闽西南地区一次春季降雹过程的双偏振参量及降水粒子谱特征
一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析
一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析暴雨是一种极端天气现象，具有短时间内强降雨、猛烈扰动和广泛影响的特点。
通过对暴雨过程的分析，可以更好地理解其形成机制、特征以及对社会和生态环境的影响。
本文将基于C波段双偏振雷达资料，对一次极端特大暴雨天气过程进行分析。
首先，我们需要了解C波段双偏振雷达在暴雨过程中的应用。
C波段双偏振雷达是一种主要用于天气雷达观测的仪器，可以获取降水粒子的垂直和水平分布特征。
通过观测降水粒子的偏振信号，可以对不同类型的降水粒子进行识别和定量化分析。
以某地区一次极端特大暴雨为例，分析该过程中降雨的分布特征和演变规律。
在暴雨发展初期，C波段双偏振雷达可以观测到大量的小尺度回波信号，表明降雨开始发展。
通过分析垂直剖面图，可以发现暴雨云体的顶部高度较高，降水粒子的聚集程度较低，说明降雨过程处于初期阶段。
随着时间的推移，降雨逐渐加强。
C波段双偏振雷达可以观测到回波信号强度的增加以及降水粒子的聚集度的提高。
根据水平偏振率的变化，可以判断降水粒子的形态和类型。
在暴雨过程中，通常会出现强降雨和冰雹等极端天气现象。
通过分析雷达的差分反射率和差分相位，可以精确识别出冰雹区域，并了解冰雹的大小和密度。
另外，C波段双偏振雷达还可以提供降水速度和方向的信息，通过这些信息可以研究风场对降雨的影响。
风场对暴雨过程的发展和演变起着重要的作用。
通过分析降水速度和降水方向的变化，可以了解暴雨过程中风的强度和变化态势。
同时，还可以通过雷达回波的时序监测和数据对比，分析降水带的移动路径和速度，为预警和防灾工作提供参考。
最后，C波段双偏振雷达还可以提供云滴和降水粒子的尺寸和分布特征。
通过分析雷达的差分反射率和差分相位，可以判断不同粒径的降水粒子在不同高度上的分布。
通过建立降水粒子粒径谱，可以定量计算降水粒子的数量和粒径分布。
这些信息对于研究暴雨过程的强度、持续时间和空间分布具有重要意义。
双偏振雷达在冰雹天气中的应用分析
河南科技Henan Science and Technology 地球与环境总782期第十二期2022年6月双偏振雷达在冰雹天气中的应用分析李新新商建于国强（盐城市气象局，江苏盐城224000）摘要：本研究利用双偏振雷达资料、常规观测资料和ERA5再分析资料对2019年7月6日和2021年4月30日江淮地区的两次强对流天气过程进行诊断分析。
结果表明：①两次冰雹均发生在高空冷涡加深南下的环流形势下，上冷下暖的温度差动平流有利于不稳定能量在冰雹区积聚，形成了较大的对流有效位能；强对流由地面辐合线触发。
②强的垂直风切变使对流加强和维持，合适的0℃和-20℃层高度提供了冰雹形成的必要条件。
③超级单体降雹具有“三体散射”和“钩状回波”特征，反射率因子核心达65dBZ以上，垂直方向可见低层弱回波区和中高层回波悬垂。
④强反射率因子、低差分反射率因子和较低相关系数可指示冰雹，并与差分相移率出现缺值相互印证。
关键词：冰雹；双偏振；冷涡中图分类号：P412.25文献标志码：A文章编号：1003-5168（2022）12-0116-04 DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2022.12.024Application Analysis of Dual Polarization Radar in Hail WeatherLI Xinxin SHANG Jian YU Guoqiang(Yancheng Meteorological Office,Yancheng224000,China)Abstract:Based on the dual-polarized radar data,conventional observation data and ERA5reanalysis data,two severe convective weather processes in Jianghuai area on July6,2019and April30,2021were analyzed.The results show that:①Both processes occurred under the circulation of cold vortex deepened to south.The temperature differential advection between the upper cold and the lower warm was condu‑cive to the accumulation of unstable energy,which formed a large Convective available potential energy; and the surface convergence line triggered severe convection.②Heavy vertical wind shear strengthened and maintained the convection.Appropriate0℃and-20℃layer height provided the necessary condi‑tions for the formation of hail.③The supercell storm had the characteristics of"Three Body Scatter Sig‑nature"and"hook echo",the reflectivity factor core of hail cloud was more than65dBZ,and the low-level weak echo area and high-level echo suspension could be seen in vertical direction.④High reflec‑tivity factor,low Z DR and low CC can indicate hail,which is mutually confirmed with missing value of K DP.Keywords:hail;dual polarization;cold cortex0引言冰雹是由强对流系统造成的一种剧烈天气现象，其出现的范围虽然较小，生命史较短，但来势猛、强度大，给社会经济尤其是农业生产带来严重影响，甚至威胁到人们的生命财产安全，是影响江苏地区的主要灾害性天气之一［1］。
滇西北一次降雹过程的多普勒天气雷达回波特征分析
滇西北一次降雹过程的多普勒天气雷达回波特征分析张崇莉;赖云华;杨有仁;濮蝶天【摘要】Doppler radar echo data of Lijiang and Micaps conventional observation data were used to analyze a regional hail process occurred in the afternoon on 14 June 2011 in Lijiang city of northwest Yunnan.The main results are as follows： this hail process occurred in the weather situation that the upper atmosphere was controlled by northwest flow and lower atmosphere was influenced by convergence zone with accompanying of backflow of cool air on the surface as well as the unique topography condition.In the basic reflectivity factor figure,hail cloud echo shows the linear arrangement and patch,and hooked echo appears when development of hail cloud is too strong.On the VCS（vertical cross section）vertical profiles chart,the strong echo nucleus reaches 6-10 km highly,and presents the echo wall characteristics.On the basic radial velocity imagethe adverse wind area and mesoscale convergence zone can be seen inhail cloud development stage,VIL（vertically integrated liquid water content） values will be increased continuously in a leap in varying degrees before the hail occurring,and when the valures reach 35 kg.m-2 hail will begin.The upper air presenting northerly air current on the VWP （VAD wind profile） chart is chief feature when the hail appeared in Lijiang.%利用丽江新一代天气雷达回波资料,结合Micaps常规观测资料,对2011年6月14日下午出现在滇西北高原丽江市一区三县的区域性冰雹过程进行分析。
一次冰雹过程的双线偏振雷达回波特征分析
一次冰雹过程的双线偏振雷达回波特征分析摘要:2019年4月24日温州机场及周边地区出现了一次冰雹、短时强降水天气过程，分析表明，此次天气过程是低层暖湿急流配合地面倒槽加强后，遇到中层干冷空气的侵入产生的，较强的垂直风切变也为大冰雹的形成提供了有利条件。
利用雷达产品可以分析出，午后在文成附近生成的对流云团发展迅速，该云团在移动过程中出现了一次分裂，分裂后两块云团具有不同的旋转特征，右移的对流单体发展成为超级单体，并造成了本次冰雹过程。
分析双线偏振雷达中的偏振参数，可以看出冰雹特征明显，冰雹在下落的过程中出现了部分融化，增强了降水强度。
关键词：冰雹超级单体风暴双线偏振雷达相态变化短时强降水1.引言2019年4月24日下午15:20-15:30温州机场出现了一次冰雹天气，并伴有短时强降水，此次过程共12架飞机受到损伤，其中2架损伤超标，其余均临时修复或保留放行，气象自动观测设备也受到损坏，经观测员测量，冰雹直径为50mm，重量29g。
温州机场自开通以来，仅出现过三次冰雹天气，随着温州机场航班量的不断增长，此类灾害性天气过程可能造成的损失也在放大，所以提前预警此类天气就显得尤为重要。
借助温州双线偏振雷达的产品和高空地面资料对此次过程进行分析，着重分析双线偏振雷达在监测冰雹和短时强降水等强对流天气中的应用，为预报员在今后监测预警强对流天气过程中提供参考。
1.天气背景1.天气图分析24日08时东亚地面图上，北方冷空气主体位于贝加尔湖以东地区，前沿已扩散到我国渤海至华北一线，西南倒槽从广西南部一直向北延伸到华北南部，中东部地区为倒槽前部的弱气压场控制着，此片区域出现了大面积的大雾天气，说明地面湿度十分高。
高空图上，850hPa冷高压位置与地面图上相似，高压前部的冷平流也扩散至渤海湾至华北一线，低压槽区控制着华北南部至华南地区，本场处于弱切变线南侧的西南气流之中，华南急流已发展到福建中部。
700hPa上贝加尔湖以东地区为高压脊，我国的中部地区为一致的西北气流，胶东半岛以南至两湖地区有一条切变线，切变北侧有弱冷平流随之南下。
闽北一次罕见冰雹过程雷达回波特征分析
闽北 一次 罕见 冰 雹过 程 雷达 回波特 征 分析
李冬梅 ， 黄 国力 ， 余建华
Ｆ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ３ ５ ３ ０ ０ ０ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ
Ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｗｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｄ ａ ｔ ａ ｗａ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ — ｌ ｙ ｚ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｉ ｌ ｃ ｌ ｏ ｕ ｄ ｅ ｃ ｈ ｏ
摘要 应 用新一代天 气雷达 资料对一 次影 响闽北的雹 云回波特征进行 分析 、 总结， 结果表
明该 次降雹属 于南支槽型 中的低空切 变降雹 。５ ０ ０ ｈ Ｐ ａ中高纬地 区的一槽 一脊型和西太平 洋副热 带高压 的稳 定维持 为该次降雹过程提供有利 的环流背景。低层有逆温层 ， 层 结曲线 与露点 曲线之间呈向上开 口喇叭状的下湿上干配置有利 于产生冰雹等 强对流天气。雹云 Ａ 是影 响闽北 最强 的一块雹云 回波， 具有回波 强度 强、 强 回波区面积大 、 维持 时 问长、 并 出现 “ 三体散射” 现 象、 逐体扫垂直积分液 态水含量（ ｖ Ｉ Ｌ ） “ 跃增” 及 速度“ 逆风 区” 等特征 。
支 ≥３ ２ ｍ ／ ｓ的西南风高 空急流 ，急流
中心 在 福 建 省 邵 武 上 空 ， 达 ３ ８ ｍ ／ ｓ ； 闽
Hale Waihona Puke ｉ ｇ ｏ ｎ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ
闽南一次超级单体风暴双偏振特征分析
2020年4月第4期总第160期海峡科学Straits ScienceApril 2020No.4,Total 160th闽南一次超级单体风暴双偏振特征分析∗崔梦雪1,2㊀张晗昀1,2㊀张㊀伟1,2㊀郑㊀辉1,2㊀陈德花1,2(1.海峡气象开放实验室,福建㊀厦门㊀361012;2.厦门市气象台,福建㊀厦门㊀361012)[摘要]利用厦门S 波段双偏振雷达和常规观测资料,对2019年5月16日闽南地区一次超级单体风暴进行了分析㊂研究表明,此次过程发生在高空冷槽入侵副高外围,地面暖倒槽内东南㊁西南两支气流交汇的形势下㊂成熟阶段超级单体伴有钩状回波㊁左前侧入流与右前侧出流V 型缺口,弱中气旋,以及明显的有界弱回波区和回波悬垂㊂偏振观测表明,冰雹的水平反射率因子大㊁差分反射率因子与差分传播相移在零值附近,相关系数低(0.85~0.9)㊂风暴前侧下沉气流东边界(水平反射率因子梯度高值区)存在一条浅薄的差分反射率因子弧,主要由大雨滴构成,对超级单体的形成具有一定预示性,而前侧入流缺口存在差分反射率因子柱,可用于指示强上升气流的位置㊂三体散射回波的双偏特征表现为相关系数的低值区,及靠近强回波一侧差分反射率因子大值区与远离强回波一侧差分反射率因子低值区㊂[关键词]双偏振雷达㊀超级单体㊀冰雹[中图分类号]P412.25[文献标识码]A[文章编号]1673-8683(2020)04-0003-08∗基金项目:国家自然科学基金项目 台湾海峡西岸海风锋的客观识别及对强对流触发机理研究 (编号:41705045)㊂通讯作者:陈德花,E -mail:497075676@㊂㊀㊀冰雹㊁雷暴大风㊁短时强降水等强对流天气大多是由强风暴产生,超级单体风暴作为其中发展最为旺盛的对流风暴系统,一直是气象学重要的研究对象之一㊂20世纪60年代,Browning 等[1]对超级单体风暴做了很多开创性的研究㊂随着多普勒天气雷达在研究中的应用,超级单体风暴的旋转特性被充分揭示㊂Browning [2]建议重新定义超级单体风暴为具有中气旋的对流单体;Doswell 等[3]指出,具有深厚持久的中气旋的对流风暴才是超级单体,得到了广泛认可㊂随后,大量研究验证了超级单体的形态特征,如钩状回波㊁弱回波区或有界弱回波区和悬垂回波等特征㊂过去大量研究多集中于超级单体风暴的结构描述,而对其云物理过程缺乏有效观测手段㊂自Seliga 等[4]1976年提出双偏振探测理论之后,双偏振雷达探测技术日益完善,在研究云内粒子相态㊁识别冰雹云等方面有较好的应用价值㊂超级单体风暴中包含多种降水粒子,云物理过程更加复杂,在偏振观测中有许多独特的现象㊂Hall 等[5]观测到对流风暴中存在差分反射率因子(Z DR )柱㊂Loney 等[6]在超级单体风暴中观测到了差分传播相移(K DP )柱㊂Balakrishnan 等[7]研究表明,随着冰雹尺寸增大,相关系数会变小㊂刘黎平等[8]指出,负Z DR 对应大冰雹区㊂Kumjian 等[9]总结了超级单体风暴的偏振观测特征:Z DR 弧㊁Z DR 柱㊁K DP 柱和CC 环,得到大量证实[10]㊂上述研究和结论对开展强对流天气成因分析和监测预警发挥了重要作用㊂2019年5月16日下午闽南地区出现了短时强降水㊁雷暴大风等强对流天气,漳州龙海最大小时降水量达76.4mm,厦门同安出现19.1m /s (8级)阵风㊂雷达监测表明,这次过程主要是由3个强风暴引起,其中最强的单体是非常典型的超级单体风暴,并于17ʒ02显示冰雹强回波及地,但此次过程实况未监测到冰雹,分析可能是降雹点位于漳州华安县碧溪村山区,人口稀少缺乏观测㊂因此,本文利用双偏振多普勒天气雷达和常规观测资料,从天气背景㊁回波演㊃3㊃HAI XIA KE XUE海峡科学2020年第4期变和偏振特征等方面,对该超级单体进行分析㊂图1㊀2019年5月16日闽南地区超级单体风暴路径1㊀资料来源及说明厦门海沧S 波段双偏振多普勒天气雷达位于厦门市海沧区蔡尖尾山(24.5ʎN,118ʎE),于2016年6月开始试运行,是我国首部双发双收的双偏振雷达(即同步发射和接收水平偏振波和垂直偏振波),相较于新一代多普勒天气雷达,其径向分辨率由1000m 提升到250m,可提供更为精细的回波结构,雷达参数详见表1㊂表1㊀海沧双偏振雷达主要参数主要参量参数天线直径8.5m 波束宽度0.93ʎ工作频率2880MHz 输出功率ȡ650kW 脉冲宽度 1.57μs,4.57μs 脉冲重复频率644~1282Hz 接收机噪声系数ɤ4.0dB 动态范围ȡ85dB 探测范围460km,230km距离分辨率250m2㊀天气形势15日20时500hPa 高空图上,副热带高压控制整个华南地区,闽南位于588线边缘,华北黄淮有冷切南下,16日08时福建上空有温度槽生成,700hPa 江淮切变线从川东延伸到安徽中部㊂850hPa 江苏南部有低涡形成,华南地区西南气流加大,850hPa 到925hPa 增温明显㊂200hPa 南亚高压位于中南半岛,闽南处于南亚高压东侧分流辐散区㊂这种高低层配置为强对流提供了有利的动力抬升条件,同时上冷下暖层结进一步加剧了对流不稳定形势㊂地面上14时福建处于低压倒槽暖区内,午后闽南地区地面气温上升至32ħ,广东东部为西南风,福建沿海为东南风,两支气流在闽南交汇,形成的辐合线有利于闽南午后对流的发展㊂图2㊀2019年5月16日08时中尺度天气分析3㊀强对流发生发展条件分析16日08时汕头站与厦门站探空呈上干下湿结构(图3),汕头站对流有效位能达2614J /kg,用最不稳定层订正之后达3120J /kg,厦门站08时对流有效位能为849J /kg,订正后达到2095J /kg,为强对流的发生提供了有利的不稳定条件㊂厦门站近地面存在逆温层结,配合地面加热,利于不稳定能量的累积㊂汕头站与厦门站0ħ层高度为5.0km,-20ħ层高度分别为8.4km㊁8.3km,高度较高,与5月中旬温度较高有关,冰雹发展需要的上升运动更强,同时在下落过程中出现融化难以产生强冰雹的可能性较大,但在云体发展过程中也可能出现局地0ħ层高度的降低㊂从垂直风切变看,汕头站与厦门站0~6km 垂直风切变在14m /s,切变值在2.3ˑ10-3s -1,为中等强度垂直风切变,较利于对流组织化发展㊂配合低层风随高度顺转,有暖平流,高层风随高度逆转,有冷平流,这种高低空配置有利于强对流天气过程的发生发展㊂㊃4㊃2020年第4期海峡科学HAI XIA KE XUE(a)汕头站(b)厦门站图3㊀2019年5月16日08时探空4㊀雷达回波演变特征2019年5月16日14ʒ32该风暴在广东大埔生成,之后向东偏北方向移动进入福建㊂15ʒ58回波中心强度达到65dBz,强中心出现在3~4km高度,在速度图上,1.5ʎ㊁2.4ʎ仰角上出现旋转特征,旋转速度为10m/s,达不到中气旋标准,此后强回波及中气旋缓慢向上扩展㊂16ʒ50回波前侧反射率因子梯度加大,低层左前侧出现勾状回波特征,并伴有左前侧入流与右前侧出流V型缺口(图4b㊁4d),强中心向上伸展到5~12km 高度(-30ħ~0ħ),剖面图上可以看到反射率因子从低到高向低层入流方向倾斜的特征,有明显有界弱回波区和悬垂回波(图5e)㊂VIL达58.5kg㊃m-2,9.9ʎ仰角上三体散射长达36km㊂速度图上有明显的中气旋特征(图4h),伸展高度达6km,6ʎ仰角上转动速度为14m/s,中气旋半径8km,距离雷达50km,根据中气旋判定标准为弱中气旋标准,综合判断16ʒ50前后强对流风暴发展成为超级单体㊂16ʒ56超级单体强度达到顶峰,最大反射率因子达76.5dBz,强中心高度在2~9km,较前时次有所下降,三体散射最长达40km(图8a)㊂17ʒ02强回波质心下降明显,中气旋特征消失, 0.5ʎ仰角上(0.8km高度)回波强中心反射率因子达68.5dBz(图4c),表明冰雹已经降至相当低的高度㊂17ʒ07回波呈团状,低层入流缺口消失,强回波高度下降,三体散射长度大大减小,垂直积分液态水含量迅速下降㊂随后该回波与前侧强回波合并,低层入流切断强度减弱,逐渐形成多单体风暴向东北方向移动,经厦门同安,19时之后消失在泉州南安,共维持4个多小时㊂此次超级单体风暴回波强度强,但观测中没有出现冰雹,这里有两种可能性,一种是的确没有下大冰雹,第二种可能性是下了大冰雹但没有被观测到㊂Witt等[11]认为,判断大冰雹的主要判据是检验-20ħ高度上有无超过45dBz的反射率因子核㊂此次过程8km(-20ħ高度)以上反射率因子核强度超过65dBz,最强反射率因子超过75dBz,这么强的回波只有大冰雹才能产生㊂Lemon[12]指出,三体散射的出现是大冰雹存在的充分条件和非必要条件,三体散射出现后10~30分钟往往会产生最大的地面降雹和大风㊂此次过程三体散射长钉最长达40km,均支持大冰雹存在的可能㊂且17ʒ02大于60dBz的回波区域一直延伸到距地面1km以内,0.5ʎ仰角上(0.8km高度)回㊃5㊃HAI XIA KE XUE 海峡科学2020年第4期波反射率因子达到68.5dBz,在距地面1km距离内完全融化的可能性较小,但实况未监测到冰雹,综合考虑可能是降雹点位于漳州华安县碧溪村山区,人口稀少缺乏观测㊂图4㊀2019年5月16日16ʒ27(a ,e )㊁16ʒ50(b ,f )㊁17ʒ02(c ,g )0.5ʎ(a ~c )㊁6.0ʎ(e ~g )仰角水平反射率因子;16ʒ501.5ʎ(d )㊁6.0ʎ(h )仰角径向速度5㊀双偏振特征分析双偏振雷达在粒子相态识别上有显著优势,对冰雹落地之前是否完全融化还是部分融化的可能性进行判断,下面将通过分析风暴的双偏振特征,进一步判断降水粒子的形状㊁相态等特征㊂5.1㊀差分反射率因子Z DR 特征演变差分反射率因子Z DR 是水平极化雷达反射率因子Z H 与垂直极化雷达反射率因子Z V 之比的对数,反映粒子的形状㊁空间取向及相态信息㊂对于冰雹而言,其尺寸较大,形状不规则,在下落过程中会出现上下翻滚,Z DR 趋于甚至小于0,负Z DR 是冰雹区的特征,同时Z H 一般很大[16]㊂在风暴初生发展阶段,雷达反射率因子Z H <60dBz,Z DR 在1~4dB (图5a),表明单体内以水滴为主,从垂直剖面可以看到,单体发展高度较低,内部大部以小雨滴为主,但是在垂直发展最为旺盛的区域,Z DR 可达4~5dB (图5g),可能是暖云降水的碰撞与合并过程产生的大雨滴㊂风暴成熟阶段,单体中高层(距地面6~11km)Z H >60dBz,Z DR 值在-1~1dB (图5h),说明单体内部已经有冰雹的存在,而在回波穹隆,存在Z DR >4dB 的大值区,可能是极少量融化的冰相粒子下落过程中重新卷入上升运动区,在回波墙附近Z H 与Z DR 同时较大,可能是一部分冰雹在下落 上升的往复过程中逐渐远离强上升气流区时,融化成大雨滴或外包水膜的冰雹并在回波墙附近下落㊂降雹阶段,0.5ʎ仰角上(距地面0.8km)回波中心Z H >60dBz,Z DR 在零值附近(图5c),表明冰雹可能已经降落到地面但范围较小㊂在剖面图上Z DR <0区域高度大大降低(图5i),17ʒ10长泰陈巷镇10min降水10.6mm,气温下降1.6ħ㊂5.2㊀Z DR 弧与Z DR 柱差分反射率弧(Z DR 弧)是超级单体最明显的低层偏振特征,往往出现在前侧下沉气流(Forward Flank Downdraft,简称FFD)的南侧,为一条细长而浅薄的带状回波[9]㊂数值模式认为,Z DR 弧与超级单体的粒子分选机制有关,小粒子相较于大粒子拥有较小的下落末速度,被平流输送的距离要比大粒子更㊃6㊃2020年第4期海峡科学HAI XIA KE XUE远,导致大粒子主要出现在FFD 南侧㊂此次过程中,在超级单体成熟及降雹阶段,在低层FFD 东侧边界存在3~4dB 的弧状Z DR 大值带(图5b),同时也是水平反射率因子梯度较大的区域㊂该弧状ZDR 大值带较为浅薄,仅出现在0.5ʎ~2.4ʎ仰角,即距地面2km 以图5㊀2019年5月16日16ʒ27(a ,d ,g )㊁16ʒ50(b ,e ,h )㊁17ʒ02(c ,f ,i )的0.5ʎ仰角差分反射率因子(a ~c ,黑色等值线:30㊁40㊁50㊁60dBz 水平反射率因子)㊁水平反射率因子剖面(d ~f )及差分反射率因子剖面(g ~i )下,这与潘佳文等[13]的研究一致㊂从粒子相态识别看,Z DR 弧上主要由大雨滴构成,应证了超级单体的粒子分选机制㊂不同的是,Kumjian 等[9]研究认为,北美地区的Z DR 弧主要位于FFD 南边界,而此次超级单体Z DR 弧则位于FFD 东侧边界,这主要与环境风场差异有关[14]㊂从时间上来看,16ʒ45在1.5ʎ仰角上已出现Z DR 弧特征,而此时回波仍为多中心结构,未形成钩状回波的特征,下一时刻16ʒ50钩状回波形成,单体发展成为超级单体风暴,表明Z DR 弧的出现对超级单体的形成有较好的预示性㊂Z DR 柱与上升气流有关,位于雹暴的入流侧或者上升气流边缘,即有界弱回波区或入流缺口,是雨滴被上升气流带入云中较冷的区域后冻结且失去取向稳定导致的Z DR 值迅速降低[14]㊂在单体发展旺盛及成熟阶段,可以观测到ZDR >1dB 的柱状回波,伸展高度可到6~7km 左右(图5h),超过湿球温度0ħ层高度(5km),表明有强上升气流存在㊂而在单体降雹阶段,㊃7㊃HAI XIA KE XUE 海峡科学2020年第4期Z DR 柱消失,在湿球温度0ħ层高度,Z DR 降低到0dB 以下,预示着冰雹粒子的降落㊂分析表明Z DR 柱与强上升气流有很好的对应关系㊂研究Z DR 柱与Z DR 弧的位置发现,两者并不重合,Z DR 柱出现在前侧入流缺口(Front Inflow Notch,简称FIN),而Z DR 弧出现FFD 东侧边界㊂5.3㊀相关系数特征演变相关系数(CC)是反映一次脉冲累积时间段内水平和垂直极化脉冲相似程度的测量值,大小与粒子的轴比㊁倾斜角㊁形状不规则性以及相态有关,一般大部分气象回波CC 值高于0.95,小冰雹CC 值一般在0.9~0.95,大冰雹和冰水混合区CC 值低于0.9[9]㊂在单体发展初期,低层CC >0.98(图6a),中上层(距地面4~7km)CC 值降到0.9~0.95(图6d),粒子分类显示以霰和干雪为主㊂单体成熟阶段,0.5ʎ仰角上开始出现0.92~0.95的CC 低值区(图6b),表征着强烈的入流区,中层未见明显的CC 环结构㊂Kumjian 等[9]认为,超级单体低层强入流常造成地面树叶㊁杂草㊁昆虫等被吸入上升气流,与降水粒子混合在一起造成超级单体低层入流区附近CC 值降低㊂在垂直剖面图上(图6e),回波穹隆CC 值为0.6~0.85,表征强上升气流带来的非气象回波混合,穹隆上方(距地面6~9km)CC 值在0.85~0.9之间,Z DR 在-1~4dB 之间,表明大冰雹和冰雹外包水膜混合,而在回波顶(距地面9~14km)CC >0.9,Z DR 在-1~1dB 之间,粒子分类表明以霰和冰晶为主㊂单体降雹阶段,0.5ʎ仰角上(距地面0.8km)反射率因子核区域CC 低至0.85(图6c),出现0.85~0.9的CC 低值区,同时Z H >60dBz,Z DR 在0dB 附近,表明大冰雹降至相当低的高度㊂CC 降低主要是冰雹粒子的外包水膜㊁冰粒和水滴的不同尺寸㊁不同轴比混合在一起以及冰雹在下落过程中的翻滚,水平和垂直偏振信号相关性较差[15]㊂从垂直剖面图上同样可以看到,1km 高度处有0.85~0.9的CC 低值区(图6f),预示着冰雹降至地面,在距地面2~5km 高度CC 值在0.85~0.95之间,向下迅速增加到0.95以上,应为大冰雹在下落过程中部分融化为大雨滴或外包水膜的冰雹,但仍有小部分冰雹到达地面㊂图6㊀16ʒ27(a ,d )㊁16ʒ50(b ,e )㊁17ʒ02(c ,f )0.5ʎ仰角相关系数(a ~c ,黑色等值线:30㊁40㊁50㊁60dBz 水平反射率因子)㊁相关系数剖面(d ~f )5.4㊀差分传播相移K DP差分传播相移K DP 是指水平极化脉冲与垂直极化脉冲传播常数差,表征不同偏振的传播路径上,因传播系数不同引起的相位变化,冰雹的K DP 值在0附近[16]㊂由于K DP 产品与CC 相关,当CC <0.9时,不计算K DP 产品,K DP 产品会出现一些 空洞 ,因此㊃8㊃2020年第4期海峡科学HAI XIA KE XUEK DP产品在分析冰雹演变时存在缺陷[10]㊂在单体发展阶段,K DP值在0.5~3.6ʎ/km(图7a)㊂成熟阶段单体低层K DP值增大(图7b),表明了雨滴的增长,而中上层(距地面6~11km)K DP<0ʎ/km,判断该区域有冰雹㊂降雹阶段,0.5ʎ仰角上出现K DP 空洞 (图7c), 空洞 周围为K DP大值区,外围K DP较小,表明近降雹区周围为大雨滴区,而回波外围为小雨滴㊂图7㊀2019年5月16日16ʒ27(a)㊁16ʒ50(b)㊁17ʒ02(c)0.5ʎ仰角差分传播相移(黑色等值线:30㊁40㊁50㊁60dBz水平反射率因子)5.5㊀三体散射长钉双偏振特征三体散射是雷达发射的电磁波一部分被冰雹向四周散射,其中散射到地面的电磁波经地面反射后,部分能量再次被冰雹散射回雷达天线形成㊂16ʒ45~17ʒ02单体出现明显三体散射,其中16ʒ56回波强度达到最强,9.9ʎ仰角上三体散射长度达到40km(图8a),回波强度最强达到25dBz㊂在ZDR图上表现为靠近强回波一侧ZDR>5dB的大值区与远离强回波一侧ZDR在-4~0dB的低值区(图8b),在CC图上表现为低于0.8的非气象回波(图8c)㊂图8㊀2019年5月16日16ʒ56的9.9ʎ仰角水平反射率因子(a)㊁差分反射率因子(b)及相关系数分布(c)6㊀结论与讨论(1)此次超级单体风暴发生在高空冷槽入侵副高外围,地面暖倒槽内午后增温明显,东南㊁西南两支气流在闽南地区辐合的形势下,配合高的对流有效位能,上干下湿层结,中等垂直风切变,有利于强对流天气的发生发展㊂(2)超级单体成熟阶段,低层出现钩状回波结构,单体左前侧和右前侧出现V型缺口,分别表征左前侧入流与右后侧出流,这与经典超级单体低层入流常位于右后侧有所不同㊂回波最大反射率因子达到76.5dBz,三体散射明显,伴有弱中气旋生成,垂直剖面上呈现出明显的有界弱回波区和回波悬垂㊂(3)偏振观测表明,在单体成熟阶段,低层出现㊃9㊃HAI XIA KE XUE海峡科学2020年第4期表征强入流的CC低值区(0.92~0.95);回波墙附近ZH与Z DR同时较大,可能是大雨滴或外包水膜的冰雹;回波穹隆Z DR>4dB,CC值在0.6~0.85之间,应为少量大雨滴或外包水膜的冰雹与强上升气流带来的非气象回波混合;回波顶(距地面9~14km)CC> 0.9,Z DR在-1~1dB之间,粒子分类表明以霰和冰晶为主㊂冰雹的水平反射率因子大㊁差分反射率因子与差分传播相移在零值附近,相关系数低(0.85~ 0.9)㊂(4)在超级单体低层FFD东侧边界附近(也是水平反射率因子梯度较大的区域)观测到细长而浅薄的Z DR弧,主要由大雨滴构成,其形成早于钩状回波的出现,对超级单体的形成有较好的预示性㊂Z DR柱出现在FIN,表征强上升气流的存在,对单体发展有较好的指示性㊂Z DR柱与Z DR弧位置并不重合㊂(5)三体散射双偏特征表现为靠近强回波一侧Z DR>5dB的大值区与远离强回波一侧Z DR在-4~0dB 的低值区,在CC图上表现为低于0.8的非气象回波㊂需要指出的是,本文仅是对一次超级单体过程的个例分析,上述偏振特征以定性分析为主,粒子分类方式也是雷达业务应用上的HCL粒子分类算法,未进行本地化的粒子分类研究㊂未来仍需更多的个例分析与统计分析,以获得强对流天气中偏振特征的定量关系,并开展本地化粒子分类方法研究,为双偏振雷达的业务运用提供更好的参考㊂参考文献:[1]Browning K A,Ludlam F.Airflow in convective storms[J]. 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闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析
第46卷第12期 气 象Vol. 46 No. 122 0 2 0 年 12 月METEOROLOGICAL MONTHLYDecember 2020潘佳文，魏鸣，郭丽君，等,2020.闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析气象,46（12）:1608-1620. Panj W,Wei M,Guo L J,et al,2020. Dual-polarization radar characteristic analysis of the evolution of heavy hail supercell in Southern Fujian[J# Meteor Mon,46（12） ： 1608-1620（in Chinese ）.闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析!潘佳文1 魏鸣2郭丽君F 阮悦4罗昌荣1巫凌寒11厦门市气象局，海峡气象开放实验室，厦门3610122南京信息工程大学，气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京2100443中国气象科学研究院云雾物理环境重点实验室，北京1000814福建省气象台，福州350001提 要：通过研究大冰雹超级单体风暴的偏振特征、动力及云物理结构的演变，可了解大冰雹形成的物理过程，并获得与大冰雹形成、生长相关的相关征兆偏振特征，进而提升对大冰雹超级单体的预警能力（利用厦门S 波段双偏振雷达资料，结合双雷达风场反演和粒子相态识别算法对2019年4月22日发生在闽南地区一次导致大冰雹的超级单体进行了分析（研究表 明：差分反射率因子大值区位于三体散射（TBSS ）的起始位置及反射率因子（Z Q 强中心的远端（同时,TBSS 中的相关系 数（CC ）较低，TBSS 的偏振特征有助于识别高空中的大冰雹（大冰雹区表现出高以和低乙「的偏振特点，随着大冰雹降落融化，其表面存在外包水膜现象使得大冰雹周围的Z 血增大，CC 减小（在超级单体低层的以强中心内存在一个差分相位常数 （K ；p ）增大的区域，被称为K ；p 足（K ；p 对大冰雹较不敏感，是冰雹融化的较好指标（因此，K ；p 足可用于指示由冰雹融化导致 的下沉气流区（在水平风场上存在明显的双涡旋结构（双涡旋结构有助于超级单体的发展及大冰雹的循环增长（在中气旋的东北侧，存在一个中等强度乙、低乙「、高CC 的区域，被称为霰带（粒子相态识别算法显示霰带中主要的水凝物为霰（由于 靠近中气旋，部分霰作为雹胚被卷入上升气流中（基于上述分析给出大冰雹超级单体的偏振特征和三维风场结构示意图（关键词：双偏振雷达，大冰雹，超级单体，双多普勒雷达风场反演,粒子相态分类中图分类号：P412文献标志码：A DOI ： 10. 7519/j. issn. 1000-0526. 2020. 12. 008Dual-Polarization Radar Characteristic Analysis of theEvolution of Heavy Hail Supercell in Southern FujianPAN Jiawen 1 WEI Ming 2GUO Lijun 3 RUAN Yue 4 LUO Changrong 1 WU Linghan 11 Laboratory of Straits Meteorology , Xiamen Meteorological Bureau , Xiamen 3610122 Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters ,Nanjing UniversityofRnformationScienceandTechnology , Nanjing2100443 Key Laboratory for Cloud Physics , Chinese Academy of Meteorological Sciences ,Beijing 1000814Fujian MeteorologicalObservatory , Fuzhou350001Abstract : Investigating the evolution of the polarimetric signatures , dynamical and microphysical charac teristics in the heavy hail supercell are beneficial to understanding the physical processes that lead t o heavyhailforma ion , de ermining possible precursive signa ures associa ed wih heavy hailforma ion andgrow h , andimprovingwarningsforheavyhailsuperce l .Asuperce l accompaniedbyheavyhailinsou h- ernFujianon22April2019whichwasde ec edby heXiamenS-banddual-polarizaionradarwasanalyzed!国家自然科学基金项目（1675029）、福建省自然科学基金项目（018J01060）和福建省气象局基层科技专项（2019J06）共同资助2019年8月23日收稿*2020年8月27日收修定稿第一作者：潘佳文，主要从事雷达气象研究.E-mail ： 358465603@qq. com通讯作者：魏鸣，主要从事大气遥感与灾害性天气预测研究.E-mail : mingwei@nuist. edu. cn第12期潘佳文等：闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析1609using the dual-Doppler radars wind field retrieval and hydrometeor classification algorithm.The study reveals that the differential reflectivity(Z dr)at the beginning portion of the three-body scatter signature (TBSS)was very high,located radially behind the horizontal reflectivity(Zh)core.It was also found that the cross-correlation coefficient(CC)is very low in the TBSS.Polarimetric signatures associated with TB-SSaregoodindicatorsofheavyhailaloft.Thepolarimetricsignaturesoftheheavyhailregion manifested as high values of Z h collocated with near-zero value of Z dr.However,during the heavy hail descent,Z dr increased and CC decreased on the periphery of the hail core.The increased Z dr and decreased CC due to the increasing presence of water coating on the melting hailstones.At low level,an area of enhanced specific differential phase(K d p)was observed within the Z h core of supercell,which was called the K d p foot.K d p was less sensitive to heavy hail and thus was a better indicator of melting hail.Therefore,the K d p foot may be a favorable index of the downdraft zone which was driven by melting of hail.The horizontal wind field showed a distinct double vortex developing in the supercell.The double vortex structure contributed to the development of supercell and the circulation growth of heavy hail.On the northeast of the mesocyclone,a zone of modest Z h,low Z dr,and high CC were observed,called the graupel belt.The hydrometeor clnssifi-ca5ionalgorihmsugges5s5ha5graupelis5hedominan5hydrome5eor5ype.Becauseof5heproximi5y5o5he mesocyclone someof5hegraupelwereen5rainedin5o5heupdraf5servingashailembryos.Theschemaic diagramsofpolarime5ricsigna5uresand5hree-dimensionalwindfields5ruc5ureof5heheavyhailsuperce l aregivenbasedon5heseanalyses.Key words:dual-polarization radar,heavy hail,supercell,dual-Doppler radar wind field retrieval,hydro-meteo9classification引言冰雹是强对流系统发展到强盛阶段的产物,尤其是直径超过2cm的大冰雹,具有空间尺度小、突发性强、破坏力大、发展演变迅速的特点,给短时临近预报工作带来了挑战,也一直是灾害性天气研究领域的重要研究对象。
一次人工防雹作业的双偏振雷达特征分析
一次人工防雹作业的双偏振雷达特征分析一次人工防雹作业的双偏振雷达特征分析近年来，随着人们对自然灾害的关注度增加，防雹技术得到了广泛关注和研究。
人工防雹作业作为一种常用的防雹手段，通过改变云内冰雹粒子的物理特性来减弱或消除降雹过程，从而减少雹灾的发生。
双偏振雷达作为人工防雹作业中最重要的探测工具之一，具备高分辨率、高灵敏度的特点，对于了解冰雹的微物理结构和监测天气演变具有重要意义。
本文基于一次人工防雹作业的现场观测数据，对于双偏振雷达所获取的数据进行了详细的分析和解读。
通过对雷达数据的处理和分析，可以得到冰雹粒子的类型、尺寸、形状等重要信息，为防雹人员提供了重要的决策参考。
首先，通过对雷达数据的处理，我们可以得到反射率因子、差分反射率因子、相位差以及线偏振率等参数。
其中，反射率因子是通过测量雷达回波的功率来计算的，反映了冰雹粒子的密度和数量。
差分反射率因子则是指垂直和水平极化波之间的差异，可以用来判定冰雹粒子的类型以及其与其他降水粒子的差异。
而相位差则是指垂直和水平极化波的相位差异，可以用来观测冰雹粒子的方向。
线偏振率是指垂直和水平极化波之间的相对强度差异，可以用来判断冰雹粒子的形状。
其次，根据以上参数，我们可以对冰雹粒子的微物理结构进行研究。
冰雹粒子的类型可以分为球状、针状、板状等，而且同一冰雹粒子的尺寸和形状可能会有一定的差异。
通过对反射率因子和差分反射率因子的分析，可以判断出冰雹粒子的类型，进而推测其可能的尺寸和形状。
通过对相位差和线偏振率的分析，可以得到冰雹粒子的方向和形状。
最后，针对此次人工防雹作业中的结果，我们发现在作业过程中，双偏振雷达所提供的信息对于评估作业效果和优化作业方案至关重要。
通过对雷达数据的实时监测和分析，防雹人员可以及时了解冰雹的微物理特性和发展趋势，从而确定最佳的作业时机和作业方式。
此外，对于决策者来说，通过对雷达数据的分析，可以更好地评估防雹作业的效果，并对再次作业进行调整和优化。
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闽西南地区一次春季降雹过程的双偏振参量及降水粒子谱特征何清芳;林文;张深寿;肖秀珠;张红梅
【期刊名称】《气象》
【年(卷),期】2022(48)7
【摘要】基于福建龙岩S波段双偏振雷达和地面降水现象仪资料对2020年3月27日龙岩永定的冰雹云以及同时发生在龙岩漳平的短时强降水云体进行观测对比分析。
结果表明:降雹单体在降雹前出现回波高度跃增,存在有界弱回波区,在云体移动方向前部出现了强度为2~4 dB的Z_(DR)弧,内部K_(DP)柱发展较高,最高至
7~8 km,强降水云体也出现K_(DP)柱,但高度较低;两个强对流云体前部雨滴谱增宽时大滴端先增加,呈现双峰或多峰结构,靠近云体强中心小滴端(直径≤1 mm)数浓度呈量级增多,与云体前部强环境垂直风切有关;在降雹或强降水阶段,永定站冰雹为低密度冰雹,滴谱呈现弱双峰结构,漳平站则为单峰结构,两站的大滴(直径>3 mm)多为小冰雹融化造成;降雹后滴谱双峰结构主要由雨滴的碰并造成,云体后部滴谱收窄伴随着小粒子数浓度呈量级减少。
【总页数】12页(P856-867)
【作者】何清芳;林文;张深寿;肖秀珠;张红梅
【作者单位】福建省龙岩市气象局;福建省气象科学研究所;福建省灾害天气重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P416;P457
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