冰雹突发性强、破坏力大，是江苏主要强对流灾害之一，与冰雹相伴随的雷暴大风、短时强降水等强对流天气常常给江苏带来重大的灾害，目前针对冰雹的双偏振参量业务识别指标及在江苏的适用性问题，需要开展研究和验证工作。本项目对江苏省S波段双偏振雷达观测的冰雹过程进行统计：
在贝叶斯相态分类基础上，融合双偏振雷达的反射率因子（ZH）、差分反射率（ZDR）、相关系数（CC）、差分传播相位常数（KDP）等多个参量，并结合探空资料提供的温度廓线以及雹暴的三维结构信息，构建了本地化的冰雹识别模型，发展双偏振雷达冰雹识别算法，实现自动、精准地识别冰雹区域，有效降低空报率，为短临灾害性天气预警业务提供一定的参考依据。
图1 2019年3月20日南京S波段双偏振雷达观测雹暴结构
利用2019~2022年北京、河北、河南、浙江、山东、江苏、安徽、江西和广东9个省49次冰雹过程，对研发的双线偏振雷达冰雹识别算法进行评估。综合利用冰雹观测、新闻媒体以及结合雷达观测确定降雹实况。评估结果显示，冰雹识别算法表现较好，击中率为77.6%。
利用江苏7部双偏振雷达资料，对2020-2022年发生在江苏境内的47个冰雹个例的水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、相关系数CC、差分相位率KDP等偏振参量进行统计分析，并将其进一步分为22例大冰雹、25例小冰雹，来研究不同冰雹尺寸的双偏差参量差异，综合得到了江苏地区大、小冰雹的双偏振参量识别阈值：
（1）大冰雹的识别阈值：在0℃层以上，ZH>65dBZ、ZDR<0dB、CC<0.985；在0℃层以下2km内，ZH>67dBZ且CC<0.98；在近地面层ZH>63dBZ、ZDR<1.5dB、CC<0.97。
（2）小冰雹的识别阈值：在0℃层以上，ZH>60dBZ、ZDR<0dB、CC<0.995；在0℃层以下2km内，ZH>65dBZ且CC<0.985；在近地面层ZH>58dBZ、ZDR<3dB、CC<0.98。
（3）所有冰雹个例中水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、相关系数CC、差分相位率KDP的最低阈值为：0℃层以上，ZH=37.5dBZ、ZDR=-2.56dB、CC=0.83、KDP=-0.6°/km；0℃层以下，ZH=53.5dBZ、ZDR=-2.4dB、CC=0.82，KDP=-0.1°/km。
通过对典型冰雹过程的雷达回波演变特征分析，厘清冰雹从发展、成熟到降雹三个阶段的典型雷达特征。研究发现，冰雹的发生伴随较强的上升气流，雷达图上均呈现基本反射率因子回波强、均一性差( CC＜0. 95)的雷达回波特点，但由于冰雹尺寸的不同，雷达回波特征存在明显差异：回波强度越强，最大反射率因子高度越高；单体回波倾斜、弱回波区特征结构越清晰的风暴单体产生的冰雹尺寸越大；在没有大水滴包裹时，CC 值随冰雹尺寸的增大而减小；冰雹尺寸越大，出现三体散射( TBSS) 的可能性越大，且TBSS回波特征越明显。
图2. 2021年4月30日盐城雷达对不同时刻不同仰角的
连云港、泗阳和淮安地区的反射率因子
作者：慕瑞琪
审核：刘端阳、杨吉
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南京气象科技创新研究院
NJIAS
中国气象局
交通气象重点开放实验室