基于双偏振雷达资料对南海弱台风降水微物理结构的分析

王睿，黄燕燕，伍志方，林青，周浪，陈超，吴林

(1. 广东省气象台(南海海洋气象预报中心)，广东 广州 510641；2. 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室，广东 广州 510641；3. 广东省气象公共服务中心，广东 广州 510641)

1 引 言

台风是影响我国的主要气象灾害之一，华南沿海是受台风影响最频繁的区域。热带气旋对我国南部沿海地区的夏季降水有重要影响[1-2]，每年热带气旋带来的灾害天气，给当地的经济、人民生命和财产造成重大损失。这些影响或登陆广东的热带气旋基本上都属于南海台风。近年来台风路径数值预报水平已有很大改进[3-5]，但每年仍有一些南海台风，预报路径误差很大。这些台风相对较弱，路径不稳定，移动速度也相对较慢，但是对华南沿海造成的降雨却很强，据前人的研究，台风较弱时(台风和台风级以下)大暴雨发生的概率要比台风强度较强时(大于等于台风级)高许多[6]。我们将这些进入南海区域，中心风速达到17.2 m/s、不高于36.9 m/s 的热带气旋(即包括热带风暴、强热带风暴和风速小于等于12 级的台风)定义为“南海弱台风”[7]。

虽然南海弱台风强度不大，中心风力也没有达到强台风的级别，但是由于弱台风的路径相对不稳定，移动速度较慢，其登陆前后台风雨带对华南沿海地区的影响时间更长，风雨的持续时间也较长，台风外围环流激发的强对流天气同样对沿海城市造成严重灾害。如2018年4 号热带气旋“艾云尼”和2019年的7 号热带气旋“韦帕”，虽然都未达到台风级别，但由于移动缓慢、结构不对称、路径复杂、生命史长，造成广东沿海地区暴雨范围广，持续时间较长，累计雨量较大，给广东沿海地区造成严重的经济损失。

台风造成的风雨影响与台风的结构和强度有密切关系[8-9]。大部分台风有显著台风眼和螺旋雨带特征，其中许多发展较充分的台风还经常会出现同心双眼墙的结构特征[10-11]，且台风的强度越强，出现双眼墙特征的概率也越大[12]。在西太(西太平洋)有80%左右的强台风至少会出现一次双眼墙的替换过程[13-14]。由于台风的结构和强度的变化使得台风的路径和强度预报有较大不确定性，从而影响对台风风雨的预报[15]。

国内对南海台风结构的研究较早，主要是采用天气学和统计方法进行总结，台风预报的方法、结构特征[16-17]，或基于观测和分析资料对南海台风个例的结构特征进行分析[18-19]，主要基于大尺度分析资料，利用的观测多是探空等常规资料，所反映的台风结构特点较“粗糙”。而且更多的是针对一些有显著特点的强台风或超强台风。而对于弱台风结构和微物理过程的研究还相对较少，其内部微物理过程和台风结构对降水落区和风雨的影响也了解较少。

通过前人的研究，弱台风带来的大暴雨的概率要明显大于强台风带来的大暴雨概率[6]。因此研究南海弱台风的结构特点和降水微物理特征对分析和预报广东和华南沿海的台风降水有重要意义。

随着雷达、卫星等遥感探测技术的发展，对台风的观测手段更丰富，雷达、卫星资料也更多地被应用到台风研究领域。Simpson 等[20]通过雷达观测发现台风环流雨带的回波并不是均匀的，而是由一条条很明显的螺旋雨带组成，就是所谓的中尺度螺旋雨带。前人的研究[21-22]发现在螺旋雨带中还存在着许多更小尺度的对流系统。伴随多普勒雷达的发展，天气雷达探测强对流天气的能力有了很大提高[23]。刘黎平等[24]分析指出，新的雷达遥感技术和方法的发展，为我们对中尺度天气过程的探测和研究提供更高时空分辨率、更多观测参量的资料。特别是双偏振天气雷达的发展和应用，雷达回波的后向散射信息能够提供降水粒子在水平和垂直方向上的形状、大小、相态和数量等信息[25]，为台风降水的微物理结构的分析提供重要的基础数据。截止于2018年，广东沿海的雷达基本完成了双偏振雷达的升级改造，使得广东对登陆广东沿海的南海台风的观测能力得到大幅提升，湛江、阳江和深圳等双偏振雷达多次观测到南海台风的眼墙和螺旋雨带区域的降水过程。

本文利用双偏振雷达观测研究南海弱台风眼墙和雨区降水的分布和演变，以及其降水粒子滴谱的微物理变化过程。本文的研究，有利于充分发挥广东双偏振雷达探测的效益，获取南海弱台风较细致的结构特点，加深对南海弱台风结构和降水微物理特征的认识，为提高南海弱台风发展演变及降水预报奠定基础。

2 资料方法

本文选取了湛江和深圳的雷达资料，均为CINRAD/SAD 型气象业务多普勒雷达，并都于2018年前完成了双偏振雷达改造。S 波段双偏振雷达，波长为10 cm，完成一次体扫时间为6 min。

对流累计频次：本文参照Steiner 等[26]的降水分类算法，依据低层的雷达反射率因子数据将降水分为层云性降水和对流性降水两类：(1) 由于对流性降水产生的回波较强的反射率因子，因此大于40 dBZ 的像素点被识别为对流性降水；(2) 按Steiner 等[26]提出的廓线，识别出对流回波与环境背景场的回波之间的差值，如果大于峰值标准，则判断为对流性降水，剩下的区域为层云降水。因此本文选取大于40 dBZ 的像素点作为一个对流发生点，选取一定时间段对对流发生点的合成作为对流累计频次，来分析对流发展的活跃区域。

弱台风定义：本研究以热带气旋中心最大风速是否超过12 级作为弱台风的分界，热带气旋中心最大风速小于等于12 级(36.9 m/s)的定义为弱台风，即包括热带风暴、强热带风暴和中心最大风速小于等于12级的台风。

根据弱台风的定义，本文选取了2018—2020年的4个南海弱台风过程进行分析，分析中用到的双偏振雷达资料为反射率因子强度ZH，差分反射率ZDR和比差分相移KDP三个变量。雷达数据质量控制的方法与文献[27]一致。

3 结果与分析

3.1 南海弱台风个例选取

为研究不同级别的南海弱台风的微物理结构，选取了4个在广东登陆的南海弱台风(图1)进行分析，分别是2018年第4 号热带气旋“艾云尼”，2018年第 23 号热带气旋“百里嘉”，2019年第 7 号热带气旋“韦帕”和2020年第7 号热带气旋“海高斯”，其中 2018年的“艾云尼”和 2019年的“韦帕”最强是热带风暴级，2018年的“百里嘉”最强是强热带风暴级，2020年的“海高斯”是台风级登陆的。

图1 热带气旋“艾云尼”(a)、“韦帕”(b)、“百里嘉”(c)、“海高斯”(d)路径图

在近几年登陆的南海弱台风中，造成最大风雨影响的不是以台风级登陆的“海高斯”和强热带风暴“百里嘉”，而是只有热带风暴级别的“艾云尼”和“韦帕”(图2)。热带气旋“艾云尼”在登陆前后对广东及沿海都造成了严重的风雨影响。受“艾云尼”影响，广东大部分地区6月6—8日连续出现了大暴雨，局部特大暴雨的降水(图2a)。广东全省有400 多个站点出现超过250 mm 的过程累计降水，最大累计降雨量超过500 mm。“艾云尼”作为强度仅为热带风暴级别的南海弱台风却给广东带来如此强的风雨影响，其累计降水甚至超过了许多台风和强台风。

同为热带气旋“韦帕”在2019年7月 31日—8月2日登陆前后，给广东省南部和中部偏南带来了暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，广东全省有300 多个站点出现250 mm 以上的过程累计降水，江门市新会出现超过500 mm的过程累计雨量(图2b)。

热带气旋“艾云尼”和“韦帕”对广东省造成的风雨影响均有“暴雨范围广、累积雨量大、持续时间长”的特点，造成这两个热带气旋如此长时间大范围的降水原因除了海上充足的水汽供应外，还和两个南海弱台风本身“路径复杂、移动缓慢、结构不对称、维持时间长”等特点有关，两个热带气旋都在南海西北部停留打转，且在广东和海南岛多次登陆(图1a、1b)，这种多次登陆和路径的复杂不稳定使得广东的降水持续时间较长，降水的范围也较大。

2018年的第23 号热带气旋“百里嘉”和2020年第7号热带气旋“海高斯”的路径相对稳定，移动速度也相对前两个南海弱台风较快，其路径分别是沿偏西方向和西偏北方向移动(图1c、1d)。造成的强降水持续时间、范围和量级都相对较小，尤其是“百里嘉”，由于水汽供应受到“山竹”的影响，且近海生成路径稳定，能量的积蓄时间较短，仅使得粤东和粤西沿海市县出现中到大雨局部暴雨(图2c)。而“海高斯”由于近海急剧加强：12 h 内从热带风暴级别快速加强到台风级别，对广东的南部沿海市县造成了大到暴雨，局部大暴雨(图2d)。虽然“海高斯”的强度更强，但由于其移动速度较快，生命史非常短，所以造成的风雨持续时间较短，累计雨量相较于强度更弱的“艾云尼”和“韦帕”也小了许多。

图2 4个南海弱台风个例造成广东降水分布

由于热带气旋“艾云尼”长时间在广东沿海附近打转，并前后三次在广东和海南沿岸登陆，对广东造成的暴雨灾害影响时间最长，雨量最大。而且其路径最复杂，每次登陆的方向均不一样，因此本文主要选取“艾云尼”作为研究对象，分析其从不同方向登陆时降水精细结构的特点。

3.2 基于双偏振雷达资料的南海弱台风精细结构分析

3.2.1 热带气旋“艾云尼”

从图1 热带气旋“艾云尼”的路径图上可看到，“艾云尼”在北上的过程中，曾在广东湛江和海南附近长时间打转，并在广东和海南附近多次登陆，在 6日 06 时 25 分(北京时间，下同)在湛江徐闻新寮镇沿海地区登陆后，开始向南移动，6日08 时被正式命名为“艾云尼”，11 时移入琼州海峡，并在14 时50 分在海口市沿海再次登陆，随后东移出海，22 时前后移入海南岛东北部海面，7日00时转向偏北方向移动，并在7日20 时在阳江海陵岛第三次登陆。

从“艾云尼”第一次登陆湛江后的路径可分为三段：6日 08 时—6日 15 时向偏南方向移动；6日15 时—7日 00 时向偏东方向移动；7日 00—20 时向偏北方向移动(表1)。

表1 热带气旋“艾云尼”第一次登陆后路径分类

我们从雷达回波图上可看出，“艾云尼”呈现出明显的偏心结构，由于台风“艾云尼”的强度并不是很强，只达到热带风暴级别，所以整体回波强度并不强，大部分为35 dBZ 以下的绿色回波。但是依然可清晰看到台风的眼墙，在距台风中心50～70 km 处的位置出现近似一圈回波强度大于40 dBZ 的强回波带，而且并没有看到清晰的双眼墙结构。

图3a 是6日08 时前后雷达回波，此时热带气旋第一次登陆广东湛江，被正式命名为“艾云尼”，并向南移动。从此时的雷达回波可看到，由于“艾云尼”已经登陆，台风中心主要在陆地，所以台风眼并不明显，台风中心还是有弱的降水回波。热带气旋的降水回波成非对称性，反射率最强的区域主要集中在热带气旋移动方向的右前方，气旋环流吹向海南岛西北侧沿岸前，即热带气旋移动方向的第一象限，另外在珠江口西侧，江门、佛山地区也由于台风的外围环流上岸引起了一些降水回波。

图3b 显示 6日 19 时的雷达回波，此时“艾云尼”已经登陆海南岛并逐渐东移出海，此时回波较强的区域主要有两个，一个是台风中心的北侧，即热带气旋前进方向的左侧，以及茂名沿海地区，热带气旋外围环流上岸引起的对流回波，且眼墙所在的大回波区和外围环流上岸的对流雨带中间有一段无明显回波的晴空区，回波呈现了一个“6”字型，借鉴Kossin 等[28]利用微波和雷达资料定义的方法，将原眼墙外侧准圆形的环流圈与原眼墙彻底分离，这个新的环流圈中连续对流云系的弧长至少为圆周的75%，新的环流云系的对流分布可为非对称结构；另外，内层眼墙外的下沉区必须是无云的晴空区。根据这个定义，虽然“艾云尼”的回波并不满足双眼墙结构，但可明显看出茂名沿岸的回波带主要是热带气旋的外层环流上岸激发的对流回波。

从7日00 时“艾云尼”开始北上，台风中心主要在海上，图3c是7日06时的雷达回波，此时台风中心几乎没有回波，有明显的晴空区，眼墙的环流也较清晰，其中回波强度较强的区域有两个，北边的眼墙环流区上岸接触陆地，激发了一条环流带，主要在热带气旋移动方向的第一象限；同时在台风中心南侧，也有一块回波较强的区域。另外在珠三角的西侧，热带气旋的外层环流也激起了一条降水回波。

图3 热带气旋“艾云尼”的雷达反射率

为了分析弱台风的降水的微物理结构，我们通过双偏振雷达，分析热带气旋回波的双偏振参量，从图4a、4d 可看到，在“艾云尼”南移的过程中，在气旋移动方向的右前方的ZH大值区，KDP也有明显的大值区，同时在珠江口西侧，江门、佛山地区也出现了KDP较大的区域，说明在此区域降水粒子的密度较大，但是在ZDR图上，对应区域的ZDR并没有偏大，反而在海上的雷达回波强度比在海南岛陆地的ZDR要大，说明在回波较强的区域降水粒子并不是很大，但是粒子密度较大，说明对流强度并不是很强。在台风转向东移出海的过程中(图4b)，在外层环流上岸的过程在茂名沿海地区同样出现了KDP大值区，与ZH大值区相对应，ZDR在该区域只有微弱偏大，说明粒子半径的增大并不明显，回波较强的区域主要是因为降水粒子的密度较大引起的。但是随着“艾云尼”的北上，内层眼墙的环流登陆，在湛江茂名沿海台风眼墙处的回波带KDP和ZDR都出现了较大值(图 4c、4f)，降水粒子的密度和直径都较大，说明热带气旋环流对流活动较旺盛。

图4 热带气旋“艾云尼”的双偏振量

按图3 中的3个时次、沿图3 黑线所示的区域做垂直剖面(图5)，在台风环流登陆时，海南岛沿岸激起了较大回波，对流活动也发展到6 km 左右的高度，而海上的回波相对较弱，KDP也与反射率有相似形态，在沿岸较大，粒子密度较大，但是ZDR的值相对比较平均，海上的ZDR还相对更大些，而在登陆前的4～6 km高度处，ZDR出现负值，说明在此处有冰晶粒子存在。到6日19 时，从剖面图上可看出在南侧和北侧分别有明显的回波大值区，而中间是较空的无回波区，这片无回波区就是内层眼墙和外层眼墙之间的晴空区。北侧的热带气旋外层环流登陆激起的对流回波高度在5 km 左右，回波强度也达到40 dBZ 以上，对应区域的KDP也有较大值，但是ZDR值却比较平均，无明显增大。而在7日凌晨，“艾云尼”北上，可看到在热带气旋内层眼墙环流登陆激起对流回波带，回波强度达到50 dBZ 以上，对流高度也达到5～6 km。由图5f、5i可看到，相同区域的KDP和ZDR都相对较大，说明在此处的降水粒子的大小和密度都相对较大，对流活动发展较旺盛。

图5 热带气旋“艾云尼”的不同时次沿黑色实线的双偏振量剖面

为了研究“艾云尼”在不同移动方向上时的微物理结构和对流发展情况，我们依据表1的时间分段将台风路径分为三段，并对每段路径大于40 dBZ的回波进行了合成分析(图6)。我们把雷达反射率强度大于40 dBZ 作为对流发展的标准，台风在某个区域出现大于40 dBZ 的频次越多表示对流发展越频繁。

同图3 的分析类似，在图6a 中“艾云尼”在南下的过程中，对流活动最强的区域主要集中在台风移动方向的右前方，气旋环流吹向海南岛西北侧沿岸前，即热带气旋移动方向的第一象限；在图6b 气旋东移的过程中，对流活动较强的区域分别是台风中心的西北侧，即气旋前进方向的第一和第二象限，以及茂名沿海地区。台风环流雨带上岸引起的对流回波，热带气旋移动对降水非对称的贡献是通过边界层辐合实现的[29]，当热带气旋移动时，热带气旋本体的移动速度叠加在气旋环流使得右侧的上岸风速速度增加，导致热带气旋右侧环流的边界层摩擦增强，从而在右侧环流上岸时产生更强的辐合上升运动，进而在环流下风方向形成较强降水。在f平面上的研究也发现向岸流在移动右前侧会产生切向风的辐合[30]。

从图6的对流累计频次图可看出，对流累计频次发生最大的区域几乎都发生在热带气旋登陆点右侧，气旋环流雨带上岸处的陆地和上岸前的海面，说明陆地对台风降水产生也有着重要作用。陆地对台风降水分布的影响主要有三个方面：第一，在地形区域迎风坡引起环流的辐合上升产生非对称的降水[31]；第二，由于陆面的摩擦力要大于海面，在热带气旋右侧的盛行向岸风区域辐合加强，从而使得移动右前象限的降水增强；第三，Chen等[32]在f平面上利用理想实验模拟发现，由于海陆之间的相对湿度差异，陆地的干空气卷入，上升至西侧洋面叠加在海面暖湿空气上方，使得大气的不稳定加强，在海岸线前的对流活动增强。

在图6b 中热带气旋内层眼墙所在的大回波区和外围环流上岸的对流雨带中间有一段无明显回波的晴空区，回波呈现了一个“6”字型，而这两处回波较强的区域都是热带气旋的内外侧环流螺旋雨带上岸由于陆面摩擦和地形引起的对流；在图6c 台风移入海上并再次北上时，热带气旋的内层螺旋雨带上岸，在茂名、阳江沿海引起对流活动较大区，同时，在台风中心的南侧的海面也有对流活动旺盛区，且貌似对流活动比热带气旋前进方向的东南侧，螺旋雨带上岸所激起的对流活动更频繁，这种情况前人也有所研究，强降水在盛行向岸风的陆地上以及离岸风的海洋上会加强[33]，加上南侧越赤道气流和西南季风的水汽输送，使得南侧眼墙的对流发展旺盛。

图6 热带气旋“艾云尼”不同时间段回波强度大于40 dBZ对流累计频次

前人研究热带气旋的眼墙结构时发现，由于气旋的北侧受到副高的下沉气流抑制对流不明显，眼墙的对流发展极不对称，在眼墙形成的初期，南侧对流发展旺盛，外围环流不断卷入眼区发展[33-34]。而在热带气旋的移动过程中，热带气旋的眼墙对流也出现了偏移的现象。随着气旋逐渐北上，西南侧水汽输送被切断，热带气旋南侧的环流的对流活动逐渐消散，北侧环流的对流活动开始发展，随着台风气旋逐渐向陆地移动，北侧的环流逐渐吹向陆地，在地形抬升和地面摩擦等作用下，北侧的环流进一步发展，南侧的对流逐渐减弱。可看到在“艾云尼”第三次在广东西部沿海登陆前的3 h，对流活跃区域主要在西南沿海，台风环流上岸的区域。而在此之前，对流活跃区主要在台风中心南侧海面上。

分别对三个时间段沿图3上黑色实线做剖面，并算出各偏振量在6日08—15 时、6日15 时—7日 00 时、7日 00—18 时的平均，看到 6日 00—15时，热带气旋南移的过程中，南侧靠近海南岛陆地时，ZH回波加大，且回波高度较高，而远离海岸，回波逐渐减小，对应的KDP也是在陆地相对较大，但是ZDR的大值区却是在20.2～20.5 °N 的海上，也就是热带气旋移动方向的右方，说明海上的降水回波虽然粒子密度不是很大，但是粒子半径较大，这种偏振量的位相差表明眼墙的降水由不同的微物理过程主导。上升气流使得水汽凝结，通过碰并增长使得粒子尺寸增大，因此，ZDR在右侧海上始终大于右前侧，表明粒子是在该区域开始激发增长。在图8b、8e、8h北侧热带气旋外层螺旋雨带登陆时，在气旋东移时，外层螺旋雨带登陆同样在沿岸陆地的ZH值和KDP值较大，但ZDR值在此处增大并不明显，说明在热带气旋气旋环流陆地上的降水主要以高密度的小雨滴为主。ZDR的大值区是在后侧海上的中层6 km 左右的高度，说明雨带中融化层特征明显，由于粒子的Sorting效应，大粒子首先落下，造成此处的ZDR值较大。在热带气旋北上过程中，内层螺旋雨带长时间在海岸线前的海面维持，所以对流活动的大值区主要在靠近阳江的海面上，此处ZDR值和ZH值均较大，KDP的值也相对偏大。所以热带气旋环流雨带在海面上激起的降水主要是雨滴直径较大的降水，但是降水粒子浓度却没有陆地上的大。

图7 热带气旋“艾云尼”不同时间段回波强度大于40 dBZ对流累计频次

图8 热带气旋“艾云尼”的不同时间段沿图3黑色实线的双偏振量剖面平均

3.2.2 热带气旋“百里嘉”、“韦帕”、“海高斯”

为了研究其他南海弱台风的精细结构是否具有相同特性，我们同样对2018年第23 号热带气旋“百里嘉”，2019年第7 号热带气旋“韦帕”和2020年第7 号热带气旋“海高斯”通过双偏振多普勒雷达进行分析。

图9显示3个南海弱台风在登陆前的2～3 h的雷达回波，热带气旋“百里嘉”和“海高斯”因为强度相对较强，达到了强热带风暴级别以上，在登陆前的雷达回波图上可清晰看出台风的环流结构，主要的对流回波带分为两条，一条是台风中心南侧眼墙的回波带，另一条是在台风中心东北侧台风内层螺旋雨带接触陆地时在沿海激起对流回波。而“韦帕”因为强度较弱，只是热带风暴级别，所以在登陆前回波范围较大但是整体回波强度不强，气旋结构相对较散。

图9 热带气旋“百里嘉”、“韦帕”和“海高斯”的登陆前的雷达反射率

对3个南海弱台风登陆前的一段时间，回波强度大于40 dBZ 的点进行合成分析，可看到3个热带气旋在台风中心的东北侧，内层螺旋雨带上岸时均有较频繁的对流活动发展，而且对流活跃区域主要在热带气旋移动方向的右侧或右前侧靠近海岸的区域；而且“百里嘉”和“海高斯”均在台风中心的南侧海面上有较强的对流活动，这也和“艾云尼”北上登陆时的对流活跃区分布类似(图10)。

图10 热带气旋“百里嘉”、“韦帕”和“海高斯”的登陆前一段时间段回波强度大于40 dBZ频次

沿图9上过台风中心的黑色实线作垂直剖面，可看到在台风中心的南侧和北侧分别有强的对流活跃区，分别对应南侧眼墙的对流发展区，和热带气旋东北侧内层和外层环流雨带上岸激起的对流发展区。而且通常南侧的对流发展区对流活动更加旺盛。这也与前人研究的热带气旋眼墙的发展结论类似。我们主要关注台风中心北侧热带气旋雨带登陆的区域对流活动发展的情况。可看到在海岸线附近的海面和陆地出现回波大值区，而且“百里嘉”和“海高斯”均出现了两个反射率的大值区，且两个回波大值区之间有明显的弱回波区，这种北侧的大值区分别是气旋在西行过程中，内层眼墙和外层眼墙环流在接触陆地时，由于地面的摩擦和抬升，以及海陆的湿度条件差异激发的对流。而偏振量的大值区和回波强度的大值区并不是完全对应，可看到在陆地上，ZH较大的区域KDP也相对较大，但是在海上回波强度较强的区域，KDP值增加却并不明显，而ZDR大值区主要在ZH大值区的后侧，靠近海面的4～6 km 的空中，这也和前边研究“艾云尼”时得到的雨带中融化层特征明显的结论一致，并且粒子在海岸附近的海面由于水汽充足，粒子在此处碰并增长，使得粒子直径较大(图 11)。

图11 沿图9所示垂直海岸线的红色实线所做的反射率剖面平均(单位：dBZ，a、b、c)，差分相移率剖面平均(单位：°/km，d、e、f)，差分反射率剖面平均(单位：dB，g、h、i)

为了更清楚地观察弱台风雨带在海上和陆地上降水粒子差异，沿图9所示垂直海岸线的红色实线做了热带气旋登陆前一段时间的垂直剖面平均，在陆地上的回波大值区，对应的KDP值也相对较大，而陆地上对应区域的ZDR值并不是最大，ZDR的大值区出现在ZH大值区的后侧靠近海面6 km左右的空中，或者海面上，说明在螺旋雨带上岸后，由于摩擦和地形抬升激发起对流，但由于陆地的水汽供应不足，对流发展并不高，粒子的碰并增长也不充分，加上蒸发的作用，粒子的直径并不大，只在4～6 km 的空中融化层附近粒子较大，且有明显的后向传播特性，说明在陆地的降水主要是以密度较大的小雨滴为主，这也和前人观测的台风降水为高浓度小粒子组成[35-38]的结论一致；而在海面的强回波区，回波强度相对更强，对流发展的高度也较高，对应的ZDR值较大，但是对应区域的KDP值却不是很大，说明在海上由于水汽供应充足，对流活动发展较旺盛，粒子的碰并增长更加充分，大量的小雨滴碰并增长为大雨滴，并由于粒子Sorting效应，大粒子在该区域首先落下，所以在螺旋雨带上岸前的海面上的降水主要是雨滴直径较大但是粒子浓度并不是很大的降水为主。

图12 同图11，对3个热带气旋沿红色实线所作各双偏振量剖面平均

4 结论和讨论

有些南海弱台风虽然强度并不是很强，但由于其移动速度缓慢、路径不稳定，在华南沿海维持时间较长，所以有可能对广东沿海地区造成大范围持续性的大暴雨，对广东造成较严重的风雨灾害。

南海弱台风的内核区降水分布主要受热带气旋移动和热带气旋结构影响。

(1) 热带气旋的强降水区主要有两个，一个是位于海上的台风中心南侧的眼墙降水区，另外一个是在气旋移动方向的右前方，热带气旋螺旋雨带上岸的区域。

(2) 热带气旋的眼墙结构受台风的移动和发展影响。在开始时，由于南侧的水汽输送入流，以及北侧受副高影响的对流抑制，南侧眼墙的对流发展旺盛；随着台风逐渐北上靠近陆地，西南侧的暖湿气流能量来源被切断[33]，东北侧的眼墙环流吹向陆地，受到陆地的摩擦和地形抬升等作用，在台风中心东北侧激起对流活动，降水雨带也由台风中心南侧逐渐移至东北侧螺旋雨带上岸处。

(3) 南海弱台风在雷达回波图和对流频次图上可看到在沿岸有两条明显的雨带，分别是内层眼墙和外层螺旋雨带环流在上岸时激起对流雨带，内层对流雨带通常对流发展较强，且对流中心较靠近海面；而外层环流雨带对流发展相对较弱，且主要对流中心在陆地。

(4) 眼墙中，ZH和KDP的大值区在低层同位相，ZDR大值区偏上风方向。变量的垂直分布表明，降水粒子在移动的右后象限开始激发，移动的右侧至右前侧为浓度较大的小粒子降水，而右侧和右后侧为大粒子降水。

(5) 海陆差异造成雨带的降水粒子的差异。在陆地，由于地形的抬升和陆面摩擦，主要为高浓度降水，但由于陆地水汽和能量供应不足，降水粒子较小；海面由于水汽和能量供应充足，对流发展较高，粒子主要在海面碰并增长，海面降水主要为大雨滴的对流降水，但降水粒子浓度不及陆地。

本文通过双偏振雷达对南海弱台风的精细结构进行了初步的研究，发现了台风眼墙移动，热带气旋降水落区以及不同降水区域降水粒子的微物理差异。但是还有很多问题没有深入研究，比如在台风中心南侧海上的对流活跃区发展的物理机制，以及台风眼墙移动的物理机制，另外还有内外层螺旋雨带上岸时激发降水的区域的差异，是否和风速大小有关等问题需要进一步研究。