[科普中國(guó)]-冰雹云回波特征

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究，產(chǎn)生冰雹的雷暴除了具有一些基本特征外，由于環(huán)境條件的不同，還有特殊結(jié)構(gòu)和形態(tài)的強(qiáng)雷暴，它們主要是多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴。其主要的外形特征有分PPI上冰雹云回波的形態(tài)特征和RHI上冰雹云回波的形態(tài)特征。

簡(jiǎn)介根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究，產(chǎn)生冰雹的雷暴除了具有一些基本特征外，由于環(huán)境條件的不同，還有特殊結(jié)構(gòu)和形態(tài)的強(qiáng)雷暴，它們主要是多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴。其主要的外形特征如下：

PPI上冰雹云回波的形態(tài)特征a、V形缺口。PPI回波中的V形缺口，表明云中已有眾多大冰雹形成，由于云中大冰雹、大水滴等大粒子對(duì)雷達(dá)波的強(qiáng)衰減作用，雷達(dá)探測(cè)時(shí)電磁波不能穿透主要的大粒子(冰雹)區(qū)，在大粒子(冰雹)區(qū)的后半部形成所謂的V形缺口。應(yīng)該注意的是，這種V型缺口通常只有用波長(zhǎng)較短的雷達(dá)，例如3cm波長(zhǎng)的雷達(dá)探測(cè)時(shí)才可能出現(xiàn)。對(duì)10 cm波長(zhǎng)的雷達(dá)，由于衰減作用小，一般不易看到這種回波形態(tài)。

b、鉤狀回波。強(qiáng)冰雹云，伴隨著強(qiáng)的低層上升入流的進(jìn)一步發(fā)展，入口缺口會(huì)演變成鉤狀，常出現(xiàn)在回波移動(dòng)方向的右側(cè)或右后側(cè)，這也是冰雹云的特征形態(tài)。它們通常是超級(jí)單體風(fēng)暴回波型的一種識(shí)別標(biāo)志，所以只要確認(rèn)探測(cè)到了鉤狀回波，結(jié)合回波體的強(qiáng)度、高度和尺度，一般應(yīng)能夠辨認(rèn)出超級(jí)單體風(fēng)暴，從而確認(rèn)它是冰雹云。

鉤狀回波氣流結(jié)構(gòu)是由于冰雹云具有強(qiáng)的上升入流氣流，在云中下部的傾斜上升氣流區(qū)內(nèi)缺少大粒子，因而形成弱回波區(qū)，反映在低層PPI回波上出現(xiàn)一個(gè)向云內(nèi)凹入的缺口，缺口處具有最大的回波強(qiáng)度梯度，這種缺口叫入流缺口，是云體具有強(qiáng)上升氣流達(dá)到雹云階段的一個(gè)標(biāo)志。雷達(dá)在低仰角探測(cè)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。

c、指狀回波。指狀回波常對(duì)應(yīng)著中等強(qiáng)度的降雹，多出現(xiàn)在低層回波中，一般位于回波移向的后側(cè)，尺度比主回波小，是主回波的突出物，形如指頭。從回波強(qiáng)度分布來(lái)看，指頭和與主回波連根處具有很大的反射率梯度值，是雹云局部突然強(qiáng)化的標(biāo)志。

指狀回波通常在低仰角時(shí)最為明顯，向上逐漸變寬、減弱。在發(fā)生冰雹時(shí)，指狀回波變化很快，識(shí)別指狀回波只要根據(jù)所處部位、尺度及反射率梯度分布，但決不可將回波邊緣那些不平整的突出部位誤判為指狀回波。

d、人字形回波。由數(shù)個(gè)單體排列成的長(zhǎng)達(dá)百余千米的條狀雹云回波，在高原上?？梢?jiàn)到，這往往都是規(guī)律性移入雹云。值得注意的是，條狀回波的一種波動(dòng)形式——字形回波。這種回波出現(xiàn)常伴隨著較強(qiáng)的降雹。人字形回波可由多個(gè)單體組成，也可由兩個(gè)單體組成，該形態(tài)回波的出現(xiàn)，說(shuō)明雹暴生成于兩種性質(zhì)和速度不同的氣團(tuán)邊界上，受擾動(dòng)而造成對(duì)流的旺盛發(fā)展。

e、弓形回波。弓形回波是指快速運(yùn)動(dòng)的、向前凸起的、形如弓的強(qiáng)對(duì)流回波。它通常伴隨下?lián)舯┝?、冰雹、暴雨或龍卷等?qiáng)烈天氣現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害極大。弓形回波通常是由孤立風(fēng)暴誘發(fā)的下?lián)舯┝骷ぐl(fā)而產(chǎn)生，或者由颮線(xiàn)中的強(qiáng)對(duì)流單體產(chǎn)生的下?lián)舯┝?，沖擊對(duì)流云帶加速移動(dòng)而形成。條狀回波的形態(tài)表征著對(duì)流活動(dòng)的組織化形成了颮線(xiàn)，這種組織化會(huì)增強(qiáng)其中的一些單體迅速增長(zhǎng)，形成強(qiáng)雹云，條狀回波對(duì)應(yīng)著地面和低層有氣流切變線(xiàn)形成。這種線(xiàn)狀切變是不穩(wěn)定的，可以起波形成渦旋，線(xiàn)狀變成波狀就可以觀(guān)測(cè)到弓字形回波。

f、輝斑回波。雷達(dá)探測(cè)冰雹云時(shí)，由于冰雹(強(qiáng)回波中心)和地面的多次反射使電磁波傳播距離變長(zhǎng)，產(chǎn)生異?；夭ㄐ盘?hào)，回波返回所用的額外時(shí)間被雷達(dá)顯示成更遠(yuǎn)處的回波，表現(xiàn)為從冰雹云中沿岸回波中心徑向方向延伸出去的尖峰，稱(chēng)為冰雹尖峰回波，也稱(chēng)輝斑回波。

g、回波的并合。在識(shí)別冰雹云時(shí)就有這樣一條經(jīng)驗(yàn)：云打架，冰雹下。就是說(shuō)，兩塊積云的并合，會(huì)發(fā)展成冰雹云，這是判斷是否會(huì)發(fā)生降雹的一個(gè)重要條件。回波單體這種耦合運(yùn)動(dòng)反映水平流場(chǎng)有輻合存在，而輻合流場(chǎng)則會(huì)促進(jìn)冰雹云發(fā)展。1

RHI上冰雹云回波的形態(tài)特征在RHI垂直剖面上，冰雹云回波具有一些明顯的特征：

a、弱回波穹窿(即弱回波區(qū))。超級(jí)單體風(fēng)暴中的弱回波穹窿處于冰雹云內(nèi)部強(qiáng)上升氣流區(qū)，因此當(dāng)沿著上升氣流的方向進(jìn)行RHI掃描觀(guān)測(cè)時(shí)，就會(huì)顯示出從低空傾斜的升向云體中上部的弱回波穹窿，弱回波穹窿介于懸掛回波和回波墻之間。穹窿頂部為強(qiáng)回波區(qū)所覆蓋，最高回波頂也常位于弱回波穹窿的正上方。懸掛回波中有大量的雹胚和過(guò)冷卻水滴以及小冰雹，因而具有較大的回波強(qiáng)度，回波墻是大冰雹的主要降落處，這里回波陡直，回波強(qiáng)度和強(qiáng)度梯度都很大。

由于超級(jí)單體風(fēng)暴中上升氣流特別強(qiáng)，在其上升運(yùn)動(dòng)區(qū)出現(xiàn)了相對(duì)弱的回波區(qū)在降雹區(qū)，由于雹塊集中降落，形成了垂直方向的特強(qiáng)回波區(qū)(墻)；在其前沿，小冰雹循環(huán)上升的區(qū)域構(gòu)成了懸掛回波。

弱回波穹窿是識(shí)別冰雹云十分有用的指標(biāo)。但是，由于冰雹云回波空間結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱(chēng)性，并非沿任意方向?qū)Ρ⒃七M(jìn)行垂直剖面觀(guān)測(cè)都能看到穹窿結(jié)構(gòu)。加之，由于強(qiáng)上升氣流是傾斜的，其水平寬帶較窄(約幾千米)，所以有時(shí)在某一方向上能觀(guān)測(cè)到弱回波穹窿，而在與之相差幾度的方位上就不一定能完整的觀(guān)測(cè)到，尤其是回波距離較遠(yuǎn)時(shí)，則更不易看到。實(shí)際探測(cè)時(shí)，可通過(guò)平面位置顯示器回波圖像上的人流缺口，對(duì)著冰雹云強(qiáng)回波區(qū)進(jìn)行垂直剖面觀(guān)測(cè)，則有較多的機(jī)會(huì)可觀(guān)測(cè)到回波穹隆。

b、強(qiáng)回波區(qū)高度。由于冰雹云中的強(qiáng)上升氣流能迅速把大粒子抬升到0℃層以上較高的高度，在那里形成含水量累積區(qū)。含水量累積區(qū)內(nèi)大量的大冰雹、過(guò)冷卻水滴的雷達(dá)反射率因子特大，在冰雹云回波的垂直剖面上構(gòu)成強(qiáng)回波中心。在RHI上，冰雹云的強(qiáng)回波中心的高度遠(yuǎn)比普通雷暴的強(qiáng)回波中心高，這就是雷達(dá)探測(cè)冰雹云時(shí)常用的所謂強(qiáng)回波高度。實(shí)踐證明，用RHI上的回波型判別冰雹云，強(qiáng)回波高度是一個(gè)很成功的指標(biāo)。

c、初期回波出現(xiàn)的高度。識(shí)別冰雹云初始回波對(duì)提高人工防雹作業(yè)的效果非常重要，識(shí)別冰雹云和雷雨云初始回波的方法是，冰雹云初始回波形成于中空0℃層左右，說(shuō)明中空存在著不穩(wěn)定能量。而雷雨云形成的回波則在近地面層。

d、旁瓣回波。雷達(dá)天線(xiàn)向外發(fā)射電磁波，電磁波能量絕大部分集中在主瓣內(nèi)。對(duì)一般的散射目標(biāo)物，旁瓣產(chǎn)生的回波太弱，以至于顯示不出來(lái)，得到的回波都是主瓣產(chǎn)生的。但是當(dāng)云中的冰雹形成區(qū)(含水量累積區(qū))回波特別強(qiáng)，在雷達(dá)作垂直剖面觀(guān)測(cè)時(shí)，RHI上的強(qiáng)雷暴回波頂上會(huì)出現(xiàn)一尖銳回波，即旁瓣回波。

e、回波躍增。對(duì)冰雹云發(fā)展早期進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀(guān)測(cè)都能發(fā)現(xiàn)冰雹云有爆發(fā)式增長(zhǎng)階段，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為冰雹云的躍增增長(zhǎng)現(xiàn)象，這是冰雹云發(fā)展的一個(gè)重要特征。出現(xiàn)躍增增長(zhǎng)時(shí)，45 dBz強(qiáng)回波區(qū)比0 dBz回波區(qū)增長(zhǎng)得更快，說(shuō)明云內(nèi)的上升氣流特別強(qiáng)，觀(guān)測(cè)到躍增增長(zhǎng)的回波后在地面都有降雹。這是冰雹云從生成到發(fā)展再到成熟過(guò)程中的一個(gè)明顯特征，在雷達(dá)RHI顯示上，45 dBz強(qiáng)回波在短時(shí)間內(nèi)(5～10 min)向上突增，常導(dǎo)致不久之后地面降雹，而雷雨云沒(méi)有這種現(xiàn)象。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院