引言

湘西北山区是我国南方多雹灾地区，受局地气候和地形地貌影响，易生成多单体雹云，其生命史短，往往在半小时至一小时内由积云发展成为冰雹云，几分钟后冰雹落地，防雹作业的时间性极强。利用雷达识别冰雹云和雷雨云，我国科学家早有研究，如陕西渭北地区用711雷达的45dBz强回波顶髙及其温度识别冰雹云^[1]。但冰雹云的识别，对于不同地区和季节、不同类型的雹云、不同发展阶段、不同的探测手段和识别方式，都有差异，雷达回波指标因地方和季节不同而特征各异，研究基于新一代天气雷达的雹云识别指标具有重要实际意义。根据当地冰電云的特征，利用联防责任区内的多普勒雷达产品，结合车载雷达的现场探测，归纳整理出了一套湘西北山区夏季冰雹云的定性指标和雷达定量判别指标，通过早期识别、早期开炮、联防联网作业，收到了良好的防雹效果。

1 一次典型多单体雹云防雹作业的雷达分析

2005年6月21日17时，张家界市桑植县刘家坪等10个乡镇遭受大风冰雹袭击，冰霍最大直径30mm, 最大风力10级，持续时间约2个小时。6月22日15时，大风冰雹再度袭击桑植县，经过官地坪镇时防雹站（图 1中路，见彩页）对雹云进行了炮击，有效保护区内没有下冰雹，也未刮大风，但在防区外仍有沙塔坪等5个乡镇遭受到了大风冰雹袭击。据民政部门统计，连续雹灾造成受灾面积2266.8hm², 直接经济损失850万元，尤其烟叶等经济作物损失较重。

1.1 天气形势背景

在6月22日14时地面天气图上，997.5hPa的低压中心位于我国内蒙中部，在贵州中部至湘西北有一条冷锋生成，08时的700hPa、850hPa高空图上，与冷锋对应的是一条东北风与西南风的切变线，500hPa高空图上，东北地区是一个深厚的冷涡，沿海深槽已经建立，5880gpm线位于台湾以东洋面稳定少动，湘西北受槽后西北气流控制，冷平流明显。低层辐合系统与中高层冷空气的共同影响触发产生了这次局地强对流天气过程。

1.2 雷达回波特征分析 1.2.1 风暴移动路径、风暴反射率特征

从多普勒雷达组合反射率（CR）图上可以看出（如图 2, 见彩页），6月22日15:07在官地坪防雹站东北方向距离18km的湘、鄂交界处有两块强对流单体生成，中心强度达60dBz。至15:26两块单体基本合并，45dBz以上强回波面积约150km², 实况为中心所处长潭坪、白石已出现冰雹大风。15:32合并后的冰雹云在高空东北气流引导下加速向西南方向移动，在雹云移向左前方靠西南暖湿气流一侧开始形成“V”型槽口（人流区）。15:36至15:45, 官地坪防雹站对进入防区雹云的前部上升气流区进行了炮击，采用前倾梯度组合共发射炮弹120发，5分钟后，炮点周围开始下起了大颗的冷阵雨，但降雨量只有4.1mm，只刮了3~4级偏北风。炮击后“V”型槽口开始模糊，16:15雹云回波强度明显减弱开始消散。

1.2.2 速度场特征分析

相对于风暴的平均径向速度图（SRM）可用来探测被风暴运动掩盖的切变区域，如图 3（见彩页），从15:26仰角0.5°(高度2.7km)、1.5°(高度5km)SRM图上可以看出，存在一片正负速度径向对称，表明该区域中低层垂直方向有明显的风向切变存在。15:32仰角1.5°的SRM显示风切变相对15:26有进一步加强趋势。2.4°(高度7km)仰角以上SRM表现为辐散特征。

1.2.3 车载雷达PPI和RHI产品特征分析

官地坪车载雷达15:25探测到西北方向有强对流云团向炮站移来，15:35距离10km的对流云团回波强度由45dBz急增至60dBz，RHI显示回波顶高达10km，50dBz强回波主宴位于云体中上部的4~8km高度，如图 4（见彩页），冰雹云的特征十分明显。作业后16:11车载雷达回波显示雹云中心强度明显减弱至50dBz。

2 湘西北山区夏季冰雹云的雷达定量判别指标

通过对防雹站2005年6—8月的9次防雹作业，同期全市各地的24次人工增雨作业，以及民政等有关部门的5次冰電灾害调查情况加以综合分析，得出了湘西北山区夏季冰電云的4个雷达定量判别指标。以下分析中的雷达图像资料以常德CINRAD/SB、长沙CINRAD/SA多普勒天气雷达观测资料为主，以防雹站TWR01型车载天气雷达观测资料为辅，探空资料选用临近怀化市探空观测资料。

2.1 用多普勒雷达组合反射率因子（CR）55dBz识别冰電云

根据微波散射理论，由于云中冰雹的尺度较水滴来得大，加上其他原因，冰雹云的雷达回波强度总是大于同地区、同季节时出现的普通积雨云的回波强度^[2]。统计防雹增雨时雷达观测技术参数（如表 1、表 2），结果显示，多普勒雷达组合反射率因子55dBz是湘西北山区夏季出现冰雹云的一个重要判剧。这与当地冰雹云形成受地形影响较大，对流和水汽条件相对较弱有关。实测的结果还表明，两块45dBz以上对流单体合并后能得到迅速发展，与合并前相比，合并后的回波强度加强、高度升高，面积扩大，一旦合并立刻就会下冰雹。

2.2 用多普勒雷达9km回波顶高（H_顶）识别冰雹云

冰雹云中的上升气流强于普通雷暴，所以冰雹云强回波的高度也髙，表 2、表 3统计结果显示，湘西北山区夏季冰雹云的回波顶高H_顶均在9km以上，平均为12.5km，最高达17km，9km以下未出现冰雹云，当地夏季0℃层高度值平均为5435.2m，冰雹云回波顶高H_顶在0℃层以上的平均高度为7.lkm。阵雨云回波顶高H_顶多在9km以下，平均为6.9km，最髙值达11km/50dBZ，阵雨云的回波顶高H顶在0℃层以上的平均高度为1.5km。统计结果还表明，防霍作业相对增雨作业来说，作业10分钟后云体的CR和H_顶值均有明显下降，平均下降6dBz和1.6km, 而阵雨云增雨作业前后的CR和H_顶值差別不明显。

2.3 用多普勒雷达垂直累积液态水（VIL）30kg•m^-2识别冰電云

垂直累积液态水（VIL）是假定反射率因子强度来自于液态水滴，由于冰雹单体并非由液态水构成，会导致很强的VIL，所以有助于识别冰雹单体。本地观测结果显示，层状云降水VIL值一般为5~10kg•m^-2, 强降水VIL值一般>15kg.m^-2，冰雹云VIL值一般为30~35kg•m^-2，最大可达50kg•m^-2。

2.4 用车载雷达的PPI产品60dBz和RHI产品H_45dBz≥H_0℃层+3km识别冰雹云

TWR01型天气标识雷达是基于全数字化、总线结构设计、能分布式网络化使用的计算机雷达，其工作频段为X波段，防雹站所使用的车载移动Ⅱ型雷达天线直径为1m，发射机功率为6kW，探测区作用距离为120km范围，测量区为100km，探测目标主要是厚云层、积雨云和冰雹云，能对云雨移来的分布中心及前沿进行探测，提供PPI和RHI显示产品。对于局地天气过程，尤其是冰雹云，车载雷达的近距离监测效果较佳，适应于多普勒天气雷达盲区，可用于对多普勒雷达日常业务化产品中剖面产品不足的补充。统计官地坪防雹站的4次冰雹云和8次雷雨云的车载雷达观测数据，如表 4, 结果显示，冰雹云PPI回波强度平均为60dBz、RHI显示云高平均为10.6km、云顶在0℃层以上的平均髙度为5.3km。雹云45dBz回波主要位于2~8.3km垂直高度范围，平均在0℃层高度值士3km高度，居于云体中上部。而阵雨云的45dBz强回波高度均在0℃层高度值以下，平均位于1~4km垂直高度，居于云体中下部。

3 湘西北山区夏季冰雹云的先兆特征综合定性指标

总结湘西北山区夏季冰雹云的特点，得出了感冷热、辨风力、看云色、听雷声、识闪电、观物象，参谚语的先兆特征定性指标。冰雹云实际上是强对流云，一次强冰雹来临之前，总会有几天连续晴热高温天气。冰雹大风常结伴而来，有冰雹必有大风，出现大风则不一定有冰雹。“黑云黄边子，一定有雹子”，指冰雹云多有颜色发黄，并常常可以听到闷雷或象磨东西时的推磨声。山区冰雹云多为横枝状连续闪电，夜间冰雹云闪电多为红色，“横闪多雹，纵闪多雨”。在官地坪防雹时，当地百姓还提供农谤“东闪南门开、北闪连夜来”，提醒重点注意北线冰雹路径，与雹灾实况高度吻合。

4 总结与讨论

(1) 湘西北山区夏季受局地气候和地形地貌影响，易诱生地面冷锋和中低压，在低层辐合系统与中高层冷空气的共同影响下常形成多单体雹云，根据天气形势，利用冰雹云先兆特征综合定性指标，配合雷达定量判别指标，可以快速有效提早发现冰雹云，为早期开展防霍作业赢得宝贵时间。在山区使用小型车载雷达配合联防责任区内的多普勒雷达开展防雹作业指挥是切实可行办法。

(2) 张家界市于2005年在湖南率先开展防雹，2005、2006年共设7个防雹站次，累计作业69次，其中防雹作业22次，各有效保护区内没有出现雹灾和旱灾，而在防区外靠近保护区就有多个乡镇出现了雹灾和严重旱灾，防雹试验获得成功。使用雷达定量指标指挥防雹作业取得良好识别效果，其中CR指标出现空报1次，冰雹识别准确率95.5%;H_顶指标空漏报各1次，准确率90.9%;VIL指标漏报3次，准确率86.4%;车载雷达的PPI指标暂未出现空漏报、RHI指标H_45dBz≥H_0℃层+3km漏报1次，准确率为95.5%。空报一般出现强降水，漏报一般为弱风雹，应通过防雹作业资料样本和雷达观测数据的积累，进一步完善本地冰霍云的判别指标。