引言

冰雹灾害是重大气象灾害性天气之一，使用雷达识别冰雹云的技术在不断提高。我国科学家在应用雷达识别冰雹云方面做了大量的工作，如河南省针对1982—1997年的40次冰雹云雷达回波强度进行统计，得到降雹时回波强度均≥40dBz，最大的可达60dBz，因此把40dBz作为有无冰雹的判据之一。另有学者采用指状回波、回波穹隆、V型缺口等回波特征作为防雹指标。本文中，除采用新一代天气雷达监测识别冰雹云的基本方法外，发现可以利用虚假回波，即旁瓣回波和三体散射回波特征，作为识别冰雹云的指标，对临近预报、防雹预警服务有参考价值。

1 资料来源

本文选用的雷达回波资料是2003年6月18日14时30分至18时30分，在哈尔滨的阿城市、五常县部分乡镇发生强冰雹事件，哈尔滨新一代天气雷达(C波段)所观测到的资料。常规资料均采用MICAIPS、哈尔滨(50953)观测站观测资料。

2 天气背景分析 2.1 天气形势分析

从08:00时700、850hPa的高度场、温度场和高空填图情况进行分析。700hPa、850hPa高度场上在黑龙江省东部存在着高空槽，700hPa温度场落后于高度场，槽后有冷平流。在地面图上，与高空槽系统相对应的，位于黑龙江省西部，形成一个锋面，地面为西南气流。因此，在黑龙江省的中部，存在环境风随高度有强烈的切变，并随着系统的南压，使得不稳定能量释放，促使强对流天气产生。

2.2 对流有效位能分析

受灾区位于哈尔滨雷达东南方向30km附近，应用哈尔滨探空资料有一定的相关性。2003年6月18日08时哈尔滨的温度对数压力图(图 1a)，在自由高度(LEC)至平衡高度(LE), 有层结曲线和状态曲线所围成的正面积区域，表示在浮力作用下对单位质量气块，从自由高度上升至平衡高度所作的功，存在对流有效位势能量(CAPE)，预示着上升气流有动力能源，并随着气流的爬升启动，不稳定能量的释放会使强对流趋于加强。风向变化分析：在850hPa高度风向为东北，在700hPa高度风向为北东偏北，在500hPa高度风向为西北偏北，在400hPa高度风向为西南偏西，到300hPa风向为西南。风向随高度升高呈反时针变化，说明在1.5~5.0km高度上有冷平流；从雷达速度场分析中，在1.5km高度以下有暖平流。这样高空是冷空气，低层有南来的暖气流，这对对流的发展十分有利。到当日时间20时，观测得到的温度对数压力(图 1b)表明，对流有效位能(CAPE)减小，对对流的发展不利。在850hPa高度风向为西风，随着高度的升高各特性层上的风向均为西北，风向切变减小，也不利对流的发展。

3 回波特征分析 3.1 强度场回波分析

2003年6月18日的冰雹、暴雨是受强风暴中强对流冰雹云的影响产生的。当日16时19分，雷达反射率因子回波显示，由多个云单体组成的云带，呈NNW-SSE向排列。在环境场影响下，各单体沿着云带的走向，向SSE方向移动。各单体处在不同的发展阶段，移动在后的为新生单体，在前的为边移动边发展，逐渐成熟形成强对流冰雹云。并以鱼贯式进入灾区，使该地区连续遭受冰雹、暴雨袭击。

2003年6月18日18时06分冰雹云雷达反射率因子图(图 2，见彩页)。其中图 2a为仰角6.0°，距离圈间隔15km的PPI图；图 2b为图 2a中所示A、B两点间垂直剖面图(VCS)。

图 2b中，在30km距离圈上的单体具有明显的冰雹云特征，C处回波具有悬垂回波特征，E处是回波墙位置，D处是有界弱回波区(BWER)。在图 2a的30km距离上的回波中，F处形成了弯钩回波，反射率因子梯度加大，反射率因子达56dBz。回波墙附近区域是发生大冰雹和暴雨等气象灾害的重灾区。

2003年6月18日17时54分，在雷达方位184.8°的RHI反射率因子回波上(图 3，见彩页)，C所指处有一个强度在55dBz左右自地面至10km高度的回波墙，F处出现悬垂回波，D处为弱回波区，E处是出流作用形成的云砧。

3.2 径向速度场回波分析 3.2.1 在RHI径向速度场上对垂直风场的宏观推断

根据强单体冰雹云结构模式分析，冰雹云内气流是由两只对峙相切的上升气流和下沉气流组成^[1]。在2003年6月18日17时54分，雷达方位184.8°，仰角范围-2.0°~38°的RHI径向速度场的分析中，也存在这样如两条示意线所示的主气流(图 4，见彩页)。即在云的运动前方低层，有从云底进入的上升气流，并随高空风流出，拉出云砧；在云的后部中上层，有下沉气流进入，在近地层流出。运动的气流在二维空间上可分解为径向水平分量和垂直分量。其中反映在流场的径向水平分量上有：在6km高度以下，下沉气流在距雷达约20~30km处的水平分量呈暖色，远离雷达方向运动。上升气流在距雷达约30~38km处的水平分量呈冷色，朝向雷达方向运动。这两股气流的水平分量处于辐合场，使云体高升对流加强；在距雷达38km以外区域径向速度场呈暖色，说明这部分上升气流发生转向，远离雷达。在6km高度以上，与强度场回波墙相对应位置的后侧，径向流场辐合，促使云体继续升高；在另一侧处于辐散场中，产生较大的云砧。不论在上升气流还是在下沉气流中，当水平分量方向逆转处，为流场流向变化的拐点。在拐点处只有垂直分量，水平分量的径向速度为零，通常表现为零速度线与地面平行。

反映在流场的垂直分量上则为上升气流的垂直分量流向向上，下沉气流的垂直分量流向向下，形成云内流场的垂直切变。Browning，Marwitz等人指出，一种强冰雹云常常形成于风在垂直方向有较强切变的环境中^[2]。

当零速度线垂直于地面时，说明零速度线上及附近流场的垂直分量占主导地位。

3.2.2 在PPI径向速度场上对冰雹云中的气旋分析

在2003年6月18日18时06分，雷达天线仰角为4.0°时的PPI径向速度图中(图 5，见彩页，图中加圈放大部分)，暖色区中有小面积的冷色区存在，冷色部分朝向雷达，暖色部分远离雷达，零速度中心位于冷暖区相对应的中间(黑箭头指示处)，两侧相等距离上的最大径向速度分别为：朝向雷达径向速度为-28m/s，远离雷达径向速度为33m/s。根据蓝金模式，从旋转速度为零的气旋中心到中气旋核半径范围内，旋转速度随半径线性增加，在核半径范围以外，旋转速度与半径成反比，在核半径处旋转速度最大的中气旋速度分布特征分析^[3]，此处有气旋存在，所处的高度为2.2km。当雷达天线仰角为5.0°，高度为2.8km时，此气旋还存在。由于气旋的存在，会加强云体辐合抬升，对冰雹云的维持发展起很大的作用。

这个气旋所在位置与反射率因子图 2b中的D所指的有界弱回波区位置相对应，表明有界弱回波区的生成与气旋的作用有关。在较强的辐合上升气流作用下，形成了有界弱回波区。

另外，自地面至15km高度，零速度线呈S型，说明风向随高度作顺时变化，有暖平流。预示云中有暖而潮湿的空气进入，再与高空的冷空气作用，对冰雹云的发展十分有利。

4 虚假回波分析 4.1 旁瓣回波分析

旁瓣回波在PPI上和RHI上均可以出现^[4]，属虚假回波。图 2a是仰角为5.0°时的P PI反射率因子图，从图中G、H处，回波反射率因子较弱呈尖状，这些均为旁瓣回波。一般的散射目标，旁瓣产生的回波太弱，以至于显示不出来，得到的回波都是主瓣产生的。但当云中的冰雹形成区回波特别强时，雷达的旁瓣照射在强对流单体上将产生旁瓣回波。此时靠近尖端相关部位回波的反射率因子比较强，达56dBz，且梯度较大。由于雷达回波是按照主瓣所在的位置显示的，因此把本来在(从雷达站看)左侧的回波显示到右侧，使云体回波展宽，形成“尖端”旁瓣回波。在判断回波影响区域和面积时，应扣除这部分回波。“尖端”旁瓣回波产生在强单体的两端，在强度梯度大的一侧居多，回波主轴垂直于扫描线。经实际观测，CI NRAD/CC型雷达在60km以内均可出现。看到此现象可作为防雹的一种警示。

在17时54分雷达方位184.8°，距离30km的RHI反射率因子回波上(图 3，见彩页)，回波的顶部有一尖状回波(A处)，也是旁瓣虚假回波，即“尖顶”回波。产生的原因是雷达天线上扬扫描时主波瓣已经离开云体，可旁波瓣扫在强度很强的云体上，雷达把它记录在主波瓣的方位、距离的位置上。反映冰雹云单体回波反射率特别强，同样说明单体有降雹的条件。

旁瓣回波在速度场上，色调呈不连续的斑点状，与实质回波有较大的差别。

4.2 “三体散射”回波分析

在图 3的B所指之处，出现反射率因子较弱的尖状回波现象，这是雷达回波假象，称其为三体散射特征^[5]，该现象是由于在云中包含大的水凝结物，如大的湿冰雹对雷达波的米散射所引起的。这一雷达回波特征是三重反射的结果，即向前的雷达波束的一部分被湿冰雹散射到地面，地面又反射回空中的由降水粒子构成的强散射区，之后再被散射回雷达。可把三体散射回波作为防雹预警的一种指示。

5 小结

(1) 冰雹云是产生冰雹、暴雨和大风灾害的载体，雷达回波有比较明显的特征。具有回波墙、悬垂回波、有界弱回波区、钩状回波、旁瓣回波和三体散射回波等特征。可采用经两点作VCS，强度场与速度场对比分析等方法进行观测。

(2) 在PPI反射率因子回波上出现的“尖端回波”属旁瓣回波。它产生于单体回波反射率因子强且梯度大的一侧，呈尖状，回波主轴垂直于扫描线。出现“尖端回波”表明回波具有回波墙结构，其高度即是单体强中心的高度。旁瓣回波的特征明显，探测时易发现，可作为判断冰雹云、防雹预警的指标。

(3) 在RHI反射率因子回波上出现“尖顶回波”和“三体散射回波”，说明单体较强，具有降大冰雹的可能性。

(4) 在RHI径向速度场分析中，对冰雹云垂直风场的分析，可通过水平流场分量的变化(即径向速度场的分析)，结合强单体冰雹云结构模式的结论，得到垂直流场的判断，指导冰雹预报。

(5) 冰雹云中的气旋发生的位置与有界弱回波区特征回波相对应，在做体扫时，可应用速度场和强度场资料综合分析加以判别。

致谢：文章得到黑龙江省人工影响天气中心正高工张晰莹同志的指导，在此表示感谢。