引言

V型缺口回波可分为有两种，一种是超级单体中由于强烈的入流或出流造成的V型无回波区或弱回波区。另一种是由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强度衰减作用，雷达探测时电磁波不能穿透主要的大粒子区，在大粒子的后部形成V型缺口，此类V型缺口在C波段雷达中较为常见。本文研究的是后一种V型缺口。

早在1983年Lemon等(1983)就在文章“用风暴结构来识别冰雹”中提到了V型缺口，将其视为冰雹的识别指标。随着我国C波段雷达的广泛应用，V型缺口特征被大量观测到，1991—2013年，内蒙古、四川、北京、云南、广东、河南、湖北、安徽、吉林、广西、贵州、陕西等地的刊物中(巴特尔等，1991；陈群等，1995；曹亚平等，2012；康玉霞等，2002；张素芬等，2003；袁芝华等，2010；汤兴芝等，2009；唐勇等，2008；孙瑞等，2009；乔琪等，2011；莫爱勰等，2010；李银芳，2008；李静等，2012；李向红等，2010；刘亚礼，1992)，先后多次出现V型缺口与冰雹对应关系的分析，王令等(2006)、胡胜等(2006)、张腾飞等(2006)、万文龙等(2009)、潘留杰等(2013)的研究也表明V型缺口是冰雹云的重要识别和预警指标。但目前对V型缺口的研究仅局限于个例分析，且分析仅停留在冰雹过程是否有V型缺口对应的层面，对V型缺口与冰雹的统计关系、以及V型缺口作为冰雹指标的应用研究，国内较为罕见。

本文利用云南省普洱市2004—2013年的地面观测和雷达资料进行统计分析，根据V型缺口前侧回波的不同特征，对V型缺口进行分类，并研究地面降雹与V型缺口之间的对应关系，对V型缺口在冰雹预警方面的应用进行探讨。

1 资料

选取2004—2013年普洱、西双版纳地区所有组合反射率≥45 dBz的回波进行分析。实况取自普洱、西双版纳观测数据和灾情直报数据。雷达资料选取普洱天气雷达2004—2013年采集的所有资料，包括相对径向速度、反射率因子、垂直累积液态水含量(VIL)、垂直剖面等产品。

普查2004—2013年普洱、西双版纳地区的所有回波，发现共出现33次V型缺口，其中有16次出现冰雹，表明出现V型缺口时对应有冰雹出现的概率仅为48%。

普查2004—2013年普洱、西双版纳地区的所有回波，发现共有29次冰雹过程，49块冰雹云[冰雹云：满足滇南冰雹云识别指标的回波(段鹤等，2014)]，其中有17块冰雹云出现V型缺口，表明出现冰雹时对应有V型缺口出现的概率为仅为35%。

V型缺口出现在3—8月，其中3月10次，占30%，4月18次，占55%，5月2次，6、7和8月各1次。普洱、西双版纳V型缺口的出现时间与冰雹出现的时间均集中在3—4月(段鹤等，2014)。

2 V型缺口的统计特征

普洱C波段雷达中V型缺口内往往残留有强度为0~15 dBz的回波，整体形态接近V型(图 1)，因此将普洱C波段雷达中V型缺口定义为：远离雷达一侧出现的呈近似于V型的缺口，缺口内无回波或存在0~15 dBz的弱回波。将V型缺口分为2种类型，第一类为块状强回波单体径向后侧的V型缺口，共出现16次，例如2013年5月4日18:10出现的V型缺口(图 1a)；第二类为片状或块状多单体回波径向后侧的V型缺口，共出现17次，例如2010年3月28日17:39出现的V型缺口(图 1b)。

2.1 第一类V型缺口在雷达资料上的统计特征

第一类V型缺口对应的块状强回波单体的最大组合反射率(CR)为50~66 dBz，普遍≥55 dBz，仅有1次V型缺口对应的回波中心强度为50 dBz(2010年3月28日00:26—00:40)，其余V型缺口对应的回波中心强度均≥55 dBz，V型缺口出现在距雷达中心15~107 km之间(表 1)。

第一类V型缺口在0.5°~2.4°仰角上较为明显，例如2014年4月14日17:56出现的V型缺口(图 2a)，即V型缺口的最佳观测仰角为0.5°~2.4°。垂直高度上，V型缺口的高度出现在2.1~6.5 km。垂直高度上共18次扫描到明显的V型缺口特征，例如2014年4月14日17:56、2004年4月10日15：25，强回波径向后侧出现明显缺口(图 2b、图 4)，出现V型缺口的回波顶高为7.4~12.5 km(表 1)。

第一类V型缺口在雷达方位角0°~90°之间出现13次，占81%，90°~180°之间(2007年4月7日21:35)、180°~270°之间(2013年5月4日18:05)、270°~360°之间(2013年5月4日17:09) 各出现1次(表略)。从表 1可知，0~30 km之间出现4次V型缺口，31~60 km之间出现8次，61~90 km之间出现2次，91~120 km之间出现2次，121~150 km之间未观测到V型缺口。

2.2 第二类V型缺口在雷达资料上的统计特征

第二类V型缺口共出现17次，V型缺口对应的块状强回波单体的最大组合反射率(CR)为47~64 dBz，普遍为50~55 dBz，仅有1次V型缺口对应的回波中心强度大于60 dBz(2007年4月10日15:05—15:40)，V型缺口出现在距雷达中心32~102 km之间。

第二类V型缺口的仰角范围、垂直高度上V型缺口的高度、出现V型缺口的回波顶高与第一类V型缺口较为接近。

第二类V型缺口在雷达方位角0°~90°之间出现9次，占53%，90°~180°之间出现1次、180°~270°之间6次、270°~360°之间出现1次。从表 2可知，0~30 km之间未观测到V型缺口，31~60 km之间出现8次，61~90 km之间出现7次，91~120 km之间出现2次，121~150 km之间未观测到V型缺口。

3 V型缺口预报冰雹的效果

统计发现，是否出现V型缺口与回波的强度无明显对应关系；出现V型缺口时降雹的概率为48%；V型缺口的大小与强回波面积的对应关系较好，但与回波强度和是否降雹无明显对应关系；出现V型缺口且降雹的过程中，V型缺口较大时，往往对应大冰雹或降雹密度较大的冰雹，但V型缺口较小时，也有大冰雹出现的个例(表略)。

3.1 V型缺口预报冰雹的时效

假定出现V型缺口时，就开始发布回波未来影响区域有冰雹出现，将开始出现V型缺口的时间和开始降雹的时间之差视为V型缺口对冰雹的最短提前预警时间，将开始出现V型缺口的时间与冰雹结束时间之差视为V型缺口对冰雹的最长提前预警时间。那么16次有V型缺口特征并出现降雹的过程中，V型缺口对冰雹预警的时间提前量为5~102 min(表略)。

3.2 V型缺口预报冰雹的效果 3.2.1 第一类V型缺口预报冰雹的效果

统计发现，第一类V型缺口与冰雹有较好的对应关系，16次第一类V型缺口对应的强回波中，有11次出现冰雹(见表 1)，占69 %。第一类V型缺口对冰雹的识别和预警有一定的指示意义。

3.2.2 第二类V型缺口预报冰雹的效果

统计发现，第二类V型缺口与冰雹无明显的对应关系，17次第二类V型缺口对应的回波中，有5次出现冰雹(见表 2)，仅占29 %。第二类V型缺口作为C波段雷达中冰雹的预警指标的效果较差。

上述分析表明，普洱C波段雷达中，V型缺口并非冰雹的充分或必要条件，单独的V型缺口特征不能视为冰雹的预警指标。

3.3 V型缺口与其他雷达回波特征的综合应用

统计V型缺口的回波特征，尝试将V型缺口与其他雷达回波特征结合来预报预警冰雹。

对照滇南地区的冰雹识别和预警指标(段鹤等，2014)，统计分析所有V型缺口发现，导致V型缺口出现的回波均具有垂直液态水含量(VIL)、垂直液态水含量密度(D_VIL=VIL/H，H为回波顶高；俞小鼎等，2001)较大的特征，均达到或超过滇南地区冰雹的识别指标。该特征也验证了V型缺口是由云中大冰雹、大水滴等大粒子的对雷达波的强度衰减作用而形成。而V型缺口出现的时间集中在3—4月(85%)，该时段内0℃、-20℃层高度利于冰雹的形成，6—8月形成的3次V型缺口对应的0℃、-20℃层高度也利于冰雹的形成。此外，V型缺口对回波的径向速度特征、宽度特征等冰雹相关识别指标有影响，在此不作讨论，因此，重点讨论H_{45 dBz}和CR。

统计分析出现第一类V型缺口且降雹的回波发现，回波均满足45 dBz回波伸展高度H_{45 dBz}≥7.5 km且CR≥55 dBz，例如2005年3月21日14：36出现的V型缺口(图 3a、3b)。而出现第一类V型缺口但未降雹的回波中，H_{45 dBz}＜7.5 km，即出现第一类V型缺口时，若H_{45 dBz}＜7.5 km时，无冰雹对应，例如2008年4月14日20：05出现的V型缺口(图 3c、3d)。

统计分析出现第二类V型缺口且降雹的回波发现，回波均满足45 dBz回波伸展高度H_{45 dBz}≥7.5 km且CR≥55 dBz。而出现第二类V型缺口但未降雹的回波中，有1次的H_{45 dBz}＜7.5 km，CR≥55 dBz；有11次H_{45 dBz}＜7.5 km且CR＜55 dBz；即出现第二类V型缺口时，若CR＜55 dBz或回波的45 dBz伸展高度＜7.5 km时，无冰雹对应(图 4)。

分析表明，出现V型缺口，但未出现冰雹的回波均具有以下特征或以下特征之一：H_{45 dBz}＜7.5 km、CR＜55 dBz。即普洱C波段雷达中出现V型缺口时，仍需满足滇南冰雹云中H_{45 dBz}≥7.5 km和CR≥55 dBz的指标(段鹤等，2011)，才能判断地面出现降雹。

因此，可用V型缺口、H_{45 dBz}、CR配合识别和预警冰雹：当出现V型缺口、H_{45 dBz}≥7.5 km、CR≥55 dBz时，可预报有冰雹出现，准确率达100%。

4 V型缺口区内冰雹的预报预警方法的探讨

出现V型缺口时，缺口区内回波出现空缺或严重衰减，对预报预警有如下影响：(1) 导致缺口区内晴雨预报错误或降水预报量级偏小。(2) 导致缺口区内冰雹、雷暴、大风等漏报。33次V型缺口过程中，第一种情况普遍存在，第二种情况中冰雹漏报出现2次(2007年4月10日、2009年4月12日，雷暴、大风因统计资料不全，不作讨论)，例如2007年4月10日15：25，在距雷达64 km处出现CR达64 dBz的块状强回波单体，该回波出现冰雹并导致V型缺口出现，在其径向后侧135 km处的回波显著衰减(图 4)，致使该处大冰雹漏报，漏报冰雹直径达10 cm，地面堆积冰雹达15 cm厚，造成直接经济损失1614万元。

分析33次V型缺口发现，未出现导致V型缺口的回波及其后侧强回波沿同一径向移向雷达中心的情况，在出现V型缺口前1~3个体扫时段内，距雷达较远的强回波无衰减现象，此外，由于V型缺口区外的回波不会出现衰减，可尝试分析出现缺口前的回波特征和缺口区左右两侧及上下部分的回波特征来对回波进行识别和预报。

2004年4月10日，图 5a中红色圈内的强回波未出现衰减，回波满足冰雹云识别指标，对应地面降雹，回波的H_{45 dBz}为11 km、CR为64 dBz、辐合切变量为12 m·s^-1，图 5b中红色圈内的强回波受紫色圈内强回波影响而出现衰减，但仍满足冰雹云识别指标，有地面冰雹对应，回波的H_{45 dBz}为8.5 km、CR为63 dBz、辐合切变量为11 m·s^-1，图 5c中V型缺口最为明显，红色圈内强回波衰减最为严重，仅能判断回波的H_{45 dBz}为8.5 km，强回波的辐合切变量仍为11 m·s^-1，因衰减严重，不能利用常规的冰雹云识别指标来对其进行识别。

尝试统计2004—2013年普洱C波段雷达中49次冰雹过程中H_{45 dBz}、辐合切变量、VIL、D_VIL、CR等指标的变化特征，以找出V型缺口内冰雹回波的识别方法，统计发现：(1)41次(84%)冰雹过程中，出现冰雹后H_{45 dBz}≥7.5 km时冰雹维持，直至H_{45 dBz}＜7.5 km时冰雹消失。(2) 所有冰雹过程中，辐合切变量维持时，VIL、D_VIL、CR等变化不明显，辐合切变量增强或减弱时，VIL、D_VIL、CR等相应增强或减弱。根据上述统计特征，结合2004年4月10日V型缺口内回波的变化特征及地面降雹实况，得出V型缺口内冰雹回波的识别方法：回波被衰减前出现降雹、被衰减回波的H_{45 dBz}≥7.5 km且辐合切变量无明显减弱时，可预报有冰雹出现。由于个例较少，该预报方法有待进一步验证。

5 结论

研究普洱C波段雷达中的V型缺口发现：

(1) V型缺口的最佳观测仰角为0.5°~2.4°，垂直高度上，V型缺口的高度出现在2.1~6.5 km。

(2) 将V型缺口分为2种类型，第一类为块状强回波单体径向后侧的V型缺口，出现在距雷达中心15~107 km之间，大部分位于雷达方位角0°~90°之间，其对应的块状强回波单体的CR为50~66 dBz，普遍大于55 dBz。第一类V型缺口对冰雹的识别和预警有一定的指示意义，准确率为69%。第二类为片状或块状多单体回波径向后侧的V型缺口，出现在距雷达中心32~102 km之间，其对应的块状强回波单体的最大组合反射率(CR)为47~64 dBz，普遍为50~55 dBz，第二类V型缺口对冰雹识别和预警的准确率仅为29%。

(3) 当出现V型缺口、H_{45 dBz}≥7.5 km、CR≥55 dBz时，可预报有冰雹出现，准确率达100%。V型缺口对冰雹预警的时间提前量为5~102 min。

(4) V型缺口内冰雹回波的识别方法：当回波衰减前出现降雹、被衰减回波的H_{45 dBz}≥7.5 km且辐合切变量无明显减弱时，可预报有冰雹出现。