一次長生命史超級單體降雹演化機制及雙偏振雷達回波分析*

高 麗 潘佳文 蔣璐璐 翁之梅

1 福建省臺州市氣象局，臺州 318000 2 廈門市氣象局，海峽氣象開放實驗室，廈門 361012 3 寧波市氣象局，寧波 315000

提 要： 2019年3月21日一次長生命史超級單體導致浙江省中部多個縣(市)降雹，為了研究超級單體得以長時間維持的環境背景及其云物理特征，利用常規資料以及寧波S波段雙偏振雷達數據，結合粒子相態識別算法，對此次過程的演變進行了分析。結果表明：高空槽前、850 hPa切變線附近和地面冷鋒為超級單體提供了合適的環流背景；風暴傳播區域對流有效位能的增加、風暴承載層的平均風向與風暴移動方向相近、風速大、對流風暴沿地面假相當位溫梯度大值區向東傳播及沿海強垂直風切變，導致中氣旋旋轉速度和旋轉厚度的增加，這些都是對流風暴長時間維持的原因。通過此次降雹單體風暴結構分析發現：整個生命史對流發展非常旺盛，最大反射率維持在60 dBz以上，風暴頂維持在8 km以上，風暴質心高度出現的三次明顯波動，對應三次降雹過程。垂直累積液態含水量(VIL)躍增量雖不及傳統指標，但結合垂直累積液態含水量密度(VILD)、VIL最大值及最大反射率因子大值區，對冰雹業務預報有指示作用。通過降雹單體雙偏振特征分析發現：冰雹下落過程中的翻滾現象，導致差分反射率(Zdr)值接近0 dB，水平和垂直偏振波差異導致三體散射特征(TBSS)根部Zdr大值區的出現；冰雹降落融化產生的外包水膜現象，使其Zdr值增大，相關系數(CC)值減小；通過偏振參數Zdr和CC特征，有助于識別高空大冰雹；超級單體的有界弱回波區(BWER)附近的Zdr柱不僅可指示上升運動，同時對降雹單體不同的成長階段具有指示作用。

引 言

冰雹作為對流風暴成熟階段的產物，其突發性強、破壞力大，常導致嚴重的災害性天氣，一直是災害性天氣研究領域的重要課題。在導致冰雹的強對流風暴中，超級單體風暴作為組織程度最高的風暴，往往造成的雹災更為嚴重，也更值得研究。

這些研究加深了對降雹型超級單體結構的認識，但由于單偏振多普勒天氣雷達不易探測粒子相態、形狀、空間取向等云物理特征，因此上述研究多集中于風暴結構的研究，對于云物理結構方面的研究相對較少。

隨著我國雙偏振天氣雷達升級改造計劃的推進，將進一步提高冰雹等災害性天氣的監測預警能力。2019年3月21日06—11時(北京時，下同)浙江省中部出現的超級單體造成金華、紹興、臺州、寧波等多個縣市降雹，維持近6 h，但預報難度高，極具研究價值。本文利用常規觀測資料、NECP再分析資料和雙偏振雷達資料，對此過程中造成多次降雹的長生命史超級單體的維持機制以及冰雹偏振特征進行研究，以提升超級單體降雹機理的認識，進而探討如何運用雙偏振雷達數據提高長歷時超級單體降雹的預警能力。

1 資料與方法

所用資料包括：寧波S波段雙偏振多普勒雷達(海拔高度458 m)每6 min一次的探測產品、常規高空探測和地面觀測產品、浙江省中尺度站觀測數據以及NECP 1°× 1°再分析資料。

為確保雙偏振雷達數據的可靠性，本文參考吳翀(2018)所提出的質量控制算法，使用相關系數及信噪比數據對非氣象回波進行了剔除。此外，使用Park et al(2009)基于模糊邏輯算法的HCA粒子相態分類算法，即將雷達回波識別為“小雨、大雨、冰雹、大雨滴、生物、地物、干雪、濕雪、冰晶、霰”共10類水凝物相態。相關研究表明HCA算法可增進對強對流風暴內部微物理結構的了解(潘佳文等，2020a)，同時該算法已在WSR-88D雙偏振雷達上進行廣泛的業務應用。

2 天氣過程概述及分析

2.1 天氣過程概述

2019年3月20日16—20時，受西南暖濕氣流影響，安徽南部、江西北部有多條緯向多單體回波生成并發展，并于21日06時進入浙江省境內。在浙江省有利的環流背景下發展成為超級單體風暴，生命史近6 h(21日06—12時)，造成浙江省多縣(市)冰雹天氣。截至21日12時，浙江金華、紹興、臺州、寧波4個市9個縣(區)受災(如圖1)，根據災情收集上報情況，本次過程以直徑小于2 cm的小冰雹為主，最大冰雹直徑為2 cm，達到大冰雹標準。此次過程具有降雹時間長、影響范圍廣、造成災害重等特點。那么導致多次降雹的超級單體長時間維持的原因是什么？此次超級單體降雹過程又有哪些雙偏振特征？

2.2 天氣形勢分析

21日08時，降雹區位于500 hPa冷溫槽前，高層200 hPa及中低層500、700、850 hPa皆有強盛西南氣流輸送，浙江西部位于高空急流右側及低空急流出口左前方鋒生區，高低空急流耦合有利于對流上升運動發展。同時低層850 hPa東北—西南走向切變線橫跨浙江中部，地面冷鋒南壓至浙江西北部，浙江中部(降雹區)位于在高空槽前、850 hPa切變線附近和地面冷鋒南側正渦度輻合上升區(圖2a)。

從浙江西部代表站衢州站探空曲線上看500 hPa存在明顯干冷空氣入侵，T-Td由12℃(20日20時)增加至35℃(21日08時，圖略)，干冷空氣疊置于低層強盛的西南急流形成的暖能量舌之上，使得溫度垂直遞減率增大并形成上干下濕的不穩定層結；同時中低層環境風垂直切變顯著增強，20日08時0～3 km垂直風切變達22 m·s-1，0～6 km垂直風切變為48 m·s-1，強的垂直風切變有利于對流風暴的高度組織化發展和傳播。隨著地面冷鋒南下伴隨低層(850 hPa)切變線東移導致浙江中部對流天氣發生發展。對比21日08時浙江中南部代表站洪家站探空曲線(圖2b)可以發現，低層較高的濕度下，云底低，溫度與露點曲線自下而上呈喇叭口形狀，上干下濕的垂直結構,250 hPa及以上的西南風高達60 m·s-1，高空風的抽吸作用促進對流的發展，有利于冰雹的發生。同時0℃層和-20℃層高度分別為4.2和7.1 km。需要注意的是，探空數據的0℃層高度為干球溫度0℃(DBZ)層，并不能準確反映冰雹融化層高度。為更準確地指示冰雹融化層高度，根據俞小鼎(2014)的研究，當對流層中層存在明顯干層時，濕球溫度0℃(WBZ)層的高度將明顯低于DBZ，WBZ可更準確地指示冰雹融化層高度。通過計算WBZ高度為3.8 km，明顯低于DBZ高度，這一現象說明蒸發冷卻引起的水膜再凍結會有利于大冰雹落地。

圖1 浙江探測站點分布、冰雹落區(縣)以及冰雹開始時間Fig.1 Distribution of observation stations in Zhejiang, hail falling area (county) and onset time of hail

圖2 2019年3月21日08時中尺度分析(a)和洪家站T-logp圖(b)Fig.2 Mesoscale analysis (a) and T-logp diagram at Hongjia Station (b) at 08:00 BT 21 March 2019

3 長生命史超級單體維持機制

3.1 不穩定層結

對流風暴為何能維持如此長的生命史且在移動過程中接連產生冰雹？

下面通過討論對流傳播區域(29.0°～29.5°N、119.5°～122°E)對流穩定度(?θse/?z)隨時間的變化(圖3a)，進而分析對流風暴發展和維持的原因。冰雹發生前20日20時至21日02時，邊界層(1 000～850 hPa)以及對流層中層(600～500 hPa)表現為弱不穩定層結，而對流層中下部(850～700 hPa)雖然為穩定層結，但不穩定度呈增加趨勢，尤其是21日08時，對流層中下部(850～700 hPa)由條件不穩定層結轉化為不穩定層結，不穩定度快速累積，一定程度上破壞了對流層中層(700～600 hPa及600～500 hPa)不穩定度層結趨于穩定的狀態(21日02—08時)。21日08時之后，對流層整體不穩定度增加，不穩定層結增厚。超級單體風暴移動到不穩定的環境中，不斷地獲取能量，從而得以較長時間的維持和發展。

圖3 2019年3月20日20時至21日20時對流不穩定度隨時間變化(a)和20日08時至21日20時29.2°N 700 hPa溫度平流(單位：K·s-1)隨時間變化(b)Fig.3 Variation of convective instability during 20:00 BT 20 to 20:00 BT 21 (a) and 29.2°N temperature advection (unit: K·s-1) during 08:00 BT 20 to 20:00 BT 21 (b) in March 2019

與其他層明顯不同，在超級單體移入影響前及影響后，對流層中下部(850～700 hPa)穩定度呈現快速增長原因何在？西南氣流東移使得浙江中部對流層中下層受暖平流影響，從各層的平流變化看(圖略)，在風暴移近時段21日02—08時700 hPa暖平流有明顯增強，同時大于其他層次。從29.2°N溫度平流沿經向分布時序(圖3b，700 hPa)可以看出，21日02—20時浙江中部處于暖平流的控制下，而降雹區域120°～121°E在21日08—20時出現暖平流中心，這可能與對流發生過程中潛熱釋放有關。持續的暖平流輸送使得此區域不穩定度持續增長，120.5°～121°E的700 hPa暖平流中心的出現也說明了超級單體在第二次降雹之后仍會繼續發展的原因。

3.2 風暴承載層平均風

高曉梅等(2018)發現，風暴承載層平均風向與風暴移動方向越相近，越有利于風暴的維持，通常用850、700、500、300 hPa四個層的平均矢量風來代表風暴承載層的平均移向。通過計算：21日08時浙江中南部代表站臺州洪家站風暴承載層風速為26.4 m·s-1，平均風向為252°；而降雹風暴平均移動速度為20.2 m·s-1，相當于風暴承載層平均風的76.5%，方向為261°，偏向風暴承載層右側9°。風暴承載層風速大同時與降雹風暴移向相近，對風暴移動起到正反饋作用，導致風暴長時間維持，從而出現長生命史的降雹風暴。同時較大風速增強了下沉氣流的動量下傳作用，有利于風暴組織化的增強。

3.3 地面假相當位溫演變

圖4為風暴路徑與地面假相當位溫的演變，由圖可知，21日09—11時浙江省中部一直存在假相當溫度的梯度大值區。在此期間，超級單體風暴位于高位溫舌的頂端，其移動路徑與假相當位溫等值線密集帶相平行并偏向于冷區一側。鋒面作為不同性質氣團的交界面，其兩側通常存在明顯的溫度、濕度、壓力對比，假相當位溫作為一種綜合反映溫度、氣壓、濕度的物理量，在此次過程中，其梯度大值區與地面冷鋒在空間上存在較好的對應關系。此時的假相當位溫梯度大值區同樣具備地面鋒面所具有的較強斜壓性。在本次過程中，超級單體沿著假相當位溫梯度大值區移動，該區域附近的強斜壓性有利于水平渦度的形成和維持，從而使得超級單體得以長時間維持和發展。

3.4 深厚的垂直風切變和內部旋轉的維持

風暴的發展維持、形態演變與垂直風切變密切相關，強而深厚的垂直風切有助于對流風暴的有組織化以及發展加強(張建軍等，2016)。王秀明等(2015)發現：低層較高濕度下，云底低，強風垂直切變與強的垂直運動有對應關系，從而使風暴高度組織化，進而成為長生命史風暴。同時垂直風切變通過水平渦度向垂直渦度的轉換和積累，使風暴內部渦度結構發生改變，從而使風暴內部環流維持時間更長、結構更加緊密(俞小鼎等，2006)。

通過風暴加強前浙江省0～6 km風切變(圖略)可以看到，21日02時之前浙江中部一帶存在34～38 m·s-1的垂直風切變，風暴進入浙江后21日08時，36～48 m·s-1的強垂直風切變中心東移到浙江東部，尤其是寧波、臺州沿海，這也說明了超級單體進入寧波之后仍出現發展加強的原因。強風垂直切變環境下，風暴出現明顯的旋轉特征，水平旋轉的產生加速了風暴內上升氣流和下沉氣流的共存，通過寧波雷達探測到風暴旋轉速度(圖5)可以看出：在強的風垂直切變條件下，自08:42金華出現中氣旋現象，至11:15寧波象山回波出海，中氣旋維持近3 h。鄭媛媛等(2004)研究發現：持續3個體掃以上的中氣旋與冰雹等強對流天氣具有很大的相關性。在三次降雹過程中，與常規的降雹過程類似，皆出現有界弱回波區(BWER)坍塌的現象(圖略)，但中氣旋的最大旋轉速度卻仍然維持甚至有所增強，直至降雹結束中氣旋的旋轉速度才緩慢減弱，并在中層(2～6 km)維持,這一現象與潘玉潔等(2008)的研究結果相近。

圖4 2019年3月21日09時(a)，10時(b)，11時(c)地面假相當位溫分析(單位：K)Fig.4 Analysis of the potential pseudo-equivalent temperature (unit: K)at 09:00 BT (a), 10:00 BT (b), 11:00 BT (c) March 21 2019

俞小鼎等(2006)發現，0℃層以上1.5～2 km是冰雹增長的關鍵區域，因此0℃以上的持續中氣旋旋轉更有利于冰雹的產生。在后兩次冰雹過程中，中氣旋的最大旋轉高度超過0℃層(3.8 km)并呈上升趨勢。同時中氣旋旋轉速度增大，旋轉高度升高，氣旋式旋轉柱加厚，分別呈現出2或3 km的增長。由于中氣旋的強烈旋轉造成明顯有界弱回

圖5 2019年3月21日08：42—11：06中氣旋高度及不同仰角旋轉速度(橫軸上紅色線段為降雹時長,與圖8一樣)Fig.5 Height of mesocyclone and rotation speed at different elevations during 08:42 BT to 11:06 BT 21 March 2019 (Red lines on horizontal axis： duration of hailfall, same as Fig.8)

波、回波傾斜及懸垂結構的產生，使得超級單體組織化程度更高，也是此降雹風暴長時間維持的原因。

4 雷達回波特征演變分析

4.1 回波演變

導致此次浙江中部連續降雹過程的對流風暴，于3月21日02:30在江西省北部生成，其在東移過程中與多個對流單體合并(圖略)，05時該對流單體進入浙江省境內，并在衢州市開化縣導致了地面短時大風(11級)。

08:42對流單體位于寧波雷達西南方235°/182 km處，單體的南側呈現出鉤狀回波特征(圖6a)，鉤狀回波東側具有寬廣的倒“V”字型前側入流缺口(FIN),與之對應，單體的西側存在后側入流缺口(RIN)，這些都是經典超級常見的特征。而風暴相對徑向速度場上表現為結構對稱的中氣旋(圖6b)，最大轉動速度為21 m·s-1，達到強中氣旋的標準(Andra,1997)。代表較強的前側入流和后側下沉氣流的FIN和RIN以及強中氣旋的同時存在，預示著該超級單體已發展至成熟階段，并于08:53發生第一次降雹。

09:32在超級單體的后側，有對流單體B通過云橋與超級單體A建立連接(圖6c)，單體B在速度場上具有中尺度對流渦旋(MCV)，其轉動速度為7 m·s-1(圖6d)。在后續時次，對流單體B逐漸并入超級單體A，對流單體的合并使得超級單體A得以維持并增強，其最大轉動速度也有明顯提升(圖5)。

09:54超級單體A再次發生降雹，在其西南側不斷有對流單體生成，Zh強中心迅速增大至50 dBz后并入超級單體A。10:17超級單體A的形態已初步呈現出弓狀回波的特征(圖7)。當超級單體嵌入中尺度對流系統中(如颮線、弓狀回波等),往往具有更長的生命史，并常造成更嚴重的災害(Atkins et al,2005)。在本次過程中則表現為超級單體A的旋轉速度一直維持在中氣旋的強度，并于10:40第三次降下冰雹。

截至11：14回波主體東移入海，超級單體A在近3 h的時間內共發生三次降雹過程。因此，有必要對超級單體A的風暴結構和偏振特征繼續進行分析。

圖6 2019年3月21日08:42(a，b)和09:32(c，d)時0.5°仰角水平反射率因子(a，c)和徑向速度(b，d)Fig.6 Zh (a, c), Vr (b, d) observed at 0.5° elevation at 08:42 BT (a, b) and (c, d) 09:32 BT 21 March 2019

圖7 2019年3月21日10:17時0.5°仰角水平反射率因子Fig.7 Zh observed at 0.5° elevation at 10:17 BT 21 March 2019

4.2 風暴結構演變

圖8為寧波雷達所觀測的超級單體A的時間演變，白色柱體為風暴高度，橫坐標紅色實線為三次冰雹發生時間。在風暴發展過程中，三次降雹過程最大反射率因子(DBZM)都在59 dBz以上，第三次降雹時DBZM已增至76 dBz。通過風暴最大反射率因子高度(MHT)、頂高、底高(柱體)的演變趨勢(左側坐標)可以看出三次降雹過程的變化：起始對流風暴位于對流層中層、質心高度偏高，并逐漸向下伸展，整個生命史中對流發展非常旺盛，最大反射率維持在60 dBz以上，風暴頂維持在8 km以上，風暴質心的高度出現了三次明顯的波動，并對應三次降雹過程。由于第二次和第三次降雹過程對流單體與超級單體發生合并作用，09:32和10:34，MHT、VIL、VILD表現為同步快速增長，降雹前1個體掃VIL分別達到最大值55和60 kg·m-2。

圖8 2019年3月21日08：08—11：14超級單體風暴結構隨時間的演變Fig.8 Evolution of supercell storm structure with time during 08:08 BT to 11:14 BT 21 March 2019

吳芳芳等(2013)通過一系列超級單體特征研究發現垂直累積液態含水量(VIL)和冰雹尺度存在正相關。刁秀廣等(2008)發現降雹風暴在成熟階段有明顯的VIL躍增現象，通常在16～20 kg·m-2較為有利。同時其附加指標垂直累積含水量密度VILD≥4 g·m-3出現冰雹概率極大，因此業務中經常關注VIL的躍增、VILD≥4 g·m-3及VIL持續高值區(60～70 kg·m-2)，也經常作為是直徑大于2 cm大冰雹預報指標，但是對于直徑小于2 cm的冰雹，由于VIL極大值只有40～50 kg·m-2，所以在臨近預報中經常被忽視。通過三次冰雹過程的參數變化(表1)，在降雹前VIL有11～14 kg·m-2的躍增，由于冰雹尺度小，其增量不及傳統指標，但是VILD達6 g·m-3左右、VIL最大值在50 kg·m-2及DBZM達70 dBz上下，在業務預報中匹配應用應加強關注。

表1 三次降雹(金華、臺州、寧波)過程參數變化Table 1 Parameters of three hailstorms in Jinhua, Taizhou and Ningbo

4.3 雙偏振特征分析

4.3.1 冰雹特征

眾所周知，由于冰雹介電常數低、空間取向隨機、偏振特征與雨滴明顯不同的特點，可以將水凝物的相態區分開來。以往的研究表明：相較于只使用Zh進行冰雹的識別，綜合運用Zdr和CC，可更為準確地識別出冰雹在對流單體中的位置及其相態特征(Aydin et al，1986)。

圖9顯示了第三次降雹10:40時0.5°仰角的Zh、Zdr、CC和粒子相態識別結果。此時，Zh強中心超過65 dBz，最大值達67.5 dBz(圖9a)。Zdr低值區位于該區域的南側，最小數值為負值(圖9b)。由粒子相態識別結果可知，在冰雹所在區域呈現出低Zdr值區域被高Zdr值區域包圍的現象(圖9d)。究其原因：大冰雹在下落過程中由于翻滾現象，使得Zdr值接近0 dB。但其周圍的冰雹在下落時融化，產生外包水膜現象使得Zdr值上升。結合CC可以發現(圖9c)，冰雹所在區域CC值明顯下降，說明此處的冰雹已發生融化，存在混合相態的水凝物。

4.3.2 三體散射特征(TBSS)

雷達探測大冰雹時，常觀測到三體散射特征(TBSS)。TBSS是一種虛假回波，表現為在大冰雹區的徑向遠側無回波區出現弱的Zh回波束，可作為判別大冰雹的充分但非必要條件(Lemon,1998)。

10:51寧波雷達1.5°仰角出現TBSS現象，Zh強中心達72.5 dBz，在其徑向遠端的弱回波(<20 dBz)伸展長度達15 km。由圖10b和10c可以發現，冰雹區的Zdr幾乎為0，而TBSS的根部Zdr有大值區(5.9 dB)，這是由于冰雹的散射波被地面反射，水平偏振和垂直偏振波的反射差異所致；CC值在冰雹區數值小，在TBSS的根部CC值更小(0.22)：并隨距離增大逐漸減小到負值，這與Kumjian et al(2010)歸納的TBSS的偏振特征相符(見圖10中圓圈)。

然而，由于強回波后側常有較強降雨回波存在，TBSS的Zh弱回波常被遮掩無法辨別(廖玉芳等,2007)，09:04寧波雷達1.5°仰角Zh強中心達63 dBz，由HCA識別結果可知，此時Zh強中心附近有冰雹存在，然而在Zh強中心的徑向遠端還存在降水回波，因此無法辨別是否存在TBSS(圖略)。但通過結合Zdr和CC等偏振參數，可以發現存在Zdr激增、CC降低的TBSS偏振特征，從而提高了對TBSS的辨識能力。

4.3.3Zdr柱特征

先前的研究表明，強上升氣流有利于冰雹的產生，因為長時間停留在具有過冷云(雨)滴的凍云中是其尺寸增長的主要方式(許煥斌，2012)。Zdr柱是對流風暴中最為常見的偏振特征之一，常位于上升氣流附近，可用于指示上升氣流的存在(潘佳文等，2020a；2020b)。由圖11可知，在超級單體的BWER 附近存在Zdr大值區(圖11b,11d中黑色圓圈處)，其伸展高度可達1.5°仰角(大約6.8 km)。

圖9 2019年3月21日10:40時0.5°仰角水平反射率因子(a)，差分反射率因子(b)，相關系數(c)和粒子相態識別結果(d)(圖中黑色圓圈是降雹區)Fig.9 Zh (a), Zdr (b), CC (c) and HCA (d) observed at 0.5° elevation at 10:40 BT 21 March 2019(black circle: hail area)

圖10 2019年3月21日10:51時1.5°仰角水平反射率因子(a)，差分反射率因子(b)，相關系數(c)Fig.10 Zh (a), Zdr (b) and CC (c) observed at 1.5° elevation at 10:51 BT 21 March 2019

圖11 2019年3月21日08:47時0.5°(a，b)和1.5°(c，d)仰角水平反射率因子(a，c)、差分反射率因子(b，d)Fig.11 Zh (a, c), Zdr (b, d) observed at 0.5° (a, b) and 1.5° (c, d) elevations at 08:47 BT 21 March 2019

沿寧波雷達233°徑向做垂直剖面，可以發現Zdr柱主要位于BWER內側及回波墻處(圖12a)，Zdr>1 dB區域的最大伸展高度可達-20℃層(圖12b)。同時伴有CC數值下降的現象(圖12c)，說明此處存在混合相態粒子，冰雹正經歷濕增長。

隨后時次，Zdr柱的伸展高度不斷下降，并于09:04 降至最低(圖12e)，其垂直伸展高度低于-10℃，此時地面正發生降雹。需要注意的是，在Zdr柱后側，距離雷達176 km處，存在Zdr值驟增(圖12e)、CC值驟減(圖12f)區域，此為TBSS在垂直結構上的偏振特征。

在此后兩次降雹過程中，Zdr柱的伸展高度均呈現出相同的發展趨勢，其伸展高度不斷增長，分別于09:21和10:12達到最大，Zdr>1 dB區域均觸及-20℃層，隨后逐漸下降，于降雹時降至最低。

在此后兩次降雹過程中，Zdr柱的伸展高度均呈現出相同的發展趨勢，其伸展高度不斷增長，分別于09:21和10:12達到最大，Zdr>1 dB區域均觸及-20℃層，隨后逐漸下降，于降雹時降至最低。

5 結論與討論

本文針對2019年3月21日發生在浙江省一次長生命史的超級單體多次降雹過程，利用常規觀測資料以及寧波S波段雙偏振雷達觀測數據，對超級單體得以長時間維持的環境參數做出分析，并對導致多次降雹的超級單體的雙偏振雷達特征進行了分析。結果表明：

圖12 2019年3月21日08:47沿233°徑向(a,b,c)和09:04沿232°徑向(d,e,f)水平反射率因子(a,d)、差分反射率因子(b,e)、相關系數(c,f)垂直剖面Fig.12 Vertical cross-section of Zh (a, d), Zdr (b, e), CC (c, f) along the 233° azimuth at 08:47 BT (a, b, c) and along the 232° azimuth at 09:04 BT (d, e, f) 21 March 2019

(1)降雹區位于在500 hPa高空槽前、850 hPa切變線附近和地面冷鋒南側正渦度輻合上升區中，干冷空氣的侵入導致溫度直減率增加，合適的0℃和-20℃層為降雹提供了合適的環境條件。

(2)持續的暖平流輸送導致風暴傳播區域不穩定度增長，風暴承載層的平均風向與系統移動方向接近，風速大，風暴沿地面假相當位溫梯度大值區向東傳播，強垂直風切變導致的風暴中氣旋旋轉速度和旋轉厚度增加，使得風暴得以長時間維持。

(3)分析長生命史降雹風暴結構，發現三次降雹過程的變化：起始對流風暴位于對流層中層、質心高度偏高，并逐漸向下伸展，整個生命史中對流發展非常旺盛，最大反射率維持在60 dBz以上，風暴頂維持在8 km以上，風暴質心高度三次明顯的波動對應三次降雹過程。雖然VIL增量(11～14 kg·m-2)不及傳統指標，但結合VILD(>6 g·m-3)、VIL大值區及DBZM(70 dBz左右)大值區仍可對冰雹業務預報有指示作用。

(4)大冰雹在下落過程中由于翻滾現象，其Zdr值接近0 dB，而冰雹散射波被地面反射，水平偏振和垂直偏振波的反射差異，導致TBSS根部Zdr有大值區(5.9 dB)的出現。隨著冰雹降落融化，其表面存在外包水膜現象使得Zdr值增大，CC值減小。通過偏振參數Zdr和CC特征有助于識別高空的大冰雹。

(5)超級單體的BWER附近Zdr柱的存在標志著強烈的上升運動。在三次降雹過程中，Zdr柱的伸展高度呈現相似的發展趨勢：即冰雹高空增長階段，Zdr伸展高度不斷增長，Zdr>1 dB區域可達-20℃層；降雹階段，Zdr柱的高度顯著下降，于地面降雹時降至最低。

本文僅為一次長生命史超級單體降雹過程的觀測分析結果，仍以定性分析為主。未來仍需通過更多的個例研究，例如針對不同冰雹尺寸的偏振特征進行定量分析，為雙偏振雷達的大規模業務應用提供參考。