一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析.pdf

冰雹是破坏力极大、局地性较强的一种灾害性天气，往往给经济和人民财产造成较大损失，但由于其时空尺度小、突发性强，冰雹的预报和预警一直是天气预报业务的难点。天气雷达具有高时空分辨率的特征，是对冰雹、大风、龙卷和暴洪等短时临近天气进行监测和预警的主要工具之一。单偏振多普勒雷达可以探测到降水粒子的基本反射率因子（ZH）、径向速度（V）、速度谱宽（W）等产品。而双偏振多普勒雷达通过水平和垂直偏振波对大气中的粒子进行探测，并根据接收到的水平和垂直偏振波进行对比分析，除得到单偏振产品外，还可以探测到差分反射率因子（ZDR）、差分相移率（KDP）以及相关系数（CC）等双偏振产品，这些双偏振产品能够更加有效地判断出大气中粒子的形状和相态，有助于预报员在气象业务工作中判断冰雹、识别雨雪和计算降水强度1-3，从而有效提升强对流天气的监测和预报预警能力。ZDR表示降水粒子对水平和垂直偏振波平行分量散射能量的差异。通过分析 ZDR的大小不仅可以判断降水粒子的平均形状，还可以判断降水粒子的相态4。ZDR最大的作用之一就是用于冰雹的识别。KDP是水平极化波和垂直极化波传播常数的差，可以表征单位体积内含水量的多少，KDP值越大则含水量越大5。一般情况下干冰雹的 KDP较小，接近 0 或是负值，通常在-0.50.5 毅/km6，因此可以利用该偏振一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析吕健，刘圣楠*，王俊人，邵伟军，燕荣江（金华市气象局，浙江金华 321000）摘要：利用常规气象观测资料和 NCEP GDAS/FNL 0.25毅伊0.25毅再分析资料分析 2021 年 9月 20 日浙江中部一次冰雹天气过程的环流背景、不稳定性和触发条件，通过金华 S 波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明：（1）降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下，大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件，是一次准正压类强对流天气。（2）超级单体风暴具备典型的冰雹云特征，回波强度跃55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。（3）超级单体成熟阶段基本反射率因子逸55 dBZ 区域的差分反射率因子 ZDR为负（极值达-2.12 dB）、差分相移率 KDP出现“空洞”现象、相关系数 CC约0.9 指示出现了大的干冰雹。（4）ZDR柱（1 dB）伸展的高度与上升气流存在正相关，ZDR柱伸展到-20 益层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长，可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一，ZDR柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。关键词：冰雹；环流背景；超级单体；双偏振雷达中图分类号：P458.121.2文献标识码：A文章编号：1002-0799（2023）04-0053-08收稿日期：2022-08-16；修回日期：2022-10-28基金项目：金华市科学技术局项目（2021-4-357）；金华市科学技术局项目（2022-4-081）；金华市气象局一般项目（2021YB08）作者简介：吕健（1992），男，工程师，主要从事天气雷达应用研究。E-mail：通信作者：刘圣楠（1992），女，工程师，主要从事强对流、暴雨等灾害性天气形成机理相关研究。E-mail：吕健，刘圣楠，王俊人，等.一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析J.沙漠与绿洲气象，2023，17（4）：53-60.doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2023.04.008开放科学（资源服务）标识码（OSID）：沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology研究论文第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月53研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月参量有效地判别冰雹的干、湿特性。CC 用来描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度，可用于区分降水和非降水、数据质量改善以及雷达取样体内水凝物粒子的均匀性识别7。近年来我国逐渐开展了双偏振雷达的升级改造工程，许多学者对双偏振雷达开展本地化应用研究，研究成果有助于在当地强对流天气的预报预警工作中发挥重要作用。俞小鼎等7研究给出了 S 波段雷达双偏振参量识别冰雹的判据，有助于业务一线预报员利用双偏振参量定量地判别冰雹；苟阿宁等8使用双偏振雷达资料详细分析了各种参量对降雪过程中固态降水粒子的识别作用，提升了双偏振雷达资料在当地固态降水天气中的应用技术；杨磊等9为提高 S 波段双偏振雷达对降水粒子的识别能力，将双偏振雷达数据结合探空温度数据展开研究。浙江省金华市新一代 S 波段双偏振雷达于 2020 年 8月完成改造并投入应用，双偏振雷达产品在金华的业务应用时长较短，尚处于初步阶段，尤其是利用金华双偏振雷达资料研究的冰雹天气个例还不多、本地化应用还不足。浙江省金华市的冰雹天气过程主要出现在春季和初夏，而 2021 年秋季（9 月 20 日）浙江省金华市出现了一次冰雹天气过程，此次过程局地性强、受灾严重，较为罕见。本文利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25毅伊0.25毅逐 6 h 再分析资料，分析了此次冰雹过程的环流背景和不稳定条件；通过分析金华双偏振雷达资料，对降水粒子进行相态识别，并对冰雹云的演变展开分析，进而探讨和验证双偏振雷达资料对冰雹的识别能力，提炼冰雹云在生消过程中双偏振参量的特征，为今后金华地区冰雹的短时临近预报预警以及双偏振雷达本地化业务应用提供参考。1实况回顾2021 年 9 月 20 日 15：00 前后在浙江省金华市永康市出现强对流天气，伴有短时强降雨、局地雷暴大风和冰雹（图 1），永康市气象台发布了冰雹橙色预警信号。当天 15：0016：00（北京时），永康南部 6个区域气象站（海拔高度在 100200 m）出现 810级大风，最大为筻里站（27.2 m s-1，10 级）；小时雨强最大为永康峰箬（35.2 mm）；15：00 左右永康境内自西向东出现冰雹，最大直径为 2 cm 左右，气象协理员观测上报的降雹区与图 1 所示的 STI 轨迹基本相同。一般来讲，浙江省中部地区的降雹过程持续时间较短，一般仅为几分钟，少数情况下可持续十几分钟；但此次降雹过程持续时间较长，达 30 min 左右。另外，由于冰雹尺寸大、持续时间长，对当地的农业、通信、建筑及交通等带来了严重影响。图 19 月 20 日降雹风暴移动路径（黑色空心三角形和折线表示 STI 轨迹）、15：0016：00 降水量（填色，单位：mm）和 8 级及以上极大风站点（空心圆）2环境条件分析此次强对流天气过程发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下。从 9月 20 日 08：00 中尺度分析综合图（图 2a）可以看到，500 hPa 浙江省位于高空槽前、副热带高压 588线北缘的西南气流中，温度槽落后于高度槽有利于引导冷空气南下。700 hPa 冷涡东移过程中带来明显的干冷空气，14：00 温度平流场在 120毅E 附近可以分析出一个-15伊10-5K s-1的冷平流中心；850 hPa浙江省被 20 益暖温度脊控制，14：00 温度平流场在120毅E 附近可以分析出一个 12伊10-5K s-1的暖平流中心。垂直方向上不同的温度平流造成高低空温差进一步加大，14：00 再分析资料显示对流发生点850500 hPa 温度差达到 26 益，对流不稳定性急剧增强。0 益和-20 益层高度分别下降到 4.8 和 7.8 km，符合金华地区出现冰雹的指标10。对流有效位能（CAPE）和垂直风切变是判断雷暴发展强度的 2 个重要指标，一般将 CAPE 达到1 000 J kg-1定义为中等以上强度的对流有效位能、06 km 的风矢量差在 1220 m s-1定义为中等强度垂直风切变7。通过分析当天 CAPE 随时间的演变可以发现，08：0014：00 为大气不稳定能量持续积累54的过程，14：00 永康附近 CAPE 值升至 1 681 J kg-1，为中等到强的 CAPE，接近金华地区出现冰雹的CAPE 历史均值10。同时，低层和深层垂直风切变在永康附近均达到近 12 m s-1，为中等强度垂直风切变。较大的 CAPE 和较强的垂直风切变有利于高组织程度的强风暴出现。由图 2b 可知，14：00 边界层风场在永康附近存在一条显著的中-茁 尺度辐合线，为此次过程提供重要的触发条件；对流触发后不稳定能量得到释放，暖湿空气被剧烈抬升，对流风暴迅速发展并加强，最终造成金华地区出现冰雹等灾害性天气。综上，这是一次副热带高压北部边缘的强对流天气过程，温度场和风场交角较小，可以判断为准正压类强对流天气11。大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件。另外，中层干冷空气的卷入有利于降低融化层高度、减小融化层厚度，更有利于冰雹落地。3雷达单偏振参量分析3.1降雹风暴回波演变分析 0.5毅仰角 ZH演变可以发现，20 日 14：00永康上游有一多单体线状风暴东移，移动过程中逐渐加强。15：00（图 3a）多单体线状风暴北侧的多个小对流单体已合并为更旺盛的对流单体，回波形态呈现典型的钩状，强回波中心正好位于永康附近，最大基本反射率因子达 62 dBZ。与钩状回波前侧的暖图 29 月 20 日 08：00 中尺度分析（a）和 14 时 1 000 hPa 风场（b，单位：m s-1，黑色实线示意中-茁 尺度辐合线，红色空心三角形表示永康站位置）图 39 月 20 日 15：00（a、b）和 15：06（c、d）0.5毅仰角 ZH（a、c）和径向速度（b、d）吕健等：一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析55研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月湿入流缺口相对应，径向速度图可以识别出旋转速度为 13 m s-1的弱中气旋（图 3b）。15：06 金华雷达0.5毅仰角 ZH（图 3c）存在前侧入流缺口（FIN）和后侧入流缺口（RIN），对应径向速度（图 3d）可以识别旋转速度为 18 m s-1的中等强度中气旋。说明超级单体已处于成熟阶段。中气旋在垂直方向伸展至 6.0毅仰角，持续时间达半小时，深厚持久的中气旋是此次降雹过程中径向速度图的主要特征，表明存在强烈的辐合上升气流，为雹胚成长提供了有利的动力条件。15：30 回波强度明显减弱且结构变得松散，超级单体进入消亡阶段。3.2降雹风暴结构特征14：4815：06 连续 4 个体扫均可以在 6.0毅仰角反射率因子图上看到三体散射长钉（TBSS）（图4a），说明对流层高层已出现冰雹；15：0615：24 连续 4 个体扫可以在 0.5毅仰角观察到 TBSS。15：10 协理员上报出现直径 2 cm 左右的冰雹。可见 TBSS 在冰雹预报预警方面具有较好的指示意义，本次过程可以利用高层出现 TBSS 现象提前发布冰雹预警信息。15：06（超级单体成熟阶段）沿雷达径向通过最强反射率因子核心做垂直剖面（图 4b），对流云发展非常旺盛，对流云顶高达 1617 km，质心高度达 67 km，55 dBZ 以上强回波达 12 km，接近对流层顶，远高于-20 益层等温线高度（7.8 km）；剖面左侧的强回波区域对应冰雹的下降通道，回波强度跃60 dBZ，而右边是宽广的弱回波区和位于弱回波区之上的悬垂回波，还可以看到较明显的有界弱回波区（BWER）。分析径向速度剖面（图 4c）发现，对流层中层（36 km）存在明显的径向辐合、高层（10 km 以上）存在风暴顶辐散。此外，可以看到一支前向入流从对流层低层进入云体，倾斜上升并在高层向后流出，这支上升气流为冰雹云输送水汽，同时托举小冰粒在过冷水区停留生长成为冰雹；同时，对流层中层存在一支后向入流，向前、向下倾斜，并在云体底部达到最强，这支下沉气流为干冷空气，有利于热力不稳定层结的建立，并最终形成地面冷池和冰雹落区。异常大的垂直累积液态水含量（VIL）和 VIL 密度也是出现冰雹较好的判别指标12。从 15：06 垂直累积液态水含量和回波顶高水平分布可以看到，VIL 中心值达 70 kg m-2，对应回波顶高（ET）为 19 km，可以计算出 VIL 密度接近 4 g m-3。研究表明，当VIL 密度跃4 g m-3时，风暴产生直径跃2 cm 的大冰雹的概率较大7。综上所述，此次降雹由超级单体风暴造成，单偏振参量显示出钩状回波、低层弱回波区、深厚持久的中气旋、中高层回波悬垂和有界弱回波区等雷达特征。该风暴具有典型的冰雹云特征：云体前部存在一支很强的斜升气流并从高层流出，有利于托举小冰粒停留在云中生长成为足够大的冰雹，然后脱离云体落到地面；后部存在一支干冷的下沉气流从中层流入、从云底流出，形成冰雹落区。高悬的强回波、高反射率因子值和异常大的 VIL 值、弱回波区和有界弱回波区、三体散射现象等均指示了冰雹的出现。4雷达双偏振参量分析4.1双偏振参量水平特征15：00 的 0.5毅仰角出现大面积 55 dBZ 以上的反射率因子区，对流风暴核心区 ZH达到 60 dBZ 以上，对应区域的 ZDR为 2.04.0 dB，KDP跃3 毅/km，CC 值基本在 0.96 以上，因此可以判断此时对流层低层（离地面 1.8 km）降水粒子为大雨滴；当把探测仰角抬高至 2.4毅，发现 ZDR减小且出现负值，KDP在0.753 毅/km，CC 降到 0.900.95，表明降水粒子均一性降低，对流层中层（离地面 3 km）已经出现冰雹。15：06 的 0.5毅仰角对流风暴核心区 ZDR出现负值，低层已经开始出现冰雹。15：12（图 5）超级单体风暴中心区反射率因子图 49 月 20 日 15：06 6.0毅仰角 ZH（a）、沿雷达径向通过最强反射率因子核心的 ZH（b）和径向速度（c，单线箭头示意气流走向，双线箭头示意径向速度方向）垂直剖面56图 515：12 0.5毅仰角 ZH（a）、ZDR（b）、KDP（c）和 CC（d）（A、B 表示不同冰雹类型的降雹区）维持在 60 dBZ 以上，相应的 0.5毅仰角 ZDR已明显降低且出现负值，是出现冰雹的重要指标；再结合 KDP与 CC 偏振参量可以进一步分析冰雹的干、湿特征及其尺寸大小。先分析风暴核心区 A 的降雹情况：ZDR极值为-2.12 dB；KDP出现“空洞”现象（图 5c），这是由于干冰雹差分相移率往往波动很大以至于不能获得符合质量控制要求的 KDP值，所以在图上出现缺值7，说明 A 区出现了干冰雹；CC 明显降低，在0.810.92；上述双偏振参量 ZDR、KDP、CC 特征指示 A区出现了大的干冰雹，这与气象协理员在 15：10 观测到直径 2 cm 左右冰雹的实况基本相符。再分析风暴核心区 B 的降雹情况：ZDR主要分布在 0.82 dB，根据 Lemon 提供的 ZDR与冰雹直径的关系图7，这很可能是直径在 13 cm 的湿雹（也可能是降雨）；再结合 KDP和 CC，可以看到 KDP主要分布在 1.53.1 毅/km，CC 在 0.920.96，表明是湿冰雹。B 区冰雹在降落时融化，产生了外包液态水膜，因此双偏振参量出现了上述特征。如图 6 所示，15：18 的 0.5毅仰角 60 dBZ 以上高反射率因子区进一步扩大，将反射率因子逸55 dBZ的区域划分为 A、B、C 3 个子区域。A 区（风暴核心区）ZDR为-0.310.88 dB，KDP“空洞”消失，KDP较前一体扫明显增加，分布在 36 毅/km，CC 为 0.850.97，说明 A 区为降雹区，存在大的湿冰雹且伴有强降雨；15：1515：20 在降雹区附近的区域站出现强降雨，其中峰箬降水量为 8.5 mm、筻里为 8.3 mm、杨溪为 4.9 mm。B 区的 ZDR为 1.53.1 dB，KDP与 A 区相差不多，也分布在 36毅/km，CC 增大且基本都在0.950.99，是典型的大雨滴特征。C 区 ZDR存在一个明显异于周边的大值中心，为 1.34.25 dB，CC 为0.910.97，是小湿雹特征；另外，KDP相对偏小，分布在 02.1 毅/km，说明降雹区没有伴随强降雨；15：1515：20 位于 C 区内的区域站降雨量很小，其中长城降水量为 0.7 mm、上黄为 0.2 mm。15：18 超级单体风暴造成的降水相态比较复杂，反射率因子逸60 dBZ 的风暴核心区内存在大的湿冰雹且伴有强降雨，而位于其周边的反射率因子逸55 dBZ 的区域存在小的湿冰雹和大雨滴。15：30 超级单体进入消亡阶段，ZDR为 12.5 dB，KDP为 1.94.1 毅/km，CC 为 0.95 以上，是强降雨的双偏振参量特征。说明此时降雹已经结束，降水粒子相态由固液混合态转为均一液态；对应实况降水很强，15：2515：30 强回波区附近的峰箬站出现12.3 mm的降雨。降雹过程持续 30 min 左右，大的干冰雹和湿冰雹均有出现，双偏振参量的加入能够有效识别冰雹吕健等：一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析57研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月图 79 月 20 日 14：42（a）和 15：06（b）沿雷达径向通过高反射率因子区的 ZDR垂直剖面的尺寸及其干、湿特性。4.2双偏振参量垂直结构为了更详细地描述超级单体风暴的垂直结构特征，有学者对 ZDR柱13-14、KDP足15-18进行研究，并提出ZDR柱往往与强上升气流区相对应，其伸展高度与上升气流存在正相关并且可作为判别风暴强度的指标之一；ZDR柱常位于风暴发展达到成熟阶段前的上升气流附近19，而 KDP足往往与下沉气流对应关系较好。强上升气流是冰雹产生的必要条件之一。从 ZDR垂直剖面演变（图 7）可以发现，降雹前 14：42（对流风暴发展阶段），ZDR柱（1 dB 的区域）伸展至 10 km以上，高于-20 益层高度（7.8 km）；15：06 地面出现降雹（超级单体成熟阶段），ZDR柱高度明显降低。其微物理含义是由于 ZDR大值区对应着大雨滴区，出现 ZDR柱的位置说明此处有强烈的上升气流将暖雨滴带入过冷区且没有马上冻结，形成尺度较大的过冷水滴，当过冷水滴不断增长、冻结且上升气流不足以托举粒子时，降水粒子降落导致 ZDR柱高度显著降低。如图 7b 所示 ZDR柱高度降低后的 ZDR数值是明显增大的。ZDR柱在风暴发展前期的演变特征（在冰雹生长阶段 ZDR柱可以伸展到-20 益层以上，当地面出现降雹时 ZDR柱高度显著降低）并非偶然，高丽等19所分析的三次降雹过程中 ZDR柱也具有相似的演变规律。因此，ZDR柱不仅可以判断冰雹云强上升气流所图 615：18 0.5毅仰角 ZH（a）、ZDR（b）、KDP（c）和 CC（d）（A、B、C 表示不同相态降水粒子的高反射率因子区）58在位置，其演变特征还可以有效地提前判别出冰雹，例如本次过程可以利用该指标提前约 20 min 预判冰雹的出现。另外，ZDR垂直剖面上还存在一些虚假回波需要注意判别：在 ZDR柱右侧不远处存在一个ZDR异常高值区，对应 CC 值很低，这是 TBSS 的双偏振特征；在 15 km 以上的大气高层也存在一个 ZDR高值区，这是旁瓣回波的双偏振特征。沿雷达径向通过高反射率因子区分别作 15：06（超级单体成熟阶段）ZH、ZDR、KDP、CC 的垂直剖面。可以识别出超级单体冰雹云的回波悬垂和 BWER。BWER 右侧为处于云体中层的 ZDR柱，与上升气流相联系，有利于冰雹在 0 益层（4.8 km）以上增长；左侧为处于云体低层 ZH强中心内的 KDP足，与冰雹降落导致的下沉气流相联系，可以指示冰雹落区。CC垂直剖面图 BWER 内存在低于 0.9 的值，这是由于该区域存在相态较为复杂的降水粒子，既存在固态粒子又存在雨滴，还可能存在一些底层入流卷入的杂物20（如昆虫、杂草、树叶等），也会导致 CC 出现低值。5结论本文利用常规气象观测资料和 NCEP GDAS/FNL 再分析资料，针对 2021 年秋季浙江省中部地区发生的一次降雹天气过程，从环流背景、不稳定性和触发条件等方面展开分析，并结合金华新一代 S 波段双偏振雷达分析了超级单体的形成和冰雹云的演变及其结构特征，得出以下结论：（1）降雹过程发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下，大气垂直结构呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，边界层中尺度辐合线提供有利的触发条件，是一次准正压类强对流天气。（2）降雹由超级单体风暴造成，该风暴具备典型的冰雹云特征。TBSS 在冰雹预报预警方面具有较好的指示意义，本次过程可以利用高层出现 TBSS 现象提前发布冰雹预警信息。超级单体成熟阶段 KDP“空洞”现象说明出现了大的干冰雹，而 KDP“空洞”消失、ZDR和 CC 增大指示湿冰雹的存在；随着超级单体减弱，冰雹尺寸减小并逐渐转为液态降水。双偏振参量能够有效地帮助研判冰雹的干、湿特性和尺寸变化。（3）超级单体成熟阶段 BWER 西侧的 KDP足与冰雹下降导致的下沉气流相联系，在冰雹落区预报中具有较好的指示意义。（4）在对流风暴发展前期，ZDR柱若能伸展到-20 益层以上则有利于冰雹生长，可作为判别降雹的指标之一，在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。此次过程提前约 20 min 观测到 ZDR柱伸展至-20 益层以上，预报员可以借助该指标提前判断出冰雹。（5）本文仅为一次冰雹过程的诊断分析，未来还需要对更多冰雹个例开展研究，以验证上述 ZDR柱演变特征在对流风暴发展前期对冰雹的预报和指示作用，进而获得一些可以业务化使用的定量关系，有效提升冰雹天气的预报预警能力。参考文献：1王清川，刘艳杰，周涛，等.河北省廊坊“20200625”强超级单体雷达回波特征分析J.沙漠与绿洲气象，2022，16（3）：54-61.2孙思雨，沈永海，霍苗，等.双线偏振雷达在一次强降雹过程中的初步应用J.暴雨灾害，2013，32（3）：249-255.3孙伟，曹舒娅，沈建.基于多源探测资料的“4 12”非典型冰雹特征分析J.热带气象学报，2021，37（2）：218-232.4曹舒娅，孙伟，韦芬芬，等.双偏振雷达在江苏“7 6”降雹过程中的应用分析J.大气科学学报，2021，44（4）：549-557.5李云，沃伟峰，方艳莹.双偏振雷达偏振参量产品在宁波的初步释用J.浙江气象，2021，42（2）：38-44.6杨吉，郑媛媛，徐芬.江淮地区一次冰雹过程的双线偏振雷达观测分析J.气象学报，2020，78（4）：569-579.7俞小鼎，王秀明，李万莉，等.雷暴与强对流临近预报M.北京：气象出版社，2020：243-247.8苟阿宁，顾松山，骆兴江，等.一次海面降雪的双线偏振多普勒雷达回波特征分析J.气象与环境学报，2007，23（6）：7-9.9杨磊，贺宏兵，杨波，等.基于 S 波段双线偏振天气雷达的降水粒子相态识别J.气象与环境学报，2019，35（4）：128-131.10严红梅，梁亮，黄艳，等.金华地区 18 次冰雹天气的大气环境与雷达回波特征分析J.暴雨灾害，2019，38（1）：48-58.11孙继松，戴建华，何立富，等.强对流天气预报的基本原理与技术方法M.北京：气象出版社，2019：51-90.12朱义青，胡顺起.山东中西部一次长生命史超级单体雷达回波特征和触发机制分析J.沙漠与绿洲气象，2021，15（1）：54-61.13KUMJIAN M R，RYZHKOV A V，MELNIKOV V M，et al.Rapid-scan super-resolution observations of a cyclicsupercell with a dual-polarization WSR-88DJ.Mon WeaRev，2010，138（10）：3762-3786.14KUMJIAN M R，KHAIN A P，Benmoshe N，et al.吕健等：一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析59研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月TheanatomyandphysicsofZDRcolumns：InvestigatingapolarimetricradarsignaturewithaspectralbinmicrophysicalmodelJ.JApplMeteorClimatol，2014，53（7）：1820-1842.15SNYDER J C，BLUESTEIN H B，VENKATESH V，et al.Observations of polarimetric signatures in supercells by aX-band mobile Doppler radar J.Mon Wea Rev，2013，141（1）：3-29.16刁秀广，郭飞燕.2019 年 8 月 16 日诸城超级单体风暴双偏振参量结构特征分析J.气象学报，2021，79（2）：181-195.17潘佳文，魏鸣，郭丽君，等.闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析J.气象，2020，46（12）：1608-1620援18ROMIME G S，BURGESS D W，WILHELMSON R B.Adual-polarization-radar-based assessment of the 8 May2003 Oklahoma City area tornadic supercellJ.Mon WeaRev，2008，136（8）：2849-2870.19高丽，潘佳文，蒋璐璐，等.一次长生命史超级单体降雹演化机制及双偏振雷达回波分析J.气象，2021，47（2）：170-182.20RYZHKOV A V.The impact of beam broadening onthe quality of radarpolarimetric dataJ.J Atmos OceanTechnol，2007，24（5）：729-744.Environmental and Dual-polarization Radar Characteristic Analysisof a Hailstorm in AutumnLYU Jian，LIU Shengnan，WANG Junren，SHAO Weijun，YAN Rongjiang（Jinhua Meteorological Bureau，Jinhua 321000，China）AbstractBased on the conventional meteorological observations and NCEP GDAS/FNL 0.25毅伊0.25毅reanalysis data，the circulation background and instability as well as triggering condition of a hailstormoccurred in central Zhejiang province on 20 September 2021 were diagnosed.The evolution andstructural features of the hail cloud were analyzed as well by using the Jinhua S-band dual-polarization radar.It shows that：（1）The hailstorm occurs with western Pacific subtropical high movingbackward to the east while upper level trough and low-level vortex moving eastward.The atmospherepresents convective unstable stratification with cold and dry air above but warm and wet air below.Amesoscale convergence line near the ground provides convergence and lifting conditions，inducing aquasi-barotropic severe convection weather event.（2）The super cell storm has typical characteristics ofhail clouds.All the characters have good indications for warning on hailstorms，including echo intensitygreater than 55 dBZ，unusually large vertically integrated liquid water，three-body scattering spike，divergence at the top of the storm and so on.（3）In the region where the high reflectivity factor greaterthan 55 dBZ in the maturity duration of super cell，differential reflectivity（ZDR）（the extreme valuereaches-2.12 dB）are negative，with missing value of specific differential phase（KDP）and correlationcoefficient（CC）lower than 0.9.All these phenomena can reasonably indicate the appearance of largedry hails.（4）Stretching height of ZDRcolumn（1 dB）has positive correlation with upward flows.TheZDRcolumn whose stretching height is higher than that of-20 益 isothermal line is favorable forgeneration of hail embryos and growth of hails，which can be an evaluation index for judging whetherthe convective storm could produce hails.Changing features of ZDRcolumn has good utilizationpotentiality in short-impending prediction and identification of hails.Key wordshail；circulation background；super cell；dual-polarization radar60