，但缺乏不同等級冰雹的雷達(dá)回波特征對比分析，實際應(yīng)用上還沒有冰雹直徑的預(yù)報依據(jù)，從而影響了冰雹危害程度的評估能力。本文利用普洱CIND3830-CC天氣雷達(dá)資料、常規(guī)氣象資料，以21次冰雹天氣過程為樣本，對比分析不同等級冰雹的雷達(dá)回波異同。

1 資 料

選取2013—2020年普洱市全部21次有詳細(xì)記錄的冰雹天氣過程(2019—2020年普洱市出現(xiàn)嚴(yán)重干旱，未收集到有詳細(xì)記錄的冰雹過程)，它們具有完整的雷達(dá)和地面觀測資料。實況資料取自云南自動站數(shù)據(jù)、普洱國家基本氣象站和國家一般氣象站人工觀測數(shù)據(jù)、媒體報道數(shù)據(jù)、災(zāi)情直報數(shù)據(jù)；常規(guī)氣象資料使用MICAPS數(shù)據(jù)和探空站數(shù)據(jù)(探空站名為思茅高空氣象觀測站)，雷達(dá)資料選取普洱天氣雷達(dá)同期采集的所有資料，包括相對徑向速度、反射率因子、垂直累積液態(tài)水含量(VIL)、風(fēng)廓線、垂直剖面等產(chǎn)品。

地面氣象觀測規(guī)范要求值班觀測員隨時觀測和記錄出現(xiàn)在視區(qū)內(nèi)的最大冰雹的最大直徑，存在觀測范圍的局限性。鄭永光等(2017)指出，雖然我國目前已經(jīng)布設(shè)完成了較為完備的氣象觀測網(wǎng)，但仍難以全面監(jiān)測極端強對流天氣，因此災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查和其他觀測信息仍是現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)的必要補充。為最大限度保障冰雹直徑資料的科學(xué)性和可靠性，選取的資料除了具有完整的雷達(dá)和地面觀測資料外，還同時滿足了以下3個條件：(1)冰雹直徑資料由氣象部門值班觀測員記錄，確保資料記錄的及時、準(zhǔn)確、規(guī)范。(2)冰雹直徑資料取自位于縣城主城區(qū)的普洱國家基本氣象站和國家一般氣象站(縣城主城區(qū)降雹關(guān)注度高，利于媒體報道，也利于相關(guān)部門及時開展災(zāi)情調(diào)查，報道和調(diào)查數(shù)據(jù)可為氣象觀測數(shù)據(jù)提供對比分析驗證)。(3)氣象、媒體和相關(guān)部門災(zāi)情資料中的冰雹直徑數(shù)據(jù)一致。媒體和相關(guān)部門未報道或未發(fā)布冰雹直徑數(shù)據(jù)時，以氣象部門觀測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。根據(jù)以上資料選取條件，從2013-2020年普洱市境內(nèi)的74次冰雹中選取了21次冰雹天氣過程進(jìn)行研究。需要說明的是，即使選取的冰雹個例滿足了以上資料選取條件，仍然可能存在最大冰雹降落在觀測員視區(qū)外而導(dǎo)致冰雹直徑記錄值小于實際值且媒體和相關(guān)部門數(shù)據(jù)又未能進(jìn)行必要補充訂正的情況，需要在業(yè)務(wù)工作中不斷收集完整的冰雹過程資料，以對文中結(jié)論做進(jìn)一步驗證或補充完善。

2 不同等級冰雹風(fēng)暴單體雷達(dá)回波特征對比分析

將冰雹直徑≥20 mm的風(fēng)暴單體定義為大冰雹風(fēng)暴單體，5 mm≤直徑<20 mm的風(fēng)暴單體定義為中冰雹風(fēng)暴單體，直徑<5 mm的風(fēng)暴單體定義為小冰雹風(fēng)暴單體(GB/T27957—2011)。

對比大、中、小冰雹風(fēng)暴單體的組合反射率(CR)、45 dBz和50 dBz頂高高度(H45 dBz、H50 dBz)及其與特殊層(H0℃、H-10℃、H-20℃)高度的高差、回波頂高(ET)、VIL、DVIL(VIL密度=VIL/ET)、VIL/H(H=ET-回波底高)、懸垂結(jié)構(gòu)特征、徑向速度特征、冰雹持續(xù)時間等參數(shù)，找出不同等級冰雹風(fēng)暴單體中上述因子的異同，為不同等級冰雹天氣的識別和預(yù)報提供參考。

2.1 不同等級冰雹風(fēng)暴單體的反射率特征對比

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，所有冰雹的CR≥55 dBz(表1)，其中大冰雹風(fēng)暴單體的CR為57～64 dBz，平均為61 dBz;中冰雹風(fēng)暴單體的CR為55～67 dBz，平均為60 dBz;小冰雹風(fēng)暴單體CR為56～64 dBz，平均為60 dBz。表明普洱不同等級冰雹風(fēng)暴單體的CR無顯著差異，CR僅能作為冰雹的識別指標(biāo)而不能作為冰雹等級的識別因子。

以圖1中6次冰雹風(fēng)暴單體為例，分析以45 dBz 為基礎(chǔ)值的冰雹風(fēng)暴單體的梯度，大冰雹風(fēng)暴單體的梯度為12 dBz·km-1、18 dBz·km-1；中冰雹風(fēng)暴單體為14 dBz·km-1、22 dBz·km-1；小冰雹風(fēng)暴單體的梯度為14 dBz·km-1、14 dBz·km-1。分析表明冰雹風(fēng)暴單體均具有較高的反射率梯度，與短時強降水回波差異顯著(段鶴等，2014a;2014b)，但不同等級冰雹中差異不明顯。

針對冰雹風(fēng)暴單體做基本反射率垂直剖面計算H45 dBz(表1、圖1)?？梢娝斜€例的H45 dBz≥7.5 km，其中大冰雹風(fēng)暴單體的H45 dBz為7.5～9.7 km，平均為8.8 km;中冰雹風(fēng)暴單體的H45 dBz為7.5～13.0 km，平均為8.8 km;小冰雹風(fēng)暴單體H45 dBz為7.5～9.7 dBz，平均為8.1 km。分析表明普洱大、中等級冰雹風(fēng)暴單體的H45 dBz無顯著差異，小冰雹風(fēng)暴單體的H45 dBz略小于大、中冰雹，H45 dBz僅能作為冰雹的識別指標(biāo)(段鶴等，2014a;2014b)而不能作為冰雹等級的識別因子。

表1 普洱市冰雹天氣個例發(fā)生的地點、時間、冰雹直徑及其反射率等特征

計算冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz(表略)，發(fā)現(xiàn)H50 dBz在相同等級冰雹風(fēng)暴單體中存在一定差異，而在不同等級冰雹風(fēng)暴單體中差異不明顯。如圖1中，大冰雹風(fēng)暴單體H50 dBz均為8.5 km；中冰雹風(fēng)暴單體H50 dBz為7.4 km和8.5 km，平均為8 km；小冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz為9.0 km和7.5 km，平均為8.3 km。數(shù)據(jù)表明H50 dBz不能作為冰雹等級的識別因子。

圖1 不同時刻、不同大小冰雹風(fēng)暴單體的基本反射率垂直剖面(a)2014年3月22日16:42景谷，(b)2016年4月19日19:09瀾滄大冰雹；(c)2013年4月28日15:01,(d)2014年5月5日22:14江城中冰雹,(e)2014年4月4日17:20江城,(f)2017年2月2日17:15景谷小冰雹

統(tǒng)計分析冰雹風(fēng)暴單體成熟階段回波頂高(ET)特征(表1)，發(fā)現(xiàn)所有冰雹的ET≥7.8 km，大冰雹風(fēng)暴單體中的ET為7.8～11.8 km，平均為9.9 km；中冰雹風(fēng)暴單體的ET為8.8～15.5 km，平均為11.1 km；小冰雹風(fēng)暴單體的ET為8.5～11.8 km，平均為9.7 km。不同等級冰雹中，中冰雹風(fēng)暴單體的ET略高于大冰雹和小冰雹風(fēng)暴單體；21次冰雹中，ET最大的3次冰雹風(fēng)暴單體出現(xiàn)在2014年5月5日22:14(圖2e)、2016年4月21日17:36(圖2f)、2018年4月2日18:40(圖略)江城的中冰雹風(fēng)暴單體中，分別達(dá)12.6、15.5、14.0 km(表1)，遠(yuǎn)大于大冰雹風(fēng)暴單體的ET值。此外，分析圖2發(fā)現(xiàn)，降雹天氣過程中，冰雹風(fēng)暴單體外的回波也具有較高的ET值，但高ET值下方并未出現(xiàn)降雹，特別在2014年5月5日22:14江城降雹過程中，冰雹風(fēng)暴單體東南側(cè)(圖2e)，即江城城區(qū)東南部ET達(dá)14 km以上，但地面未出現(xiàn)降雹。統(tǒng)計2016年普洱市小時雨量≥50 mm且有完整雷達(dá)資料的42次短時強降水發(fā)現(xiàn)，有86%(36次)短時強降水的ET≥7.8 km，但均未出現(xiàn)冰雹，表明ET不能作為識別冰雹的因子，也不能作為識別不同等級冰雹的因子。

圖2 不同時刻、不同大小冰雹風(fēng)暴單體的ET(a)2014年3月22日16:42景谷,(b)2014年4月4日17:46江城,(c)2016年4月19日19:09瀾滄,(d)2017年2月3日16:38寧洱大冰雹；(e)2014年5月5日22:14江城,(f)2016年4月21日17:36江城中冰雹；(g)2014年4月4日17:20江城小冰雹(圓圈：冰雹風(fēng)暴單體所在位置)

2.2 不同等級冰雹風(fēng)暴單體H45 dBz、H50 dBz與H0℃、H-10℃、H-20℃層高度的高差對比分析

計算冰雹風(fēng)暴單體的H45 dBz-H0℃、H45 dBz-H-10℃、H45 dBz-H-20℃、H50 dBz-H0℃、H50 dBz-H-10℃、H50 dBz-H-20℃發(fā)現(xiàn)所有冰雹風(fēng)暴單體中，H45 dBz-H0℃≥2.8 km，為2.8～8.3 km，平均為4.4 km，該特征可有效識別出冰雹風(fēng)暴單體和其他降水相態(tài)的風(fēng)暴單體，與前期研究一致，可作為冰雹的識別因子之一(段鶴等，2014a;2014b)；但H45 dBz-H0℃在不同等級冰雹風(fēng)暴單體中無明顯差異。

在不同等級冰雹風(fēng)暴單體中差異最明顯的是H50 dBz-H-20℃在同一等級冰雹中差異較小(表1)。所有大冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃≥0，為0～2.2 km，平均為1.1 km；中冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃為-1.6～5.0 km，平均為-0.1 km；小冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃為-0.9～1.7 km，平均為-0.6 km；且有100%的大冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃≥0 km，59%的中、小冰雹風(fēng)暴單體中，H50 dBz-H-20℃<0 km；即大多數(shù)大冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃與中、小冰雹風(fēng)暴單體H50 dBz-H-20℃存在顯著差異，可作為識別大冰雹風(fēng)暴單體和中、小冰雹風(fēng)暴單體的參考因子。

2.3 不同等級冰雹風(fēng)暴單體VIL、DVIL、VIL/H特征對比

統(tǒng)計分析普洱冰雹風(fēng)暴單體的垂直累積液態(tài)水含量(VIL)特征，發(fā)現(xiàn)所有冰雹VIL≥23 kg·m-2，顯著大于普洱短時強降水風(fēng)暴單體中的VIL值(段鶴等,2014a;2014b)，可作為冰雹的識別參考因子之一。

大冰雹風(fēng)暴單體的VIL為28～45 kg·m-2，平均為37 kg·m-2;中冰雹風(fēng)暴單體的VIL為23～48 kg·m-2，平均為33 kg·m-2;小冰雹風(fēng)暴單體VIL為28～40 kg·m-2，平均為32 kg·m-2。分析表明大冰雹風(fēng)暴單體的VIL僅略高于中小冰雹風(fēng)暴單體，不能作為冰雹等級的識別因子。

嘗試計算DVIL(DVIL=VIL/ET)，用以彌補VIL的不足。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，所有冰雹的DVIL≥2.4 g·m-3，其中大冰雹風(fēng)暴單體的DVIL為3.6～3.8 g·m-3，平均為3.8 g·m-3；中冰雹風(fēng)暴單體的DVIL為2.4～3.3 g·m-3，平均為3.0 g·m-3；小冰雹風(fēng)暴單體DVIL為3.1～3.4 g·m-3，平均為3.3 g·m-3。分析表明，大冰雹風(fēng)暴單體中的DVIL高于中小冰雹(中、小冰雹平均不足3.1 g·m-3)，DVIL在普洱雷達(dá)中對大冰雹和小冰雹風(fēng)暴單體有一定的識別作用(段鶴等，2014a;2014b)。

考慮風(fēng)暴單體遠(yuǎn)離雷達(dá)時，雷達(dá)能夠探測到的回波底高較實際值偏高，位于0.5°仰角探測高度以下的未能被探測到的回波增多，會導(dǎo)致風(fēng)暴單體的VIL計算值小于實際值，相應(yīng)的也會導(dǎo)致DVIL較實際值偏小，因此引入VIL/H(H=ET-回波底探測高度)，用以彌補DVIL的不足。計算VIL/H發(fā)現(xiàn)(表1)，大冰雹風(fēng)暴單體的VIL/H為5.1～5.9 g·m-3，平均為5.4 g·m-3；中冰雹風(fēng)暴單體的VIL/H為3.5～5.0 g·m-3，平均為4.2 g·m-3；小冰雹風(fēng)暴單體VIL/H為4.3～4.7 g·m-3，平均為4.6 g·m-3；即所有大冰雹風(fēng)暴單體中的VIL/H 均大于中、小冰雹，VIL/H在不同等級冰雹中存在顯著差異，可作為冰雹等級的識別因子。

分析發(fā)現(xiàn)，21次冰雹風(fēng)暴單體中有14次(67%)在降雹前5～10 min出現(xiàn)VIL躍增現(xiàn)象，躍增幅度在5～20 kg·m-2，平均為10 kg·m-2；躍增幅度越大，相應(yīng)VIL越大，躍增提前時間量也越大(圖3)，在未出現(xiàn)躍增的7次過程中，VIL均不足28 kg·m-2。

圖3 不同時刻降雹前、不同大小冰雹風(fēng)暴單體的VIL變化(a～d)2014年4月4日(a)17:30,(b)17:35,(c)17:41,(d)17:46江城大冰雹；(e～h)2017年2月3日(e)16:22,(f)16:27,(g)16:32,(h)16:38寧洱大冰雹；(i～l)2016年4月21日(i)17:18,(j)17:23,(k)17:29,(l)17:36江城中冰雹

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不同等級冰雹的躍增量不存在顯著差異(表略)，且不同等級冰雹中均出現(xiàn)部分冰雹躍增、部分冰雹無明顯躍增現(xiàn)象。例如圖3中，2014年4月4日江城大冰雹降雹前VIL出現(xiàn)了10 kg·m-2的躍增(圖3a,3b)，躍增提前于降雹10 min左右(圖3a～3d)，而2017年2月3日寧洱大冰雹天氣過程中VIL無躍增現(xiàn)象(圖3e～3h)，降雹前4個體掃時段內(nèi)VIL均為28 kg·m-2；2016年4月21日江城中冰雹風(fēng)暴中，降雹前出現(xiàn)了20 kg·m-2的躍增(圖3i,3j),躍增提前于降雹10 min左右(圖3i～3l)，而在2013年3月8日瀾滄、2015年4月21日景谷、2017年2月2日江城的中冰雹過程中均未出現(xiàn)躍增現(xiàn)象(圖略)，降雹前4個體掃時段內(nèi)VIL分別為28、23、28 kg·m-2；小冰雹過程中，2014年4月4日江城降雹前10 min出現(xiàn)了10 kg·m-2的躍增，而2017年2月2日景谷的冰雹過程中無明顯躍增現(xiàn)象。表明VIL越增特征和躍增量不能作為不同等級冰雹的識別因子。

2.4 不同等級冰雹風(fēng)暴單體的徑向速度特征對比

分析冰雹風(fēng)暴單體的徑向速度發(fā)現(xiàn)，冰雹風(fēng)暴單體均存在明顯的輻合特征，表現(xiàn)形式包括：中氣旋(圖4a，4b)、中尺度輻合區(qū)(圖4c，4d)、逆風(fēng)區(qū)(圖4e，4f)、風(fēng)速風(fēng)向輻合(圖4g，4h)等(表2)。

表2 普洱市冰雹天氣個例的環(huán)境場垂直風(fēng)切變、冰雹直徑及其徑向速度和回波形態(tài)

圖4 不同等級冰雹典型個例的(a,c,e,g)0.5°仰角徑向速度和(b,d,f,h)CR(a,b)2017年2月3日16:38寧洱大冰雹(黑圈:中氣旋);(c,d)2014年5月5日22:14江城中冰雹(黑圈:中尺度輻合帶)；(e,f)2016年4月21日17:36江城中冰雹(黑圈:逆風(fēng)區(qū))；(g,h)2018年3月11日17:35寧洱小冰雹(黑圈:中尺度輻合帶)

4次大冰雹風(fēng)暴單體中，共出現(xiàn)3次(占75%)中氣旋特征：1)核區(qū)直徑不足10 km；2)旋轉(zhuǎn)速度為12～22 m·s-1；3)垂直伸展高度超過風(fēng)暴垂直厚度的1/3；4)滿足上述3類指標(biāo)的持續(xù)時間為3～4個體掃時間，還有一次大冰雹風(fēng)暴單體中出現(xiàn)了風(fēng)速風(fēng)向輻合特征，大冰雹風(fēng)暴單體旋轉(zhuǎn)速度為8.5～22.0 m·s-1，平均為13.7 m·s-1；17次中、小冰雹風(fēng)暴單體中，共出現(xiàn)中氣旋3次(占17.6%)、中尺度輻合帶3次、逆風(fēng)區(qū)3次、風(fēng)向風(fēng)速輻合8次，中、小冰雹風(fēng)暴單體的旋轉(zhuǎn)速度為3.0～18.5 m·s-1，平均為7.3 m·s-1。分析表明，大冰雹風(fēng)暴單體往往具有中氣旋特征，普洱大冰雹風(fēng)暴單體的旋轉(zhuǎn)速度與中、小冰雹風(fēng)暴單體存在一定差異，大冰雹風(fēng)暴單體的旋轉(zhuǎn)速度往往大于中、小冰雹風(fēng)暴單體。

分析冰雹風(fēng)暴單體的旋轉(zhuǎn)速度和回波形態(tài)發(fā)現(xiàn)，大冰雹風(fēng)暴單體100%出現(xiàn)了明顯的懸垂結(jié)構(gòu)，而中、小冰雹風(fēng)暴單體中僅有17.6%出現(xiàn)懸垂結(jié)構(gòu)。存在懸垂結(jié)構(gòu)的7次風(fēng)暴單體的平均旋轉(zhuǎn)速度為11.7 m·s-1，無懸垂結(jié)構(gòu)的14次風(fēng)暴單體的旋轉(zhuǎn)速度為6.9 m·s-1，表明是否出現(xiàn)懸垂結(jié)構(gòu)對冰雹等級的識別有一定參考價值。

3 不同等級冰雹風(fēng)暴單體成熟階段的持續(xù)時間

將冰雹風(fēng)暴單體中滿足滇南冰雹識別指標(biāo)的時段視為冰雹風(fēng)暴單體的成熟階段(段鶴等，2014a;2014b)。統(tǒng)計19次冰雹風(fēng)暴單體(另外2次冰雹風(fēng)暴單體為多次、多塊回波合并降雹，不做統(tǒng)計)情況，發(fā)現(xiàn)大冰雹風(fēng)暴單體成熟階段的持續(xù)時間為36～66 min，平均為50 min;中冰雹風(fēng)暴單體的持續(xù)為5～65 min，平均為36.8 min;小冰雹風(fēng)暴單體的持續(xù)時間平均為31 min。分析表明普洱市大冰雹風(fēng)暴單體的成熟階段持續(xù)時間顯著長于中、小冰雹風(fēng)暴單體的持續(xù)時間(平均為35.6 min)。

4 不同等級冰雹風(fēng)暴單體中TBSS、V形缺口等特征對比

分析發(fā)現(xiàn)，21次冰雹風(fēng)暴單體中，共出現(xiàn)三體散射回波(TBSS)4次，其中2次出現(xiàn)在大冰雹風(fēng)暴單體中，分別出現(xiàn)在2014年3月22日16:42景谷(圖略)和2014年4月4日17:46江城(圖5b)，1次出現(xiàn)在2017年2月2日22:51江城的中冰雹風(fēng)暴單體中(圖5c)，1次出現(xiàn)在2014年4月4日17:20江城的小冰雹風(fēng)暴單體中(圖5a)。說明不同等級冰雹風(fēng)暴單體中均可出現(xiàn)TBSS特征，TBSS不能作為不同等級冰雹的單一識別因子，該結(jié)論與郭艷(2010)、王曉君等(2014)的研究結(jié)論一致，郭艷(2010)對大冰雹指標(biāo)TBSS進(jìn)行了研究，指出C波段(波長5 cm)雷達(dá)更容易探測到TBSS特征，但它可能是由大雨滴而不僅僅是冰雹造成，而對于S波段(波長10 cm)的多普勒天氣雷達(dá)，TBSS往往與大冰雹相關(guān)。王曉君等(2014)對2004—2013年普洱C波段天氣雷達(dá)中帶有TBSS特征的27個風(fēng)暴單體進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其中有11個帶有TBSS特征的風(fēng)暴單體不滿足滇南冰雹識別指標(biāo)(段鶴等，2014a;2014b)，具有45 dBz回波伸展高度不足7 km、垂直液態(tài)水含量密度不足3 g·m-3、回波寬度不足12 km等特征，風(fēng)暴單體影響區(qū)域也未收到冰雹記錄或災(zāi)情。此外還發(fā)現(xiàn)，普洱C波段天氣雷達(dá)中出現(xiàn)TBSS時，59%的回波出現(xiàn)了降雹，11%的回波出現(xiàn)了大冰雹。馮晉勤等(2018)也收集到出現(xiàn)TBSS但無大冰雹對應(yīng)出現(xiàn)的個例。

圖5 不同時刻、不同大小的江域冰雹風(fēng)暴單體中的TBSS(a)2014年4月4日17：20小冰雹風(fēng)暴單體，(b)2014年4月4日17:46大冰雹風(fēng)暴單體，(c)2017年2月2日22:51中冰雹風(fēng)暴單體

分析發(fā)現(xiàn)，21次冰雹風(fēng)暴單體中，共出現(xiàn)V形缺口3次，分別出現(xiàn)在2016年4月21日17:36江城中冰雹風(fēng)暴單體、2017年2月3日16:38寧洱的大冰雹風(fēng)暴單體、2018年3月23日19:29寧洱的中冰雹風(fēng)暴單體中(圖略)，表明V形缺口不能作為不同等級冰雹的的識別因子。

5 結(jié) 論

通過2013—2020年普洱不同等級冰雹風(fēng)暴單體的對比分析，得到以下結(jié)論：

(1)冰雹風(fēng)暴單體共有的特征是：高頂高底結(jié)構(gòu)、風(fēng)暴的高質(zhì)心伸展高度均達(dá)5 km以上、回波梯度較大、CR≥55 dBz、VIL≥23 kg·m-2、H45 dBz≥7.5 km、H45 dBz-H0≥2.8 km等特征。

(2)67%的冰雹風(fēng)暴單體出現(xiàn)VIL躍增現(xiàn)象，躍增提前于降雹5～10 min；躍增幅度越大，相應(yīng)VIL越大，無躍增特征的冰雹風(fēng)暴單體的VIL較小。VIL越增特征和躍增量在不同等級冰雹中無顯著差異。所有大冰雹風(fēng)暴單體的VIL/H顯著大于中、小冰雹風(fēng)暴單體的VIL/H；大多數(shù)大冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃顯著大于中、小冰雹風(fēng)暴單體的H50 dBz-H-20℃，VIL/H、H50 dBz-H-20℃可作為識別大冰雹和中、小冰雹風(fēng)暴單體的參考因子。

(3)冰雹風(fēng)暴單體均存在明顯的輻合特征，大冰雹風(fēng)暴單體往往具有中氣旋特征。大冰雹風(fēng)暴單體中的回波懸垂結(jié)構(gòu)往往多于中、小冰雹風(fēng)暴單體；大冰雹風(fēng)暴單體中DVIL和旋轉(zhuǎn)速度往往大于中、小冰雹風(fēng)暴單體。

(4)大冰雹風(fēng)暴單體的成熟階段持續(xù)時間往往顯著長于中、小冰雹風(fēng)暴單體的持續(xù)時間。

(5)ET不能作為識別冰雹的因子，也不能作為識別不同等級冰雹的因子。不同等級冰雹風(fēng)暴單體中均會出現(xiàn)TBSS特征，TBSS和V形缺口不能作為不同等級冰雹風(fēng)暴單體的單一識別因子。