风雹灾害的雷达回波特征分析

摘 要：利用沧州、塘沽和天津机场三部多普勒雷达产品，对2020年6月25日发生在京津冀地区大范围风雹灾害进行详细分析，得出风雹灾害的主要雷达回波特征，如冰雹的反射率因子特征、超级单体和弓形回波的径向速度图特征、冰雹云的RHI特征。

关键词：风雹灾害；超级单体；弓状回波；雷达回波特征

中图分类号：P458.121.2 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–00-03

超级单体风暴是所有对流风暴中组织化程度最高、发展最为强烈、生命史最长的一种孤立深厚的对流风暴。超级单体风暴的形成、发展及传播方式各有不同，但风暴内出现的中气旋是其最突出的共同特征[1]。强雹暴天气的雷达回波结构演变特征主要包括弱回波区、有界弱回波、前（后）入流缺口、勾状回波、中气旋、回波悬垂、回波墙、大的垂直累积液态水含量，以及三体散射、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，后向入流向下沉气流提供干燥和高动量的空气，并通过垂直动量交换和水成物蒸发等作用，加大近地面出流强度。

1 冰雹的反射率因子特征

1.1 强冰雹云具有三体散射长钉特征

超级单体从16：30开始出现三体散射长钉（TBSS）；

16：48（图1a）TBSS的长度达60 km（灰色箭头），最大反

射率因子强度在65 dBz以上，并出现前侧入流缺口（深灰色箭头），表明低层有较强的东南暖湿气流输送；

17：30（图1b）TBSS的长度为55 km，入流缺口更加明显；18：18（图1c）TBSS的长度达到75 km，蠡县出现最大直径为3.5 cm的大冰雹；19：00（图1d） TBSS的长度为70 km，肃宁也出现直径为3.5 cm的大冰雹，此时超级单体正处于雷达站正西，TBSS与入流缺口的两侧回波呈对称结构特征；19：42（图1e）TBSS的长度为55 km；从16：48—19：42，超级单体处于成熟阶段；20：30（图1f）TBSS的长

度明显变短，回波强度明显减弱，此后TBSS消失。TBSS

维持的时间长达4 h，超级单体所经过的地区，普遍遭遇雷雨、大风、冰雹、短历时强降水等强对流天气。前侧入流是超级单体发展和维持的主要能量来源。

图1 "沧州多普勒雷达1.484°仰角超级单体反射率因子情况

1.2 强冰雹云具有三体散射长钉、旁瓣假回波、钩状回波特征

从21：00开始出现TBSS，21：06（图2a）既出现TBSS

（黑色箭头），又出现旁瓣假回波（灰色箭头），还出现前侧入流缺口（深灰色箭头处），最强回波强度在

65 dBz以上；21：18—21：30（图2b、2c、2d、2e）TBSS、旁瓣假回波仍然存在，前侧入流缺口更加明显，还出现钩状回波（深灰色箭头处）；在此期间，大兴区局地遭遇强风雹袭击，冰雹最大直径为5 cm，极大风速达到12级。此后TBSS、旁瓣假回波、钩状回波消失。

图2 "塘沽多普勒雷达1.58°仰角超级单体反射率因子情况

1.3 弓形回波反射率因子特征

21：30后TBSS和旁瓣假回波、钩状回波消失，标志着强冰雹过程结束；21：42（图3a）开始，超级单体出现后侧入流缺口（RIN深灰箭头），表明中高层西北风强劲，强回波开始形成弓形，最大回波强度在

65 dBz以上，在单体的南端（A）和北端前侧（B）生成雷暴单体；22：06（图3c）A、B两块雷暴单体与超级单体合并形成完整的弓形回波，并形成两个（深灰色、黑色箭头）RIN；22：18（图3d）弓形弧度更加明显，弓形回波后侧仍有两个入流缺口，弓形回波中部强度仍在

65 dBz以上，弓形回波达到成熟阶段；22：30（图3e）弓形回波的南端曲率进一步增大，RIN更加明显，回波强度有所减弱；22：42（图3f）弓形回波北部强度减弱，南部强度增强；22：54（图3g）弓形回波曲率开始变小，表明弓形回波开始崩溃，南端回波强度增强，形成小弓形回波（深灰箭头），北部强度进一步减弱，此时西青区遭遇极端风雹天气，风力达到13级（41.4 m/s），并伴有直径为1 cm的冰雹和短历时强降水；23：06（图3h）大的弓形回波演变成直线型回波，回波的南端强度仍在65 dBz以上，小的弓形回波曲率增大；23：18（图3i）南端小弓形回波曲率进一步增大；24：00回波入海后强度减弱。

1.4 最大垂直液态含水量（VIL）

由于云中垂直液态含水量超过天津机场雷达最大量程，VIL出现黑色中空区（图4）。冰雹云中VIL均大于70 kg/m2。天津机场雷达VIL＞70 kg/m2也是判断冰雹出现的良好指标。

2 超级单体和弓形回波的径向速度图特征

2.1 超级单体的径向速度图特征

由于天津机场多普勒雷达距离下午超级单体较远，没有识别出中气旋，只对晚上的回波进行速度图分析。20：59（图5a）雷达开始识别出单个中气旋（白圈处），到21：30（图5c）TBSS和旁瓣假回波维持阶段，中气旋特征明显。

2.2 弓形回波的径向速度图特征

从21：43（图5d）开始，雷达识别出2个以上中气旋，表明超级单体演变为弓形回波，正负速度开始形成径向辐合面；22：02（图5e）径向辐合面更加清晰，在辐合面附近识别出3个中气旋；22：17（图5f）辐合面中部呈弧形，表明上风风速较大；22：32（图5g）辐合面弧度更加清晰；22：42（图5h）辐合面两侧正负速度开始增大，负速度中心风速达到13 m/s，正速度中心风速为7.5 m/s；22：51（图5i）弧形辐合面曲率进一步增大，雷达识别出6个中气旋，负速度中心风速达到18.7 m/s，正速度中心风速仍为7.5 m/s，使得西青区遭遇严重风雹灾害；23：11（图5j）弧形辐合面消失，雷达识别出最后一个中气旋，随后回波强度减弱。

3 冰雹云的RHI特征

冰雹云具有回波悬垂，高质心，弱回波穹窿等特征。图6为沧州雷达沿330°～150°方向反射率剖面图，下午超级单体（a）强回波（65 dBz以上）的高度在9 km左右，雹云的回波高度达到15 km；晚上超级单体（b）强回波（65 dBz以上）的高度在8 km，强回波的高度均在-30 ℃温度层附近；雹云的回波高度为14 km；均具有回波悬垂、高质心、弱回波穹窿等特征。

4 结论与讨论

对2020年6月25日京津冀地区罕见的风雹灾害雷达回波特征等进行详细分析，得出以下结论：（1）风雹的移动方向具有直线型特点，与300 hPa高空风的方向基本一致，对于高质心的冰雹云而言，引导气流偏高。（2）超级单体是大冰雹的主要载体。（3）弓形回波产生的极端大风最强，弓形回波的中层、径向速度辐合面对极端大风有指示意义。（4）前侧入流是超级单体发展和维持的能量来源，后侧入流是弓形回波的主要特征。（5）尖顶状假回波、三体散射、旁瓣回波等虚假回波现象是冰雹特有的雷达回波特征；3种假回波现象不一定同时出现，但只要出现尖顶状假回波，就有冰雹产生，三体散射、旁瓣回波是大冰雹的回波特征；假回波的长度越长，冰雹强度越强。（6）不同雷达、不同方位的垂直剖面，其回波特征不同。（7）最大垂直液体含水量（VIL值）＞70 kg/m2是产生冰雹的重要指标。（8）超级单体具有中气旋、回波墙、有界弱回波区、

（下转第页）

（上接第页）

高悬垂强回波、弱回波穹窿、高层风场辐散等雷达回波特征。（9）强回波伸展的高度层温度越低（-30 ℃左右），冰雹速冻得越充分，冰雹强度越大。

参考文献

[1] 俞小鼎，郑媛媛，廖玉芳，等.一次伴随强烈龙卷的强降水超级单体风暴研究[J].大气科学，2008（3）：508-522.

[2] 朱敏华，俞小鼎，夏峰，等.强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析[J].应用气象学报，2006（2）：215-223.

[3] 俞小鼎，张爱民，郑媛媛，等.一次系列下击暴流事件的多普勒天气雷达分析[J].应用气象学报，2006（4）：385-393.

[4] 覃靖，潘海，刘蕾.柳州“4·09”致灾冰雹的超级单体风暴过程分析[J].气象，2017，43（6）：745-755.