[科普中国]-冰雹云回波特征

根据国内外的研究，产生冰雹的雷暴除了具有一些基本特征外，由于环境条件的不同，还有特殊结构和形态的强雷暴，它们主要是多单体风暴和超级单体风暴。其主要的外形特征有分PPI上冰雹云回波的形态特征和RHI上冰雹云回波的形态特征。

简介根据国内外的研究，产生冰雹的雷暴除了具有一些基本特征外，由于环境条件的不同，还有特殊结构和形态的强雷暴，它们主要是多单体风暴和超级单体风暴。其主要的外形特征如下：

PPI上冰雹云回波的形态特征a、V形缺口。PPI回波中的V形缺口，表明云中已有众多大冰雹形成，由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强衰减作用，雷达探测时电磁波不能穿透主要的大粒子(冰雹)区，在大粒子(冰雹)区的后半部形成所谓的V形缺口。应该注意的是，这种V型缺口通常只有用波长较短的雷达，例如3cm波长的雷达探测时才可能出现。对10 cm波长的雷达，由于衰减作用小，一般不易看到这种回波形态。

b、钩状回波。强冰雹云，伴随着强的低层上升入流的进一步发展，入口缺口会演变成钩状，常出现在回波移动方向的右侧或右后侧，这也是冰雹云的特征形态。它们通常是超级单体风暴回波型的一种识别标志，所以只要确认探测到了钩状回波，结合回波体的强度、高度和尺度，一般应能够辨认出超级单体风暴，从而确认它是冰雹云。

钩状回波气流结构是由于冰雹云具有强的上升入流气流，在云中下部的倾斜上升气流区内缺少大粒子，因而形成弱回波区，反映在低层PPI回波上出现一个向云内凹入的缺口，缺口处具有最大的回波强度梯度，这种缺口叫入流缺口，是云体具有强上升气流达到雹云阶段的一个标志。雷达在低仰角探测时才能发现。

c、指状回波。指状回波常对应着中等强度的降雹，多出现在低层回波中，一般位于回波移向的后侧，尺度比主回波小，是主回波的突出物，形如指头。从回波强度分布来看，指头和与主回波连根处具有很大的反射率梯度值，是雹云局部突然强化的标志。

指状回波通常在低仰角时最为明显，向上逐渐变宽、减弱。在发生冰雹时，指状回波变化很快，识别指状回波只要根据所处部位、尺度及反射率梯度分布，但决不可将回波边缘那些不平整的突出部位误判为指状回波。

d、人字形回波。由数个单体排列成的长达百余千米的条状雹云回波，在高原上常可见到，这往往都是规律性移入雹云。值得注意的是，条状回波的一种波动形式——字形回波。这种回波出现常伴随着较强的降雹。人字形回波可由多个单体组成，也可由两个单体组成，该形态回波的出现，说明雹暴生成于两种性质和速度不同的气团边界上，受扰动而造成对流的旺盛发展。

e、弓形回波。弓形回波是指快速运动的、向前凸起的、形如弓的强对流回波。它通常伴随下击暴流、冰雹、暴雨或龙卷等强烈天气现象，对农业生产危害极大。弓形回波通常是由孤立风暴诱发的下击暴流激发而产生，或者由飑线中的强对流单体产生的下击暴流，冲击对流云带加速移动而形成。条状回波的形态表征着对流活动的组织化形成了飑线，这种组织化会增强其中的一些单体迅速增长，形成强雹云，条状回波对应着地面和低层有气流切变线形成。这种线状切变是不稳定的，可以起波形成涡旋，线状变成波状就可以观测到弓字形回波。

f、辉斑回波。雷达探测冰雹云时，由于冰雹(强回波中心)和地面的多次反射使电磁波传播距离变长，产生异常回波信号，回波返回所用的额外时间被雷达显示成更远处的回波，表现为从冰雹云中沿岸回波中心径向方向延伸出去的尖峰，称为冰雹尖峰回波，也称辉斑回波。

g、回波的并合。在识别冰雹云时就有这样一条经验：云打架，冰雹下。就是说，两块积云的并合，会发展成冰雹云，这是判断是否会发生降雹的一个重要条件。回波单体这种耦合运动反映水平流场有辐合存在，而辐合流场则会促进冰雹云发展。1

RHI上冰雹云回波的形态特征在RHI垂直剖面上，冰雹云回波具有一些明显的特征：

a、弱回波穹窿(即弱回波区)。超级单体风暴中的弱回波穹窿处于冰雹云内部强上升气流区，因此当沿着上升气流的方向进行RHI扫描观测时，就会显示出从低空倾斜的升向云体中上部的弱回波穹窿，弱回波穹窿介于悬挂回波和回波墙之间。穹窿顶部为强回波区所覆盖，最高回波顶也常位于弱回波穹窿的正上方。悬挂回波中有大量的雹胚和过冷却水滴以及小冰雹，因而具有较大的回波强度，回波墙是大冰雹的主要降落处，这里回波陡直，回波强度和强度梯度都很大。

由于超级单体风暴中上升气流特别强，在其上升运动区出现了相对弱的回波区在降雹区，由于雹块集中降落，形成了垂直方向的特强回波区(墙)；在其前沿，小冰雹循环上升的区域构成了悬挂回波。

弱回波穹窿是识别冰雹云十分有用的指标。但是，由于冰雹云回波空间结构的非对称性，并非沿任意方向对冰雹云进行垂直剖面观测都能看到穹窿结构。加之，由于强上升气流是倾斜的，其水平宽带较窄(约几千米)，所以有时在某一方向上能观测到弱回波穹窿，而在与之相差几度的方位上就不一定能完整的观测到，尤其是回波距离较远时，则更不易看到。实际探测时，可通过平面位置显示器回波图像上的人流缺口，对着冰雹云强回波区进行垂直剖面观测，则有较多的机会可观测到回波穹隆。

b、强回波区高度。由于冰雹云中的强上升气流能迅速把大粒子抬升到0℃层以上较高的高度，在那里形成含水量累积区。含水量累积区内大量的大冰雹、过冷却水滴的雷达反射率因子特大，在冰雹云回波的垂直剖面上构成强回波中心。在RHI上，冰雹云的强回波中心的高度远比普通雷暴的强回波中心高，这就是雷达探测冰雹云时常用的所谓强回波高度。实践证明，用RHI上的回波型判别冰雹云，强回波高度是一个很成功的指标。

c、初期回波出现的高度。识别冰雹云初始回波对提高人工防雹作业的效果非常重要，识别冰雹云和雷雨云初始回波的方法是，冰雹云初始回波形成于中空0℃层左右，说明中空存在着不稳定能量。而雷雨云形成的回波则在近地面层。

d、旁瓣回波。雷达天线向外发射电磁波，电磁波能量绝大部分集中在主瓣内。对一般的散射目标物，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。但是当云中的冰雹形成区(含水量累积区)回波特别强，在雷达作垂直剖面观测时，RHI上的强雷暴回波顶上会出现一尖锐回波，即旁瓣回波。

e、回波跃增。对冰雹云发展早期进行连续跟踪观测都能发现冰雹云有爆发式增长阶段，这种现象被称为冰雹云的跃增增长现象，这是冰雹云发展的一个重要特征。出现跃增增长时，45 dBz强回波区比0 dBz回波区增长得更快，说明云内的上升气流特别强，观测到跃增增长的回波后在地面都有降雹。这是冰雹云从生成到发展再到成熟过程中的一个明显特征，在雷达RHI显示上，45 dBz强回波在短时间内(5～10 min)向上突增，常导致不久之后地面降雹，而雷雨云没有这种现象。1

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院