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摘要：本文围绕冰雹云的强反射率核心、高悬回波、弱回波区、三体散射、回波顶高及垂直积分液态水含量等特征，分析冰雹粒子形成、增长和下落阶段的雷达表现，并进一步讨论基于反射率因子、温度层结及双偏振参数的识别方法。研究指出，单一反射率阈值容易受到雷达波段、观测距离和区域气候差异影响，应结合ZH、ZDR、KDP、ρHV以及0℃层、−20℃层高度开展多参数综合判识，以提高冰雹识别的稳定性和临近预警时效。

关键词：冰雹天气；天气雷达；双偏振参数；临近预警

引言

冰雹由强对流云内旺盛上升气流和冰相微物理过程共同作用形成，其发生通常伴随深厚对流和强烈的水凝物循环。天气雷达能够连续获取对流单体的三维结构，是识别冰雹云演变的重要观测手段。已有研究表明，大冰雹超级单体通常表现出高反射率、低差分反射率和较低相关系数等偏振特征，ZDR柱、KDP柱及三体散射对冰雹增长和下落具有较好的指示作用。

1冰雹天气雷达回波特征

1.1强反射率核心及高悬回波特征

冰雹云在天气雷达反射率因子产品上通常表现为强回波核心明显、垂直伸展高度较高，并常伴随强回波中心高悬。冰雹粒子尺寸较大、介电特性与雨滴不同，其后向散射能力强，降雹单体中的最大反射率因子常可超过50dBZ，但具体阈值受雷达波段、距离、冰雹含水状态和区域气候背景影响，不宜作为全国统一判据。广州2016年一次降雹过程中，基本反射率普遍超过50dBZ，回波顶高超过10km，并出现明显的高层回波悬垂结构[1]。江淮地区个例研究同样表明，成熟雹暴具有高悬强回波中心和较高回波顶，反映强上升气流可将较大冰相粒子托举至较高层结冰区。雷达垂直剖面中若强回波区显著延伸至0℃层以上，尤其接近或超过−20℃层，可视为冰雹增长环境的重要信号。

1.2弱回波区与三体散射特征

成熟冰雹单体内部常出现有界弱回波区或弱回波穹隆，其形成与强上升气流将降水粒子带离低层核心有关。雷达剖面上，低层弱回波区外围被中高层强回波包围，可反映强上升气流对液态水和冰相粒子的持续输送；当上升运动足够强时，大过冷水滴、霰和冰雹能够在高层快速增长[2]。冰雹还可能产生三体散射长钉，其典型表现是从强回波核心沿雷达径向背向延伸出狭长弱回波带，通常与大冰雹对雷达波的多次散射有关。华南广州和广西梧州冰雹超级单体研究均观测到明显三体散射，其中梧州个例还伴随悬垂回波、弱回波区和回波墙结构。

1.3回波顶高、VIL及垂直结构快速演变特征

冰雹天气的另一显著雷达特征是回波顶高、垂直积分液态水含量和强回波高度在短时间内快速变化。雹暴发展阶段，随着上升气流增强，35～45dBZ以上强回波会迅速向高层扩展，回波顶高和VIL同步增加；成熟阶段强回波核心可维持在较高高度，表示云体内部存在较大的水凝物含量和较强粒子增长条件。咸阳一次冰雹研究中，VIL最大值达到40kg/m²、VIL密度超过3.5g/m³时，对冰雹具有较明显的指示作用，但该阈值属于区域和个例经验参数。关中北部统计研究也表明，冰雹过程中的−20℃层高度、湿球零度层高度及VIL变化可与环境参数联合用于临近预警。当高层反射率减弱、强回波核心向地面下降时，往往对应冰雹粒子进入下落和融化阶段[3]。

2基于雷达回波特征冰雹天气识别方法

2.1基于反射率因子和垂直温度层结的阈值识别

利用反射率因子与环境温度层结联合判别，是业务冰雹识别中较基础的方法。操作上可将雷达三维反射率资料与探空或数值模式提供的0℃层、−20℃层高度叠加，重点判断强回波是否显著伸展至主要冰相增长区。若50dBZ左右及以上强回波延伸至0℃层上方较高位置，并接近或超过−20℃层，同时伴随高回波顶、强回波悬垂或弱回波区，则冰雹发生可能性明显提高。汤阴某次冰雹超级单体中，对流核心伸展高度超过−20℃层，最大反射率因子超过65dBZ，并伴随典型大冰雹双偏振特征。该方法的关键不是采用固定反射率阈值，而是分析强回波相对于结冰层高度的位置，因为不同季节和地区0℃层高度差异明显，同样的回波强度对应的冰雹增长条件并不相同。

2.2基于双偏振参数组合的粒子相态识别

双偏振雷达能够利用水平反射率ZH、差分反射率ZDR、差分传播相移率KDP和相关系数ρHV描述粒子形状、相态和均一程度，相较单偏振反射率更适合区分冰雹与强降雨。大冰雹通常形状不规则，取向随机，在强ZH区域内可表现为ZDR接近0或为负值、ρHV明显降低。举例而言广州一次冰雹过程观测到ZDR约为−1.0～0.2dB、ρHV多在0.7～0.9之间；江淮冰雹过程中，高悬强回波中心ZDR＜−0.5dB，ρHV约0.9。梧州超级单体中，大冰雹区域ZH＞65dBZ、相关系数＜0.85，并出现负ZDR和KDP空洞。实际识别应采用多参数联合分类，避免将强降雨造成的高反射率误判为冰雹。

2.3基于多产品融合和时间演变的综合识别

高质量冰雹识别应由单时次阈值判别转向多产品、连续体扫和环境场联合分析。业务流程可将基本反射率、垂直剖面、回波顶高、VIL、径向速度和双偏振参数同步使用，连续跟踪单体从初生、增强到成熟阶段的演变。其一，反射率产品识别强回波核心、高悬结构和三体散射；其二，速度场判断中气旋、辐合和强垂直风切变等组织化特征；其三，ZDR、ρHV和KDP用于判断核心区是否存在大冰雹粒子；其四，将湿球零度层、−20℃层和对流有效位能等环境参数加入判识。

3结语

冰雹识别正由单参数经验判据向多源、多时次和三维结构综合分析发展。研究显示，大冰雹事件中的ZDR柱更容易伸展至−20℃层以上，其高度变化对雹暴增强具有一定提前指示意义；最新个例研究也表明，ZH≥65dBZ、低ZDR、低相关系数及KDP空洞等组合特征对大冰雹具有较强识别价值。后续业务应用应进一步推进双偏振参数、雷达速度场、卫星云顶特征和数值模式环境场融合，形成适应不同气候区和雷达型号的本地化识别阈值与预警模型。

参考文献

[1]潘佳文,刘黎平,王红艳,等.基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析[J].气象学报,2021,79(1):168-181.

[2]李聪,姜有山,姜迪,等.一次冰雹天气过程的多源资料观测分析[J].气象,2017,43(9):1084-1094.

[3]刘黎平,徐宝祥,王致君,等.用C波段双线偏振雷达研究冰雹云[J].大气科学,1992,16(3):370-376.

陈转

汤阴县气象局