基于相控阵雷达的浙江风雹过程天气动力和微物理特征分析

钱卓蕾; 章超钦; 娄小芬; 沈哲文; 罗玲; 章唯薇

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2026.004

基于相控阵雷达的浙江风雹过程天气动力和微物理特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.004

1.
绍兴市气象台，浙江绍兴 312000
2.
浙江省气象台，浙江杭州 310021
3.
绍兴市气象防灾减灾中心，浙江绍兴 312000

基金项目:

浙江省科技厅重点项目 2022C03150

中国气象局复盘总结专项 FPZJ2025-054

详细信息

通讯作者:
罗玲，女，浙江省人，研究员级高级工程师，主要从事强对流等中小尺度天气研究。E-mail：768477872@qq.com

中图分类号: P458.2
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出版历程
- 收稿日期: 2024-08-20
- 修回日期: 2025-09-18
- 网络出版日期: 2026-03-14
- 刊出日期: 2026-02-20

Dynamic and Microphysical Characteristics of a Wind and Hail Event in Zhejiang Based on Phased Array Radar

1.
Shaoxing Meteorological Office, Shaoxing, Zhejiang 312000, China
2.
Zhejiang Meteorological Officer, Hangzhou 310000, China
3.
Shaoxing Meteorological Service Center, Shaoxing, Zhejiang 312000, China

摘要

摘要: 为利用相控阵双偏振雷达研究浙江风雹过程的动力和微物理特征，基于X波段相控阵雷达观测数据及风场反演、粒子识别等产品，对2023年7月10日浙江风雹过程进行分析。结果表明：风暴发生在高能、垂直不稳定和弱垂直风切变的环境场中。降雹风暴较极端大风风暴更强，发展高度更高，且为后向传播型风暴。降雹过程中，水平极化反射率因子(Z_H)和差分相移率(K_DP)质心下沉，低层差分反射率(Z_DR)减小，相关系数(CC)小值区先向上伸展再下沉，冰相粒子下落，降至地面为雨夹雹。极端大风风暴在盆地中发展，地形辐合使得风暴强度增强。极端大风来临时，Z_H和K_DP质心迅速下降至近地面，降水粒子下落拖拽加强下沉气流，中层径向辐合速度对水平收缩、垂直拉伸以及近地面出现辐散速度对表征局地下击暴流的发生，同时，下坡地形和盆地狭管效应进一步加速了近地面大风。
- 相控阵雷达 /
- 风场反演 /
- 双偏振参量 /
- 冰雹 /
- 下击暴流
Abstract: In order to study the dynamic and microphysical characteristics of wind and hail events in Zhejiang using phased array dual polarization radar, an analysis of the wind and hail event in Zhejiang on 10 July 2023 was conducted based on X-band phased array radar observation data, wind field reversal, particle recognition and other products. The results indicated that the storm occurred in an environment characterized by high energy, vertical instability, and weak vertical wind shear. Hail storm was stronger than extreme wind storm, which developed at higher altitudes, and exhibited a backward-propagating storm pattern. During the hail event, the mass center of the horizontally polarized reflectivity factor (Z_H) and differential phase shift (K_DP) sank, while the low-level differential reflectivity (Z_DR) decreased. The region of low correlation coefficient (CC) first extended upwards before sinking as the ice crystal particles and supercooled water drops fell from the layer above 0 ℃, reaching the ground as rain and hail. Extreme gale storm developed in a basin, with the terrain convergence enhancing its intensity. As the extreme wind approached, the center of mass for Z_H and K_DP rapidly dropped to the near-surface and falling precipitation particles strengthened the downward airflow through entrainment. Besides, the horizontal contraction and vertical stretching of the radial convergence velocity in the middle layer, along with the divergence velocity near the surface indicated the occurrence of localized downburst. Meanwhile, the downslope terrain and the basin venturi effect further accelerated the near-surface winds.
- phased array radar /
- wind field reversal /
- dual polarization parameter /
- hail /
- downburst

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图 1 浙江地理信息、X波段相控阵雷达站以及降雹点(柯桥)和极端大风点(友谊)

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图 2 2023年7月10日13:00—18:00极大风站点和降雹站点分布(a；圆点为各级大风，三角形为降雹点)，柯桥站14:00—15:00(b)和友谊站15:10—16:10(c)5 min气压(单位：hPa)、气温(单位：℃)、降水(单位：mm)和风向风速(风羽)演变

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图 3 风雹过程综合天气分析概念图(a)、2023年7月10日08:00杭州站探空(b)

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图 4 降雹单体在2023年7月10日14:15—14:25的风暴轨迹(a)和风暴参数演变(c)，产生极端大风的单体在7月10日15:45—14:59的风暴轨迹(b)和风暴参数演变(d)

填色为地形高度。

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图 5 2023年7月10日14:16(a₁~d₁)、14:18(a₂~d₂)、14:20(a₃~d₃)、14:22(a₄~d₄)2 km高度的X波段相控阵雷达Z_H(a₁~a₄)(填色，单位：dBZ)、Z_DR(b₁~b₄)(填色，单位：dB)、K_DP(c₁~c₄)(填色，单位：°·km^-1)、CC(d₁~d₄)(填色)和反演风场(风矢，单位：m·s^-1)

黑色三角形为降雹点，黑色线为经过降雹点的雷达径向。

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图 6 2023年7月10日15:48(a₁~d₁)、15:50(a₂~d₂)、15:52(a₃~d₃)、15:54(a₄~d₄)1 km高度的X波段相控阵雷达Z_H(a₁~a₄)(填色，单位：dBZ)、Z_DR(b₁~b₄)(填色，单位：dB)、K_DP(c₁~c₄)(填色，单位：°·km^-1)、CC(d₁~d₄)(填色)和反演风场(风矢，单位：m·s^-1)

黑色三角形为极端大风点，黑色线为经过极端大风点的雷达径向。

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图 7 2023年7月10日15:48(a)、15:50(b)3.5 km高度和15:52(c)和15:54(d)300 m高度上的X波段相控阵雷达径向速度场(风矢，单位：m·s^-1)

黑色虚线圆圈为辐合速度对，蓝色虚线圆圈为辐散速度对，黑色三角形为极端大风点，黑色线为雷达径向。

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图 8 2023年7月10日14:16(a₁~d₁)、14:18(a₂~d₂)、14:20(a₃~d₃)、14:22(a₄~d₄)X波段相控阵雷达Z_H(a₁~a₄)(填色，单位：dBZ)、Z_DR(b₁~b₄)(填色，单位：dB)、K_DP(c₁~c₄)(填色，单位：°·km^-1)、CC(d₁~d₄)(填色)和反演风场(风矢，单位：m·s^-1)沿雷达径向的垂直剖面

黑色三角形为降雹点，灰色虚线为0 ℃层高度。

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图 9 2023年7月10日15:48(a₁~d₁)、15:50(a₂~d₂)、15:52(a₃~d₃)、15:54(a₄~d₄)X波段相控阵雷达Z_H(a₁~a₄)(填色，单位：dBZ)、Z_DR(b₁~b₄)(填色，单位：dB)、K_DP(c₁~c₄)(填色，单位：°·km^-1)、CC(d₁~d₄)(填色)和反演风场(风矢，单位：m·s^-1)沿雷达径向的垂直剖面

黑色三角形为极端大风点，灰色虚线为0 ℃层高度。

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图 10 2023年7月10日15:48(a)、15:50(b)、15:52(c)和15:54(d)X波段相控阵雷达径向速度垂直剖面

黑色虚线圆圈为中层径向辐合区，蓝色虚线圆圈为低层到近地面辐散区，黑色三角形为极端大风点。

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图 11 反演风场和高精度地形(a)、高精度地形垂直剖面(b，黑色三角形为极端大风点)

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图 12 降雹(a、b)和极端大风(c、d)强单体的相控阵雷达观测示意模型

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表 1 X波段双偏振相控阵雷达主要技术指标

雷达参数	技术指标
天线尺寸	1.57 m×1.55 m
工作频率	9 400±100 MHz
电磁波波长	31.58~32.26 mm
探测距离	45 km
天线增益	38 dBi
发射功率	320 W
仰角扫描范围	0~72 °
脉冲宽度	40 μs
重复功率	≥500 Hz(警戒)、≥1 000 Hz(定量)
极化方式	水平/垂直
探测参量	Z_H，Z_DR，P_hiDP，K_DP，ρ_HV，V，W
采样方式	PPI，RH，VOL，SEC
动态范围	95 dB
体扫时间	60 s

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表 2 X波段相控阵雷达衰减订正评估

雷达参量		平均绝对误差	相关系数
Z_H/dBZ	未衰减订正	5.97	0.65
Z_H/dBZ	衰减订正	4.05	0.82
Z_DR/dB	未衰减订正	0.62	0.53
Z_DR/dB	衰减订正	0.47	0.67

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