冀西北地区一次大冰雹过程的双偏振雷达特征分析.pdf

httn./气象科技XZTXZ1un.2023METEOROHNCAVECHNOLOGY4092023年6 月第51卷第3 期Vol.51,No.3象技科冀西北地区一次大冰过程的双偏振雷达特征分析姬雪帅黄若男王淼段雯瑜韩丽娟郭宏（河北省张家口市气象局，张家口0 7 50 0 0）摘要利用常规气象资料、ERA5再分析资料以及雷达资料，对2 0 2 2 年6 月10 日发生在冀西北地区的一次大冰天气过程进行分析。结果表明：此次冰電天气发生在冷涡的东南象限、低空切变线前侧暖区，对流由局地的热力作用触发并在辐合线附近发展加强。降过程可分为3个阶段，前2 个阶段为2 个不同的超级单体分别影响而形成，粒子相态识别结果主要为干冰雷粒子，雷达回波具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点；第3个阶段为2 个超级单体合并后形成，除冰雷外还出现了局地的短时强降水，直径较大且数密度较多的大雨滴造成了短时强降水。利用雷达反演的风场可以分析对流单体的动力结构，通过分析不同阶段单体的动力结构得到单体未来的移动方向与发展趋势，特别是垂直剖面中上升气流的强度对单体的发展趋势有重要指示意义。关键词又双偏振雷达；大冰電；粒子相态识别；雷达风场反演中图分类号：P445.1ID0I:10.19517/j.1671-6345.20220395文献标识码：A引言冰電是我国的重要灾害性天气之一，每年因冰灾害造成的经济损失巨大1，特别是农林作物受影响较大，严重的甚至造成人员伤亡2-5。冀西北地区地处蒙古高原和华北平原的过渡地带，夏季对流风暴多发，常伴有雷暴大风、冰、短时强降水和龙卷等灾害性天气，往往对畜牧业产生严重的影响。其中冰天气是冀西北地区的重要气象灾害之一，冰電是对流系统在强盛阶段的产物，特别是超过2 cm的大冰，具有生命史短、局地性强、突发性强、破坏性高等特点，是短临预报的一大挑战，也是灾害性天气的重要研究对象。研究冰的发生发展机理，分析其生长的云微物理结构，对冰電天气的预报预警和防作业指挥都具有重要的意义。近年来，随着探测技术和数值模拟等手段的提高以及理论的逐渐完善，很多学者针对電暴的结构和成雷机制进行了深人研究，取得了不少成果6-7 。很多从事预报工作的人员通过对冰電个例的统计分析，加深了对当地冰電的形成机理的认识，建立了本地化的预警指标8-10 。目前冰的临近预报主要依靠天气雷达，天气雷达的时空分辨率较高，是分析冰天气的最佳观测工具，特别是多普勒天气雷达的出现，使得冰電的结构和动力学特征被进一步揭示。Browning等11-13 利用雷达资料最先提出了超级单体的勾状回波、弱回波区或有界弱回波区等特征。Wilson and Reum14,Zrnic15研究发现了大冰粒子会对雷达电磁波产生强散射，散射的电磁波一部分到达地面后又被反射回到大冰電粒子并继续被反射，再次被雷达接收而形成虚假回波，Lemon161将这种现象称为“三体散射长钉”（TBSS）。随着我国多普勒雷达的建设，我国的气象工作者对冰電也开展了一系列的研究，取得了诸多成果。俞小鼎等17 指出大冰電常与超级单体相连，降落在中气旋附近的弱回波区附近的强回波区域中。徐芬等18 研究表明大冰電的生长与超级单体内部涡旋的生成与维持密切相关。吴海英等19 指出成熟阶段的超级单体具有高度组织化、旋转显著且风暴顶存在强辐散张家口市劳动模范和工匠人才创新工作室和张家口市气象局科研课题（JL2022-10）资助作者简介：姬雪帅，男，1991年生，工程师，主要从事短期短临天气预报工作，Email：1358 7 447 97 q q.c o m收稿日期：2 0 2 2 年9 月2 0 日；定稿日期：2 0 2 3年2 月2 7 日*通信作者，Email:410象第51卷技科等特征。刘瑾等2 0 1研究表明“穴道-零域”结构有利于大冰電增长。由于单偏振雷达的探测特点，以往的研究多集中于风暴结构的研究，对云微物理结构的研究还相对较少。随着双偏振探测理论的提出，双偏振雷达探测技术日趋成熟，双偏振雷达发射水平与垂直两种偏振电磁波，相比单偏振雷达还可以获得差分反射率因子、相关系数、差分相移率等偏振参数。围绕双偏振雷达探测，国外研究者进行了诸多研究，Seliga等2 1利用差分反射率估测水凝物的大小分布，Sachidananda等2 2 利用差分相移率估测降水强度，Balakrishnan等2 3 利用相关系数分析水凝物的相态。随着国内双偏振雷达改造升级，双偏振雷达在国内业务应用，国内研究者也开展了大量的冰云微观物理特征的研究2 4-30 1，分析了冰雷相态演变特征，总结了不同强度的降電天气下雷达双偏振参数特征。虽然国内外对冰電做了大量研究，但由于冰電生消过程受地域条件影响较大，冀西北地区在2 0 2 0年新建了康保S波段双偏振雷达，并于2 0 2 1年业务运行，因此开展S波段双偏振雷达在冀西北地区的观测研究显得尤为必要。2 0 2 2 年6 月10 日下午冀西北地区发生了一次大冰電天气过程。本文利用张家口康保双偏振雷达对此次大冰过程不同阶段的双偏振特征进行分析，结合风场反演和粒子相态识别算法对冰電单体的动力结构和云微物理特征进行分析，为今后使用双偏振雷达资料进行强对流分析提供参考。1资资料与方法1.1资料降水和大风资料来自地面自动气象观测站的观测数据，降電地点、范围和直径来源于张家口市应急管理局的灾情信息。欧洲中心提供的第5代全球再分析资料（简称“ERA5”资料），用于提供环流背景和雷达风场反演的初始场，时间间隔为1h，水平分辨率为0.2 5X0.25。康保S波段双偏振多普勒雷达资料，该雷达为北京敏视达公司生产的S波段双偏振全相参多普勒天气雷达（简称“SA双偏振多普勒雷达”），可以提供的雷达产品除基本反射率因子、基本速度和谱宽外，还包含差分反射率因子、零滞后相关系数和差分相位移等。1.2方法粒子相态识别算法：双偏振雷达的差分反射率因子、相关系数和差分相移率等对水成物的形状、相态等特征都很敏感，因此可以利用双偏振雷达的各个偏振参数推断粒子的微物理特征，本文采用了Park等31提出的HCL粒子相态识别算法，结合探空的垂直温度基于模糊逻辑算法将水成物分成10类。风场反演方法：风场反演算法采用Shapiro等32 和Potvin等33 提出的三维变分方法，将雷达数据读取转换后进行插值，在笛卡尔坐标系中进行分解，将风分解为，y，z 3个方向，采用4个约束条件定义了代价函数J：J=J。十Jm十J、十J、，即雷达径向速度观测约束J。，连续方程约束Jm，垂直涡度方程约束J、以及光滑约束J，利用差分进行迭代，使得J在全局极小值时获取风场反演的最优解，得到该点处在，y，3个方向上的风u，U,w。2天气实况与环境特征2.1天气实况2022年6 月10 日16：0 0 一2 0：0 0（北京时，下同）河北西北部张家口出现了强对流天气，张家口尚义县、怀安县和阳原县出现了冰，特别是怀安县4个乡镇均出现了大冰電（图1a），怀安国家气象观测站观测到的最大冰電直径为2 cm。该强对流天气过程同时伴有短时强降水和雷暴大风，张家口怀安县有7 个乡镇出现了短时强降水，最大小时雨强34.6mm/h；4个乡镇出现了8 级以上大风，最大阵风达到9级(2 0.9 m/s)（图1b)。2.2高空形势2022年6 月10 日16:0 0 50 0 hPa高空图上（图2 a）亚洲中高纬为北涡南槽的形势，低涡中心位于10 5E附近，涡后有一2 0 的冷中心，此时华北中西部地区处于高空槽前，而中东部大部地区为弱高压脊控制，内蒙古中部至冀西北张家口一带均处于高空槽前辐散区；8 50 hPa高空图上（图2 b），低涡中心位于（110 E，45N)附近并配合有2 5以上的暖中心，暖脊从西南向东北方向伸展，有强的暖平流，高空辐散流场配合低层暖平流有利于上升运动发展，为强对流的发生发展提供了背景条件。在地面图上（图略）存在暖低压和辐合线，局地的热力作用触发了对流并在辐合线附近发展加强。411第3 期姬雪帅等：冀西北地区一次大冰電过程的双偏振雷达特征分析40.8N(b)渡口堡怀安县40.6西湾堡西沙城头百户怀安城40.440.2114.00114.25114.50E图12022年6 月10 日张家口冰電实况图片（a）和怀安县冰電大风（b)分布(a)572%4855N-55N1006-90454580580580353570202525.6090100110120130E90100110120130E图22022年6 月10 日16：0 0 50 0 hPa（a）和8 50 hPa（b）环流形势场（细实线为高度场，单位：dagpm；细虚线为温度场：单位：；填色区为相对湿度，五角星所示位置为张家口地区所在位置）2.3探空图由于强对流发生在下午，6 月10 日0 8：0 0 张家口探空图不能很好地反映午后对流发展时的大气层结结构，通过对比0 8：0 0 ERA5资料与探空资料，发现两者的一致性较好（图略），因此利用ERA5资料分析下午16：0 0 怀安的大气层结特征（图3），对流层低层8 0 0 hPa以下大气的温度直减率接近于干绝热，有利于对流触发；此时对流有效位能10 36.3J/kg，较大的对流不稳定能量有利于上升运动的发展；500hPa和8 50 hPa的温差达到32.4，大气层结有较高的不稳定度，0 层高度为3.9km，一2 0 层高度为6.6 km，适合的0 和一2 0 层高度有利于大冰的出现，0 6 km的垂直风切变达到15.1m/s，达到中等强度的垂直风切变，对流层中低山1002003001400八业15001一600117008009001000-50-40-30-20-10010203040温度/图32022年6 月10 日16:0 0 怀安站T-1np图412象第51卷技科层的强垂直风切变对对流的组织化起重要作用，因为中层的强垂直风切变通过与对流风暴中上升气流的相互作用，可以产生垂直扰动气压梯度，进而可以加强上升气流强度，从而有利于对流风暴的加强。探空显示对流温度为2 6.6，午后最高气温超过了29，局地热力作用触发了对流。3反射率因子演变2022年6 月10 日15：42（图4a），张家口康保雷达的西南侧开始有对流初生并不断向东移动。16:00（图4b），雷达图由北向南主要有A、B、C3个单体，其中单体A和B仍处于初生阶段，强度略有加强，而单体C则处于消散阶段，强度逐渐减弱，因此我们重点关注单体A和B的发展情况。16：18（图4c），单体A向东南移动的过程中快速发展，影响范围增大，回波中心强度超过了6 0 dBz，单体B向东北方向移动，影响范围变化不大，回波强度同样发展迅速，最大强度达到了55dBz。16：48（图4d），单体A发展加强到成熟阶段，回波最大强度达到了70dBz且在单体前侧出现了V形前侧入流缺口，单体B的强度有所减弱，两个单体逐渐靠近；17：0 6（图4e），单体A强度有所减弱，影响范围减小，单体B的强度增强且前侧出现了入流缺口，张家口怀安县出现降電；17:2 4（图4f)，单体A和单体B趋于合并，单体B快速发展，回波最大强度达到6 5dBz以上，开始出现了三体散射特征，降区域也逐渐扩大；18：0 0（图4g）单体A和B合并，对流单体合并使得暴单体的强度继续增强，三体散射特征更加明显，回波最大强度维持在6 5dBz以上；18：2 4（图4h）以后，回波结构开始变得松散，强度也逐渐降至60dBz以下，電暴单体逐渐趋于消亡。由上述暴单体发展演变过程可知：超级单体导致了此次的冰过程，按单体发展过程可以分为3个阶段，即单体A影响、单体B影响和单体A与B合并后的单体D影响。下文针对3个不同的阶段的动力结构及偏振特征进行详细分析。dBzad-40-40-40-40-757065-60-60-60-6060558495838595050U/-80WX/-80-80-80-100-100-100-100-120-120-120-120-140-140-140-1405-60-40-2002040-60-40-2002040-60-40-2002040-60-40-2002040距离/km距离/km距离/km距离/kmdBz-40-40-4040+757065885849883858504-60-60-60-60U/-80-80-80-80-100-100-100-100-120-120-120-120-140-140-140-140+5-60-40-2002040-60-40-2002040-60-40-2002040-60-40-2002040距离/km距离/km距离/km距离/km图42022年6 月10 日15：42 18：2 4张家口康保雷达0.5仰角，反射率因子演变：(a)15:42,(b)16:00,(c)16:18,(d)16:48,(e)17:06,(f)17:24,(g)18:00,(h)18:244雪暴单体的双偏振特征多普勒天气雷达是监测强对流天气发生发展的有效工具，能够跟踪监测对流单体的生消过程，判断强对流天气的落区，特别是双偏振雷达能发送水平和垂直偏振电磁波，可以得到粒子的二维特征，提供风暴中微物理过程的更多信息，提升强对流引发的灾害性天气的预报预警能力。4.1单体A的水平偏振特征2022年6 月10 日16：48 单体A已经发展至成熟阶段，在1.5仰角上，单体A左侧的回波强度梯度大（图5a），最大反射率因子大于6 0 dBz，形状为413姬雪帅等：冀西北地区-一次大冰電过程的双偏振雷达特征分析第3 期指状，指状的弯曲位于南侧，出现了V形人流缺口，表明前侧入流十分明显。此时在径向速度场上出现了双涡旋的结构（图5b），左侧为反气旋、右侧为气旋，左右两侧共用正速度区，特别是位于左侧的反气旋性涡旋的转动速度达到了16 m/s，达到了中气旋的判定标准，标志着单体A已经成为了超级单体，而V形人流缺口对应着一个转动速度达到8 m/s的中尺度对流涡旋的辐合区，单体A南侧为辐合区，因此单体A继续向南移动。分析雷达的偏振参量发现，对于反射率因子大于45dBz的区域，差分反射率因子(图5c)的值均较低，基本处于0 0.5dB之间，表明水平与垂直反射率因子之差很小，探测的粒子接近于正球形；相关系数（图5d)的值均较高，基本处于0.96 1之间，表明探测的粒子种类的一致性较高；差分相移率（图5e）接近于0 甚至出现负值，表明探测的粒子中液态水粒子含量很少。综合分析，单体A此阶段具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点。结合模糊逻辑算法对单体A进行粒子相态识别（图5f），主要识别为冰電粒子，在冰電粒子周围存在一些雨滴，结合探空可知0 层位于3.9km且整层大气相对较干，强回波中心所在高度在3.5km左右，粒子相态识别结果较为合理，在冰電粒子周围存在雨滴，雨滴在下落过程中蒸发作用会比较明显，对强降雨的形成较为不利。通过地面自动站观测发现，此阶段地面降水较小，基本都为5mm以下的小雨。因此综合分析单体A主要为干冰電粒子。dBzm/dB50685859585050505S6.940(a)-40(b）-40(c)55.0504.554.0-50-50-50/843.53.02.502.06060-4-601.5一一-81.00.5-120.0勾状回波-16-0.5-70-70-20-70-1.024-1.55282.0-60-50-40-30-20-60-50-40-30-20-60-50-40-30-20距离/km距离/km距离/km()/km1.06.040(d)405.4-40大雨滴0.99(e）(f)4.8冰0.884.2干霞-500.7-50/贸3.6-50湿霞0.63.0干雪0.552.4湿雪-600.4-601.8-601.2聚合物0.30.6冰晶0.20.0-70-70-70雨0.1-0.6毛毛雨0.0-1.2-60-50-40-30-20-60-50-40-30-20-60-50-40-30-20距离/km距离/km距离/km图52022年6 月10 日16：48 张家口康保雷达1.5仰角水平反射率因子（a）、径向速度（b）、差分反射率因子(c）、相关系数（d)、差分相移率（e)和粒子相态(f)4.2单体B的水平偏振特征6月10 日17:2 4单体B已经发展至成熟阶段，在1.5仰角上（图6），单体B同样具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点。利用模糊逻辑算法对单体B进行粒子相态识别（图6 d)结果分析，发现单体B成熟阶段的粒子与单体A成熟阶段基本相同，但单体B所在高度为4.2 km，超过了0 层高度，因此粒子相态识别结果主要为干冰電粒子，周围有一些霰粒子。但是单体B出现了三体散射特征和旁瓣回波特征，下面进行具体分析。使用雷达对冰電进行探测时，在反射率因子上经常会出现三体散射特征和旁瓣回波特征。三体散射是一种虚假回波，表现为高反射率因子核心区的径向远侧的无回波区出现了弱的回波，三体散射可以作为判定大冰電的充分非必要条件34。旁瓣回波也叫尖顶回波，是由于雷达的旁瓣发出的电磁波能量在遇到强的对流单体时也被返回到雷达接收机而形成的。17:24张家口康保雷达出现三体散射和旁瓣回414象第51卷技科波时，反射率因子（图6 a）的强中心值达到7 0 dBz，三体散射的弱回波（2 0 dBz）的伸展长度达到15km，旁瓣回波的弱回波伸展长度达到了2 0 km。由图6 b和图6 c可以发现，冰電区的差分反射率因子接近于0，但三体散射和旁瓣回波的根部差分反射率因子会出现大值区，随着距离增大，差分反射率因子会减小，甚至出现负值；三体散射和旁瓣回波的相关系数都比较小，基本都在0.8 以下。dBzdB52585844382250509-5005050505050501.0(a）(b)0.99(d)-600.80.7-700.6800.50.490物0.350500.2-1000.1毛毛雨-1100.05-40-20020-40-20020-40-20020-40-20020距离/km距离/km距离/km距离/km图62022年6 月10 日17：2 4张家口康保雷达1.5仰角水平反射率因子（a）、差分反射率因子（b）、相关系数(c)和粒子相态（d)4.3合并后的单体D的水平偏振特征通过分析张家口南山风景区17：0 0 分钟降雨量（图7 a）可以发现，降水在17：2 6 开始出现，17：48 的分钟降水量为2.2 mm，17：49的分钟降水量为3mm，35m in 产生了34.6 mm的降水，降水强度大，效率高。因此选取了17：48 的雷达回波特征进行重点分析。在0.5仰角上，冰電位于单体的西侧，此区域具有高反射率因子（6 0 7 0 dBz）（图7 b）和低差分反射率因子（一0.50.5dB)（图7 c)特点。在其南侧存在三体散射特征，存在差分反射率因子骤增并随距离的增加而迅速减小，相关系数（图7 e)存在小于0.6 的低值区。在其东北侧有带状的差分反射率因子大值区（34dB）（图7 d）即ZDR弧，同时差分相移率存在大值中心，达到4.2 4.8（）/km且相关系数在0.95以上，表明粒子的一致性较高，主要为液态水粒子且数密度较多，但是范围不大；由粒子相态识别结果（图7 f)可知，构成ZDR弧的主要为大-7052585844382255-7065544332213.00505050505050(a)(b)(c)2.55-80-802.0-90-90X/1.5-100-1001.0-110-1100.525015050-120-1200.0-1305500:8-130-20020-200.20距离/km距离/km时间-706.-700-70(d)5.(f)大雨滴4eO.9-804.88-80-80冰雪0.84.2干霞-903.6-900.7-90湿霞UX/3.00.6/干雪-1002.4-1000.55-1001.80.44湿雪-1101.2-110-110聚合物0.33-1200.60.0-1200.2-120冰晶雨-0.60.1毛毛雨-130-1.2-1300.0-130-20020-20020-20020距离/km距离/km距离/km图72022年6 月10 日17:0 0 18:0 0 张家口南山风景区自动气象站分钟雨量（a），康保雷达17：48 的0.5仰角水平反射率因子(b)、差分反射率因子（c)、差分相移率（d)、相关系数(e)和粒子相态(f)415第3 期姬雪帅等：冀西北地区次大冰过程的双偏振雷达特征分析雨滴。因此直径较大且数密度较多的大雨滴降落到地面形成了局地的短时强降水。4.4单体B的垂直偏振特征6月10 日17:2 4对单体B沿图6 a的红线做垂直剖面，可以看到大于6 0 dBz的强回波（图8 a）从2km一直伸展到10 km以上，暴单体内大冰雷特征明显，差分反射率因子（图8 b)在0.2 0.5dB之间，相关系数（图8 c)在0.97 1之间，差分相移率（图略）在一0.8 一0.1（）/km，为典型的干冰電区且地面已经产生了强冰。在最强回波顶上有旁瓣产生的假尖顶回波，反射率因子和相关系数随距离迅速减小，差分反射率因子增大。粒子相态识别显示（图8 d)在電区周围存在霰粒子累积带，表现为中等强度的反射率因子、低差分反射率因子和高相关系数的偏振特征，这种现象称为霰带35，前侧人流将霰粒子卷人上升气流中，同时环境大气中水汽含量低，霰粒子可以作为胚捕获过冷水并冻结形成冰電。432147014(6)126012-101050100.2X/2860.54080.8161.53022.5420433.521024500041.0040.90 40.80 40.7040.6040.50N41.0040.9040.80 40.7040.6040.50N114.43114.39114.36114.32114.29114.25E114.43114.39114.36114.32114.29114.25E0140.114()大雨滴0.3冰雪120.5120.6干霞100.710湿霞/0.880.858干雪0.90.92湿雪660.94聚合物0.9540.964冰晶0.9720.982雨0.99毛毛雨0041.00 40.9040.80 40.7040.6040.50N41.0040.9040.8040.7040.6040.50N114.43114.39114.36114.32114.29114.25E114.43114.39114.36114.32114.29114.25E图82022年6 月10 日17:2 4沿图6 a中实线的反射率因子（a）、差分反射率因子（b）、相关系数（c）和粒子相态（d)垂直剖面5雪暴单体的动力结构5.1单体A的三维风场结构2022年6 月10 日16：18 单体A处于快速发展阶段，利用张家口康保雷达进行风场反演，在1.5km高度（图9a)的水平风场上，在强中心的东南侧和南侧存在两个气旋性辐合区并形成了闭合环流，表明低层存在强烈的辐合；在7.5km高度（图9b）的水平风场上，在强中心南侧出现了风场的分流，西北侧为反气旋式切变区，表明中高层存在辐散区。这种低层辐合中高层辐散的配置有利于对流单体的发展加强。对单体A分别做东西和南北两个方向的剖面，在东西方向上（图9c），单体A西侧有倾斜上升气流，单体东侧有下沉气流，下沉气流在5km之下形成向东向西的辐散气流，向西的辐散气流与偏西风人流形成辐合区促进上升运动发展使得单体A继续发展；在南北方向上（图9d)，单体A出现了悬垂结构，在弱回波区存在强上升气流，有利于冰電的增长，在回波墙处存在下沉气流。综合分析此阶段单体A中上升气流较强，同时向南向东不断发展继续增强。16：48 单体A发展加强至成熟阶段，强质心（大于55dBz)已经及地，地面产生了降。在1.5km高度（图9e)的水平风场上，南侧和东侧的气旋式辐合强度明显减弱；在7.5km高度（图9f)的水平风场上，单体西侧仍然存在反气旋式环流，而东侧出现了风场辐合，不利于单体的继续发展。在东西方向部面上（图9g），单体A内的辐合强度较弱，上升气流也大大减弱，单体A在东西方向将逐渐减弱；在南416象第51卷技科dBz-3570(c)3m/s20.0(d)3m/s20.006017.5517.5-5015.015.0U/12.512.54010.010.030657.57.520-70-705.05.0-75103m/s-753m/s2.52.5-80-80070-60-50-40-30-20-70-60-50-40-30-20-70-60-50-40-30-20-80-70-60-50-40距离/km距离/km距离/km距离/kmdBz-40-403m/s703m/s(g）3m/s(f)20.020.0(h)-45-456017.517.5505015.015.012.512.5405510.010.03060607.57.520-65-655.05.010372.52.5-70-70050-40-30-20-10-50-40-30-20-10-50-40-30-20-10-70-65-60-55-50-45-40距离/km距离/km距离/km距离/km图92022年6 月10 日张家口康保雷达16：18 a，b,c,d)和16:48(e,f,g，h）的1.5km(a,e)和7.5km(b,f)水平、沿红线东西方向（c，g）和沿红线南北方向（d,h)垂直剖面的反射率因子叠加反演风场北方向剖面上（图9h），单体A仍然有悬垂结构，单体南侧有上升气流维持但强度已经减弱。综合分析表明此阶段单体A随着降電的持续，上升气流逐渐减弱直至被切断，此后单体A逐渐进入减弱阶段。5.2合并后单体D的三维风场结构18:00单体A和单体B合并为单体D,在1.5km高度（图10 a)的水平风场上，单体D东侧存在一条准东西方向的南北风辐合带，而在7.5km高度（图10 b)风场上，单体D东侧存在一条准东西方向的南北风的辐散带且单体A与单体B在中高层并未完全合并。在东西方向剖面上（图10 c），在单体D东侧为强烈的上升运动区，上升气流的伸展高度达到12 km；在南北方向的剖面上（图10 d)能清晰的发现单体A和单体B低层已经合并，高层正在合并的过程，单体D中存在倾斜上升气流，在12.5km高度之上存在风暴顶辐散。综合分析此时单体D已经达到超级单体的巅峰时期，具备高度组织化的动力结构，使得大冰得以生成并降落到地面。dBz-80-803m/s(d)70（a）3m/s20.020.0-85-856017.517.5-90-905015.015.0-95-95/翼012.5512.5540-100-10010.010.0030-1051057.57.5520-110-1105.05.0-115-115103m/s2.52.5-120-1200-20-1001020-20-1001020-20-1001020-120-110-100-90-80距离/km距离/km距离/km距离/kmdBz-803m/s()-803m3m/s3m/s7020.0(g)20.0(h)-85-856017.517.5-90-9050-959515.015.0WX/UX/一5540-100-100一10.010.030-105-1057.57.5-110-110205.05.0-115-115102.52.5-120-1200-20-1001020-20-1001020-20-1001020-120-110-100-90-80距离/km距离/km距离/km距离/km图102022年6 月10 日张家口康保雷达18:0 0（a，b，c,d)和18:18（e,f,g，h）的1.5km（a，e）和7.5km（b,f)水平、沿红线东西方向（c，g）)和沿红线南北方向（d,h)垂直剖面的反射率因子叠加反演风场417姬雪帅等：冀西北地区一次大冰電过程的双偏振雷达特征分析第3 期18:18单体D的强度明显减弱，1.5km高度上（图10 e)强中心大于6 0 dBz的范围大大减小，风场上为偏南气流，在强中心的北侧仍然存在辐合区；7.5km高度上（图10 f），单体的回波强度基本小于50dBz，风场上仍然为反气旋性环流的辐散区。在垂直剖面图上（图10 g、h），上升气流的强度大大减弱且单体的结构接近于垂直，降電过程已经趋于结束。6结论本文针对2 0 2 2 年6 月10 日发生在冀西北张家口地区的一次大冰電过程，利用常规观测资料、ERA5资料和张家口康保S波段双偏振雷达资料，并结合风场反演技术和粒子相态识别算法，对多个降電单体的双偏振雷达特征进行了分析，得到以下结论：（1)此次大冰電天气过程发生在高空冷涡的东南象限、低空切变线前侧暖区，对流由局地的热力作用触发并在辐合线附近发展加强。（2)降電过程分为3个阶段，前2 个阶段为2 个不同的超级单体分别影响而形成，粒子相态识别结果主要为干冰電粒子，雷达回波具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点；第3个阶段为2 个超级单体合并后形成，除冰電外还出现了局地的短时强降水，直径较大且数密度较多的大雨滴造成了局地短时强降水。（3)大冰電下落过程中差分反射率因子接近于0，但在三体散射和旁瓣回波的根部差分反射率因子会出现大值区；三体散射和旁瓣回波的相关系数都比较小，基本都在0.8 以下。（4)利用雷达反演的风场可以分析对流单体的动力结构，通过分析不同阶段单体的动力结构得到单体未来的移动方向与发展趋势，特别是垂直剖面中上升气流的强度对单体的发展趋势有重要指示意义。需要强调的是，本文仅为冀西北地区一次大冰電过程的观测分析，雷达的双偏振特征仍然以定性分析为主。今后还要通过多个个例分析，得到冀西北地区降过程中各个偏振量的特征并进行定量化，为双偏振雷达的本地化应用提供参考。参考文献1张强2 0 0 4年全国气候影响评价M.北京：气象出版社，2 0 0 5.2贺晓露，杨涛，李格，等鄂北一次超级对流单体的双偏振雷达特征分析J.气象科技，2 0 2 1，49（6）：913-92 2.3盛志军，周雨，张国平。两次斜压锋生类强对流过程对比分析J.气象科技，2 0 2 1，49（4）：56 9-57 8.4陶涛，邓佩云，曹宁，等。196 1一2 0 18 年宁夏地区降时空分布特征J.气象科技，2 0 2 0，48（4）：537-541.5黄丹萍，梁岱云，陆丽安.南宁冰電天气类型及预报预警指标J.气象科技，2 0 2 0，48（4：554-56 0.6李根，吴福浪，郑怡，冷涡背景下一次致灾超级单体電暴过程的数值模拟.气象科技，2 0 2 1，49（2）：2 18-2 2 6.7吴福浪，杨丽敏，蒋迪，等。一次致灾超级单体暴过程数值模拟和发展机制分析J.气象科技，2 0 2 1，49（1）：8 6-94.8石燕清，姚蓉，张丹丹，等湘西地区高架雷暴类冰電的基本特征与关键预报因子J.气象科技，2 0 17，45（4）：7 2 9-7 34.9刘晓璐，周长春.川西南山地冰雷达预警指标.气象科技，2 0 16,44（2）：2 52-2 58.10 李静，郭晓宁，张青梅，等.祁连山南麓一次冰霍天气成因分析J.气象科技，2 0 2 0，48（2）：2 8 4-2 91.11 Browning K A.Cellular structures of convective storms J.Meteorological Magazine,1962,91(1085):341-350.12 Browning K A.Donaldson R J.Airflowand structure of a tor-nadic storm JJ.Joumal of the Atmospheric Sciences,1963,20(6):533-545.13 Browning K A.Airflow and precipitation trajectories withinsevere local storms which tra-vel to the right ofthe winds J.Journal of the Atmospheric Sciences,1964,21(6):634-639.14 Wilson J W,Reum D.The flare echo:reflectivity and velocitysignature J.JAtmos Oceanic Technol,1988，5（2):197-205.15 Zrnic D S.Three-body scattering produces precipitation signa-ture of special diagno-stic value JJ.Radio Sci,1987,22(1):76-86.16 Lemon L R.The radar“three-body scatter spike:an opera-tional large-hail signa-ture JJ.Wea Forecasting,1998,13(2):327-340.17 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用M.北京：气象出版社，2 0 0 6.18徐芬，郑媛媛，肖卉，等.江苏沿江地区一次强冰天气的中尺度特征分析J.气象，2 0 16，42（5）：56 7-57 7.19吴海英，陈海山，刘梅，等.长生命史超级单体结构特征与形成维持机制1.气象，2 0 17，43（2）：141-150.2 0 刘瑾，王丛梅，胡志群，等.华北地区一次长生命史超级单体暴特征观测J.气象科技，2 0 2 2，50（3）：390-40 2.21J Seliga T A,Bringi V N.Potential use of radar differential re-flectivity measurements at orthogonal polarizations for meas-uring precipitationJJ.JAppl Meteor,1976,15(1):69-76.22 Sachidananda M,ZrnicD S.Rain rate estimates from differen-tial polarization measure-ment JJ.J Atmos Ocean Technol,1987,4(4)：58 8-59 8.418象第51卷技科23 Balakrishnan N.Zrnic D S.Use of polarization to characterizeprecipitation and discrimi-nate large hail JJ.J Atmos Sei,1990，47(13)：152 5-1540.2 4刘黎平，张鸿发，王致君，等.利用双线偏振雷达识别冰区方法初探J.高原气象，1993，12（3）：333-337.25曹俊武，刘黎平.双线偏振多普勒天气雷达识别冰区方法研究J.气象，2 0 0 6，32（6）：13-19.2 6 冯晋勤，张深寿，吴陈锋，等.双偏振雷达产品在福建强对流天气过程中的应用分析.气象，2 0 18，44（12）：156 5-157 4.2 7 潘佳文，魏鸣，郭丽君，等.闽南地区大冰超级单体演变的双偏振特征分析.气象，2 0 2 0，46（12）：16 0 8-16 2 0.28林文，张深寿，罗昌荣，等.不同强度强对流云系S波段双偏振雷达观测分析JI.气象，2 0 2 0 46（1）：6 3-7 2.2 9陶岚，管理，孙敏，等.双线偏振多普勒雷达对一次降電超级单体发展减弱阶段的演变分析J.气象科学，2 0 19，39（5）：685-697.30 刘红亚，杨引明，张晶，等.一次冰雷天气的WSR-88D双偏振雷达特征分析J.气象与环境科学，2 0 2 0，43（2）：1-10.31J