風(fēng)雹災(zāi)害的雷達(dá)回波特征分析

摘 要：利用滄州、塘沽和天津機(jī)場(chǎng)三部多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，對(duì)2020年6月25日發(fā)生在京津冀地區(qū)大范圍風(fēng)雹災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)分析，得出風(fēng)雹災(zāi)害的主要雷達(dá)回波特征，如冰雹的反射率因子特征、超級(jí)單體和弓形回波的徑向速度圖特征、冰雹云的RHI特征。

關(guān)鍵詞：風(fēng)雹災(zāi)害；超級(jí)單體；弓狀回波；雷達(dá)回波特征

中圖分類號(hào)：P458.121.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–00-03

超級(jí)單體風(fēng)暴是所有對(duì)流風(fēng)暴中組織化程度最高、發(fā)展最為強(qiáng)烈、生命史最長(zhǎng)的一種孤立深厚的對(duì)流風(fēng)暴。超級(jí)單體風(fēng)暴的形成、發(fā)展及傳播方式各有不同，但風(fēng)暴內(nèi)出現(xiàn)的中氣旋是其最突出的共同特征[1]。強(qiáng)雹暴天氣的雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)演變特征主要包括弱回波區(qū)、有界弱回波、前（后）入流缺口、勾狀回波、中氣旋、回波懸垂、回波墻、大的垂直累積液態(tài)水含量，以及三體散射、旁瓣回波等特征[2-4]。后向入流缺口RIN是弓形回波的重要特征，后向入流向下沉氣流提供干燥和高動(dòng)量的空氣，并通過(guò)垂直動(dòng)量交換和水成物蒸發(fā)等作用，加大近地面出流強(qiáng)度。

1 冰雹的反射率因子特征

1.1 強(qiáng)冰雹云具有三體散射長(zhǎng)釘特征

超級(jí)單體從16：30開始出現(xiàn)三體散射長(zhǎng)釘（TBSS）；

16：48（圖1a）TBSS的長(zhǎng)度達(dá)60 km（灰色箭頭），最大反

射率因子強(qiáng)度在65 dBz以上，并出現(xiàn)前側(cè)入流缺口（深灰色箭頭），表明低層有較強(qiáng)的東南暖濕氣流輸送；

17：30（圖1b）TBSS的長(zhǎng)度為55 km，入流缺口更加明顯；18：18（圖1c）TBSS的長(zhǎng)度達(dá)到75 km，蠡縣出現(xiàn)最大直徑為3.5 cm的大冰雹；19：00（圖1d） TBSS的長(zhǎng)度為70 km，肅寧也出現(xiàn)直徑為3.5 cm的大冰雹，此時(shí)超級(jí)單體正處于雷達(dá)站正西，TBSS與入流缺口的兩側(cè)回波呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)特征；19：42（圖1e）TBSS的長(zhǎng)度為55 km；從16：48—19：42，超級(jí)單體處于成熟階段；20：30（圖1f）TBSS的長(zhǎng)

度明顯變短，回波強(qiáng)度明顯減弱，此后TBSS消失。TBSS

維持的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4 h，超級(jí)單體所經(jīng)過(guò)的地區(qū)，普遍遭遇雷雨、大風(fēng)、冰雹、短歷時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣。前側(cè)入流是超級(jí)單體發(fā)展和維持的主要能量來(lái)源。

圖1 "滄州多普勒雷達(dá)1.484°仰角超級(jí)單體反射率因子情況

1.2 強(qiáng)冰雹云具有三體散射長(zhǎng)釘、旁瓣假回波、鉤狀回波特征

從21：00開始出現(xiàn)TBSS，21：06（圖2a）既出現(xiàn)TBSS

（黑色箭頭），又出現(xiàn)旁瓣假回波（灰色箭頭），還出現(xiàn)前側(cè)入流缺口（深灰色箭頭處），最強(qiáng)回波強(qiáng)度在

65 dBz以上；21：18—21：30（圖2b、2c、2d、2e）TBSS、旁瓣假回波仍然存在，前側(cè)入流缺口更加明顯，還出現(xiàn)鉤狀回波（深灰色箭頭處）；在此期間，大興區(qū)局地遭遇強(qiáng)風(fēng)雹襲擊，冰雹最大直徑為5 cm，極大風(fēng)速達(dá)到12級(jí)。此后TBSS、旁瓣假回波、鉤狀回波消失。

圖2 "塘沽多普勒雷達(dá)1.58°仰角超級(jí)單體反射率因子情況

1.3 弓形回波反射率因子特征

21：30后TBSS和旁瓣假回波、鉤狀回波消失，標(biāo)志著強(qiáng)冰雹過(guò)程結(jié)束；21：42（圖3a）開始，超級(jí)單體出現(xiàn)后側(cè)入流缺口（RIN深灰箭頭），表明中高層西北風(fēng)強(qiáng)勁，強(qiáng)回波開始形成弓形，最大回波強(qiáng)度在

65 dBz以上，在單體的南端（A）和北端前側(cè)（B）生成雷暴單體；22：06（圖3c）A、B兩塊雷暴單體與超級(jí)單體合并形成完整的弓形回波，并形成兩個(gè)（深灰色、黑色箭頭）RIN；22：18（圖3d）弓形弧度更加明顯，弓形回波后側(cè)仍有兩個(gè)入流缺口，弓形回波中部強(qiáng)度仍在

65 dBz以上，弓形回波達(dá)到成熟階段；22：30（圖3e）弓形回波的南端曲率進(jìn)一步增大，RIN更加明顯，回波強(qiáng)度有所減弱；22：42（圖3f）弓形回波北部強(qiáng)度減弱，南部強(qiáng)度增強(qiáng)；22：54（圖3g）弓形回波曲率開始變小，表明弓形回波開始崩潰，南端回波強(qiáng)度增強(qiáng)，形成小弓形回波（深灰箭頭），北部強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，此時(shí)西青區(qū)遭遇極端風(fēng)雹天氣，風(fēng)力達(dá)到13級(jí)（41.4 m/s），并伴有直徑為1 cm的冰雹和短歷時(shí)強(qiáng)降水；23：06（圖3h）大的弓形回波演變成直線型回波，回波的南端強(qiáng)度仍在65 dBz以上，小的弓形回波曲率增大；23：18（圖3i）南端小弓形回波曲率進(jìn)一步增大；24：00回波入海后強(qiáng)度減弱。

1.4 最大垂直液態(tài)含水量（VIL）

由于云中垂直液態(tài)含水量超過(guò)天津機(jī)場(chǎng)雷達(dá)最大量程，VIL出現(xiàn)黑色中空區(qū)（圖4）。冰雹云中VIL均大于70 kg/m2。天津機(jī)場(chǎng)雷達(dá)VIL＞70 kg/m2也是判斷冰雹出現(xiàn)的良好指標(biāo)。

2 超級(jí)單體和弓形回波的徑向速度圖特征

2.1 超級(jí)單體的徑向速度圖特征

由于天津機(jī)場(chǎng)多普勒雷達(dá)距離下午超級(jí)單體較遠(yuǎn)，沒有識(shí)別出中氣旋，只對(duì)晚上的回波進(jìn)行速度圖分析。20：59（圖5a）雷達(dá)開始識(shí)別出單個(gè)中氣旋（白圈處），到21：30（圖5c）TBSS和旁瓣假回波維持階段，中氣旋特征明顯。

2.2 弓形回波的徑向速度圖特征

從21：43（圖5d）開始，雷達(dá)識(shí)別出2個(gè)以上中氣旋，表明超級(jí)單體演變?yōu)楣位夭?，正?fù)速度開始形成徑向輻合面；22：02（圖5e）徑向輻合面更加清晰，在輻合面附近識(shí)別出3個(gè)中氣旋；22：17（圖5f）輻合面中部呈弧形，表明上風(fēng)風(fēng)速較大；22：32（圖5g）輻合面弧度更加清晰；22：42（圖5h）輻合面兩側(cè)正負(fù)速度開始增大，負(fù)速度中心風(fēng)速達(dá)到13 m/s，正速度中心風(fēng)速為7.5 m/s；22：51（圖5i）弧形輻合面曲率進(jìn)一步增大，雷達(dá)識(shí)別出6個(gè)中氣旋，負(fù)速度中心風(fēng)速達(dá)到18.7 m/s，正速度中心風(fēng)速仍為7.5 m/s，使得西青區(qū)遭遇嚴(yán)重風(fēng)雹災(zāi)害；23：11（圖5j）弧形輻合面消失，雷達(dá)識(shí)別出最后一個(gè)中氣旋，隨后回波強(qiáng)度減弱。

3 冰雹云的RHI特征

冰雹云具有回波懸垂，高質(zhì)心，弱回波穹窿等特征。圖6為滄州雷達(dá)沿330°～150°方向反射率剖面圖，下午超級(jí)單體（a）強(qiáng)回波（65 dBz以上）的高度在9 km左右，雹云的回波高度達(dá)到15 km；晚上超級(jí)單體（b）強(qiáng)回波（65 dBz以上）的高度在8 km，強(qiáng)回波的高度均在-30 ℃溫度層附近；雹云的回波高度為14 km；均具有回波懸垂、高質(zhì)心、弱回波穹窿等特征。

4 結(jié)論與討論

對(duì)2020年6月25日京津冀地區(qū)罕見的風(fēng)雹災(zāi)害雷達(dá)回波特征等進(jìn)行詳細(xì)分析，得出以下結(jié)論：（1）風(fēng)雹的移動(dòng)方向具有直線型特點(diǎn)，與300 hPa高空風(fēng)的方向基本一致，對(duì)于高質(zhì)心的冰雹云而言，引導(dǎo)氣流偏高。（2）超級(jí)單體是大冰雹的主要載體。（3）弓形回波產(chǎn)生的極端大風(fēng)最強(qiáng)，弓形回波的中層、徑向速度輻合面對(duì)極端大風(fēng)有指示意義。（4）前側(cè)入流是超級(jí)單體發(fā)展和維持的能量來(lái)源，后側(cè)入流是弓形回波的主要特征。（5）尖頂狀假回波、三體散射、旁瓣回波等虛假回波現(xiàn)象是冰雹特有的雷達(dá)回波特征；3種假回波現(xiàn)象不一定同時(shí)出現(xiàn)，但只要出現(xiàn)尖頂狀假回波，就有冰雹產(chǎn)生，三體散射、旁瓣回波是大冰雹的回波特征；假回波的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，冰雹強(qiáng)度越強(qiáng)。（6）不同雷達(dá)、不同方位的垂直剖面，其回波特征不同。（7）最大垂直液體含水量（VIL值）＞70 kg/m2是產(chǎn)生冰雹的重要指標(biāo)。（8）超級(jí)單體具有中氣旋、回波墻、有界弱回波區(qū)、

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高懸垂強(qiáng)回波、弱回波穹窿、高層風(fēng)場(chǎng)輻散等雷達(dá)回波特征。（9）強(qiáng)回波伸展的高度層溫度越低（-30 ℃左右），冰雹速凍得越充分，冰雹強(qiáng)度越大。

參考文獻(xiàn)

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