祥雨 X波段天气雷达在冰雹天气中的应用

祥雨 X波段天气雷达在冰雹天气中的应用

张毅 杨青 史勇峰 梁运香

山西省晋中市气象局　 036000

摘要：通过对2017年9月6日山西省晋中市榆次区的祥雨X波段雷达天气资料的分析，得出了冰雹云在新一代天气雷达强度回波、速度回波和物理量产品中的特征分析。结果表明：该强对流风暴具有超级单体的典型特征，强对流前进的方向右侧出现钩状回波，在榆次上空出现较明显的三体散射回波，最大强回波达到60dBz,垂直液态水含量超过70kg/m³，揭示了此次冰雹天气是由飑线移动产生的超级单体风暴造成的。

关键词：祥雨雷达；冰雹；回波特征分析；超级单体

1.引言

2017年9月6日16时07分至17时20分之间，晋中市榆次区突降雷阵雨，并伴有区域性冰雹天气，百草坡附近降了冰雹造成了严重损失。榆次区气象站降雹时间为 1 min,冰雹的最大直径为 0.2mm，地面降雹面积为达1-2cm左右，事后经过工作人员的调查发现最大的冰雹直径为5cm。据民政局统计此次冰雹天气，108公顷林木和2102公顷农作物受灾，榆次南部重要的苹果产地北田、庄子乡的大部分果农受灾，损失达1000万余元。关于局地强对流天气系统的成因和发展机制已经有了很多研究。此次局地强对流天气主要是中小尺度系统造成的，有发展和发生的突发性和局地性强的特点，对其强度和预报落区的预报难度很大。随着现代气象探测手段的发展，特别是陕西华腾微波有限公司生产的祥雨YLD1-C型X波段雷达在晋中市的布局逐步完善，局地强对流天气预报得到很大的提高。本文通过对此次区域性冰雹天气的分析，重点分析祥雨X波段雷达在强冰雹天气中的使用方法。为祥雨雷达在强对流天气中的使用提供一定的参考依据。

2.祥雨雷达的介绍

2015年山西省县级气象部门安装了陕西华腾微波有限公司生产的祥雨YLD1-C型X波段雷达共10部，其中晋中3部、运城5部、临汾1部、高平1部。此型雷达作为山西县级气象部门的主要雷达在增雨防雹中发挥了很大的作用，随后晋中的7个县市安装了该型号的雷达。

YLD1-C型雷达采用全固态、脉冲工作体制，可靠性高、运行维护成低；接收机灵敏度高、动态范围大，采用固态保护器，工作寿命长；频率源相位噪声低，频率稳定度高；具有先进的信号处理系统及气象产品生成软件；具有实时标定校准和故障检测功能，保证了测量数据的准确性；体积小、重量轻，使用灵活方便，机动性强，架设和拆装快速、便捷.

雷达系统由收发箱组合、接收机、频率源、发射机、收发电源、收发前端、数字中频、支耳组合、方位底座组合、天线座与伺服控制系统、信号处理器/显控单元等组成。YLD1-C型天气雷达可用于地区、县、市级的气象部门的气象观测和预报，更适合于局域性短临预报，是灾害性天气防灾、减灾和人影工程的重要帮手，它能及时准确地预测当地局部的暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气状况，给人影工程指挥提供依据：对组织防雹作业（使冰雹无法形成）、人工降雨作业赢得宝贵时间。为地方政府部门组织防灾减灾，保护人民的生命财产提供气象服务。

天气雷达系统的组成框图如图1-1所示。

图1-1 雷达系统组成框图

3.天气背景分析

3.1环流形式特征

从2017年9月6日08时地面图上看出山西北部有一条自东北往西南移动的冷锋，位于北纬43～45°，东经100～125°之间。从500hap高空图上发现；中高纬度有多波动型槽脊线活动。西北部有两个槽，一个位于哈密到蒙古高原附近，冷中心为-20℃另一个位于内蒙古西部，贝加尔湖和华北地区在高压的控制下，东北地区为低槽区。由于华北脊的高压阻挡，有利于能量的积累。

对应在850hap图上山西北部有明显的风切变（图3.1），其产生的飑线是这次冰雹天气的主要系统。地面上山西北部的切边线明显由北向南移动。当日08时太原探空温度对数压力图显示，已经有不稳定的能力积累，伴随午后强烈升温，使空气变的很不稳定，这种高空干冷，底层暖湿润，加上地面冷空气快速南压的配置，极易导致强对流天气的生成。

从14时开始，太原的西山已经有对流云团生成发展，对流云带沿着太原市城区、小店、榆次往东发展，据了解榆次百草坡什贴、黄彩等地遭遇了冰雹袭击。

图3-1 850hap图

4．祥雨X波段天气雷达回波特征

4.1强度回波演变特征

2017年9月6日13时18分，祥雨X波段雷达观测到了位于榆次西部的清徐、交城、清徐上空有对流单体生成，然后缓慢往东南方向移动如图4-1。13时40分回波到达太谷雷达观测站的西北部，回波强度呈加强趋势。

图4-1

14时50分榆次北部的太原、阳曲有一对流单体生成，并且自西北向东南方向快速移动图4-2，移动速度达40-50km∙h^-1，该单体于15时06分发展成一个回波强度大于60，长16公里宽20公里的中尺度强对流单体风暴，此时的垂直液态水含量(VIL)由原来的10 kg∙m

^-2激增到40kg∙m^-2以上，50dBz以上强回波顶高在11km以上,在底层径向图上出现气旋式切变速度对，并出现中气旋的回波特征，说明超级单体风暴对流发展什么旺盛，强度在持续增强。

图4-2

随着风暴继续向东南方向移动15时45分榆次境内强回波面积进一步增大，百草坡上空观测到类似细长的钉子状异常回波，位置在雷达站至强回波的延长线上，强回波区与三体散射长钉之间的距离等于强回波区与地面之间的距离，出现了明显的三体散射现象（图4-3），对强回波单体做VCS垂直剖面产品可知：冰雹云回波单体强回波核（强度大于45dBz的回波）高度大概在8公里以上。据了解当天在榆次百草坡、黄彩等地出现冰雹、雷雨大风等强对流天气。16时52分雷达强回波大部移入榆次境内，继续往东南方向移动，此时冰雹云发展成为成熟阶段。其水平结构呈现带状结构，回波面积继续增大，回波强度仍保持在50分贝，此时的回波顶高达到3-9公里，低层存在弱回波区说明冰雹

还在发展阶段，但接近强盛时期地面开始降雹，随后强回波继续向榆次下方的和顺方向移动，强回波中心30分钟后强回波移出榆次区，18时后这个单体转为强降水云团。这个强回波单体水平结构成特征成“带状”，强度强、移速快，使得这一区域出现了冰雹天气。

图4-3

图4-4

5. 基本径向速度的分析

对本次过程的的径向速度资料的分析可以发现以下几个特点16时18分出现了较明显的风速辐合现象，远离雷达的云系在移动的过程中前面的云系移速慢，后面的云系移速快，在标识圈内形成风速的辐合，低层的辐合说明说明上升气流为主，有利于雹云的生成；这种风速辐合一直随着强回波单体向东南方向移动，风速的辐合随着云系的移动转变为风向和风速的辐合。此时冰雹云又一次发展到强盛阶段，致使榆次境内出现雷雨大风、冰雹天气。当冰雹云很强时，在低层可以看到一近似与距离圈平行的速度密集带，它是冰雹云成熟阶段云体中强烈的下沉气流形成的，这一区域对应着比较相对稳定的降水回波。

参考文献： [1]傅超,贾世杰,郑钟尧.沧州新一代天气雷达故障及备件管理系统的设计与实现[J].大科技,2020,(15):203-204.

[2]黄安明,冷谦,袁博,等.郴州天气雷达估测降水量误差分析[J].气象科技,2020,48(2):178-184.doi:10.19517/j.1671-6345.20190192.

作者简介：张毅（1981-），男，汉族，山西晋中市榆次区人，本科，工程师，从事人工影响天气，公共服务，气象信息与网络、预报预警工作。