風雹災害的雷達回波特征分析

摘 要：利用滄州、塘沽和天津機場三部多普勒雷達產品，對2020年6月25日發生在京津冀地區大范圍風雹災害進行詳細分析，得出風雹災害的主要雷達回波特征，如冰雹的反射率因子特征、超級單體和弓形回波的徑向速度圖特征、冰雹云的RHI特征。

關鍵詞：風雹災害；超級單體；弓狀回波；雷達回波特征

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

超級單體風暴是所有對流風暴中組織化程度最高、發展最為強烈、生命史最長的一種孤立深厚的對流風暴。超級單體風暴的形成、發展及傳播方式各有不同，但風暴內出現的中氣旋是其最突出的共同特征[1]。強雹暴天氣的雷達回波結構演變特征主要包括弱回波區、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量的空氣，并通過垂直動量交換和水成物蒸發等作用，加大近地面出流強度。

1 冰雹的反射率因子特征

1.1 強冰雹云具有三體散射長釘特征

超級單體從16：30開始出現三體散射長釘（TBSS）；

16：48（圖1a）TBSS的長度達60 km（灰色箭頭），最大反

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

17：30（圖1b）TBSS的長度為55 km，入流缺口更加明顯；18：18（圖1c）TBSS的長度達到75 km，蠡縣出現最大直徑為3.5 cm的大冰雹；19：00（圖1d） TBSS的長度為70 km，肅寧也出現直徑為3.5 cm的大冰雹，此時超級單體正處于雷達站正西，TBSS與入流缺口的兩側回波呈對稱結構特征；19：42（圖1e）TBSS的長度為55 km；從16：48—19：42，超級單體處于成熟階段；20：30（圖1f）TBSS的長

度明顯變短，回波強度明顯減弱，此后TBSS消失。TBSS

維持的時間長達4 h，超級單體所經過的地區，普遍遭遇雷雨、大風、冰雹、短歷時強降水等強對流天氣。前側入流是超級單體發展和維持的主要能量來源。

圖1 "滄州多普勒雷達1.484°仰角超級單體反射率因子情況

1.2 強冰雹云具有三體散射長釘、旁瓣假回波、鉤狀回波特征

從21：00開始出現TBSS，21：06（圖2a）既出現TBSS

（黑色箭頭），又出現旁瓣假回波（灰色箭頭），還出現前側入流缺口（深灰色箭頭處），最強回波強度在

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

圖2 "塘沽多普勒雷達1.58°仰角超級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，標志著強冰雹過程結束；21：42（圖3a）開始，超級單體出現后側入流缺口（RIN深灰箭頭），表明中高層西北風強勁，強回波開始形成弓形，最大回波強度在

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

65 dBz以上，弓形回波達到成熟階段；22：30（圖3e）弓形回波的南端曲率進一步增大，RIN更加明顯，回波強度有所減弱；22：42（圖3f）弓形回波北部強度減弱，南部強度增強；22：54（圖3g）弓形回波曲率開始變小，表明弓形回波開始崩潰，南端回波強度增強，形成小弓形回波（深灰箭頭），北部強度進一步減弱，此時西青區遭遇極端風雹天氣，風力達到13級（41.4 m/s），并伴有直徑為1 cm的冰雹和短歷時強降水；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一步增大；24：00回波入海后強度減弱。

1.4 最大垂直液態含水量（VIL）

由于云中垂直液態含水量超過天津機場雷達最大量程，VIL出現黑色中空區（圖4）。冰雹云中VIL均大于70 kg/m2。天津機場雷達VIL＞70 kg/m2也是判斷冰雹出現的良好指標。

2 超級單體和弓形回波的徑向速度圖特征

2.1 超級單體的徑向速度圖特征

由于天津機場多普勒雷達距離下午超級單體較遠，沒有識別出中氣旋，只對晚上的回波進行速度圖分析。20：59（圖5a）雷達開始識別出單個中氣旋（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，雷達識別出2個以上中氣旋，表明超級單體演變為弓形回波，正負速度開始形成徑向輻合面；22：02（圖5e）徑向輻合面更加清晰，在輻合面附近識別出3個中氣旋；22：17（圖5f）輻合面中部呈弧形，表明上風風速較大；22：32（圖5g）輻合面弧度更加清晰；22：42（圖5h）輻合面兩側正負速度開始增大，負速度中心風速達到13 m/s，正速度中心風速為7.5 m/s；22：51（圖5i）弧形輻合面曲率進一步增大，雷達識別出6個中氣旋，負速度中心風速達到18.7 m/s，正速度中心風速仍為7.5 m/s，使得西青區遭遇嚴重風雹災害；23：11（圖5j）弧形輻合面消失，雷達識別出最后一個中氣旋，隨后回波強度減弱。

3 冰雹云的RHI特征

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

4 結論與討論

對2020年6月25日京津冀地區罕見的風雹災害雷達回波特征等進行詳細分析，得出以下結論：（1）風雹的移動方向具有直線型特點，與300 hPa高空風的方向基本一致，對于高質心的冰雹云而言，引導氣流偏高。（2）超級單體是大冰雹的主要載體。（3）弓形回波產生的極端大風最強，弓形回波的中層、徑向速度輻合面對極端大風有指示意義。（4）前側入流是超級單體發展和維持的能量來源，后側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象是冰雹特有的雷達回波特征；3種假回波現象不一定同時出現，但只要出現尖頂狀假回波，就有冰雹產生，三體散射、旁瓣回波是大冰雹的回波特征；假回波的長度越長，冰雹強度越強。（6）不同雷達、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是產生冰雹的重要指標。（8）超級單體具有中氣旋、回波墻、有界弱回波區、

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

參考文獻

[1] 俞小鼎，鄭媛媛，廖玉芳，等.一次伴隨強烈龍卷的強降水超級單體風暴研究[J].大氣科學，2008（3）：508-522.

[2] 朱敏華，俞小鼎，夏峰，等.強烈雹暴三體散射的多普勒天氣雷達分析[J].應用氣象學報，2006（2）：215-223.

[3] 俞小鼎，張愛民，鄭媛媛，等.一次系列下擊暴流事件的多普勒天氣雷達分析[J].應用氣象學報，2006（4）：385-393.

[4] 覃靖，潘海，劉蕾.柳州“4·09”致災冰雹的超級單體風暴過程分析[J].氣象，2017，43（6）：745-755.