甘肃中部地处黄土高原与青藏高原过渡带，地形复杂且地势起伏大，属半湿润半干旱气候区。独特的地形与气候条件导致该区域夏秋季节短时强降水、冰雹、雷暴大风等强对流天气频发，极易诱发山洪、泥石流等次生地质灾害并造成严重损失。历史上，该区域曾发生多起强对流引发的灾害事件，如“8·7”舟曲特大泥石流（徐继维等， 2017）、“5·10”岷县暴洪灾害（狄潇泓等， 2017）以及通渭“5·30”和“5·31”冰雹灾害（张海耀等， 2022）。近年来，在全球气候变暖与西北地区“暖湿化”趋势叠加的背景下，该区域短时强降水破纪录事件频发（孟丽霞，2016；林纾等，2022），灾害复合性、突发性增强（张强等，2023），强对流天气的极端性日益凸显。因此，亟需深入探究该区域强对流天气的形成机制与演变规律，以切实提升本地预报预警能力。

近年来，我国内陆新建大量C波段双偏振雷达，与传统单偏振雷达相比，双偏振雷达可有效获取降水粒子的相态、形状、尺寸分布等关键参数，显著提升了强对流天气识别精度与微物理过程解析能力，同时C波段双偏振雷达在探测范围与分辨率间取得了良好平衡，已成为业务应用的主流频段。相比S波段雷达，其天线尺寸更小，差分相移测量灵敏度更高，但强降水中的信号衰减问题显著，需依赖严格的衰减订正；相比X波段雷达（施娟等，2025；段作霖等，2026），其受衰减影响较小且探测半径更大（可达150 km以上），但空间分辨率略低（Gorgucci et al.，2006；楚志刚等，2017；庄潇然等，2023）。

近年来，C波段双偏振雷达的国内外研究进展主要体现在三个方面：一是数据质量控制，发展了全自洽衰减校正与差分相位平滑算法，有效克服了相位折叠与系统噪声（杜牧云等，2012；夏丰等，2021），在此基础上，基于偏振参量的C波段强降水衰减订正算法（Gu et al.， 2011）与基于线性规划的差分相位处理方法（Giangrande et al.， 2013）已广泛适配开源处理框架，并结合四维多普勒速度退模糊算法（Four-Dimensional Doppler Dealiasing，FourDD）（James and Houze， 2001），进一步提升了C波段雷达数据预处理的标准化水平与可靠性；二是定量降水估测，基于多参数协同反演使降水估测精度较传统方法显著提升（吴志根等，2010；汪舵等，2017）；三是强对流结构和偏振参量监测，可有效识别超级单体中的差分反射率（Z_DR）弧、差分相移率（K_DP）柱等典型微物理特征结构（郭凤霞等，2014；李彩玲等，2019），为强对流天气的分类识别提供了特征依据（邢子毅等，2024；罗源等，2025），也系统揭示出短时强降水、冰雹、雷暴大风等不同强对流天气的偏振参量差异（毛倩等，2023）。现代开源雷达处理生态的繁荣极大地推动了该领域研究，例如利用Cressman或Barnes插值算法构建高分辨率三维网格以解析风暴精细结构（Cressman，1959；Barnes，1964），并通过自动化处理流程成功检测了深层对流中的特定差分相移柱等偏振特征信号（Van Lier-Walqui et al.，2016），促进了跨平台雷达数据挖掘能力的整体飞跃（Heistermann et al.，2013）。

目前，我国C波段双偏振雷达的相关研究主要集中在云贵高原、青藏高原及新疆部分地区（何东坡等，2022；罗晨艺等，2024；李晓萌等，2025）。甘肃首部C波段双偏振雷达（定西雷达）于2024年正式投入业务运行，当前针对甘肃中部地区的相关研究成果相对有限，该雷达对本地强对流天气的监测能力与业务适用性亟待检验评估。针对这一现状，本文基于定西C波段双偏振雷达等观测资料，对甘肃中部地区一次典型的强对流天气过程进行系统分析，旨在探究该区域强对流天气的偏振参量特征与雷达业务适用性，为本地强对流天气的精细化预报预警提供科学参考。

本文所用资料包括：①国家信息中心提供的榆中国家基准气候站探空资料，以及定西西部、临夏东部、甘南东北部共464个气象站常规观测资料，起止时间为2024年5月24日16：00—23：00（北京时，下同）；②环流形势场采用欧洲中期天气预报中心提供的空间分辨率为0.25°×0.25°的逐小时ERA5再分析资料；③雷达资料来自定西C波段新一代双偏振多普勒天气雷达（China Next Generation Weather Radar/C-band Dual-polarization Doppler weather Radar，CINRAD/CAD），该雷达于2024年1月1日投入业务运行，雷达站海拔2 223.3 m，馈源海拔2 262.01 m，工作频率为5 600 Hz，天线直径4.5 m，天线增益43.51 dB，水平波束宽度0.92°。

C波段双偏振雷达基数据易受系统噪声、降水衰减、相位折叠等干扰，开展质量控制可有效修正偏差，保障数据精度与后续气象反演的可靠性（楚志刚等，2017；Gorgucci et al.，2006；庄潇然等，2023）。本文采用C波段双偏振天气雷达基数据，经PyCWR（Python China Weather Radar）解析转换为Py-ART（The Python ARM Radar Toolkit）兼容格式，提取水平反射率因子（Z_H）、差分反射率（Z_DR）、比差分传播相移（K_DP）、相关系数（Correlation Coefficient，CC）等参量，开展质量控制与衰减订正。质量控制以CC>0.85筛选有效降水回波，屏蔽非气象杂波与异常值，对K_DP无效区域掩码处理。针对C波段雨衰效应，采用K_DP物理订正法，基于C波段专用衰减系数，沿径向积分得到路径积分衰减，完成Z_H与Z_DR订正并设置物理极值约束。订正后数据用于回波绘图、格点化与剖面分析，为降水特征研究提供支撑（Helmus and Collis，2016）。

2024年5月24日16：00—23：00，甘肃中部发生一次强对流天气过程（图1），过程内共观测到7站次冰雹，最大冰雹于16：30出现在和政吊滩，直径30 mm；出现30站次小时降水量≥20 mm的短时强降水，最大雨强57.7 mm·h^-1，出现在21：00—22：00岷县申都朱家；观测到20站次8级以上雷暴大风，其中康乐苏集16：41瞬时风速最强达30 m·s^-1。此次强对流天气过程持续约7 h，灾害种类包含冰雹、短时强降水、雷暴大风。据气象灾害管理系统统计，甘肃中部8个县共计134 320人受灾、农作物受灾面积11 056.26 ha，直接经济损失17 240.992 8万元人民币，是一次较为典型的区域性强对流天气过程。

2024年5月24日08：00，对流层中层500 hPa（图略）内蒙古东部至青海湖以西存在西风短波槽，槽内冷中心达-8.0 ℃，高原槽位于青藏高原中部，甘肃中部处于槽前正涡度平流区，受西南气流持续输送水汽影响。700 hPa（图略）青海湖至甘南高原有西北—东南向切变线，温度场呈现出明显的冷暖中心分布特征：甘肃中部存在14.0 ℃暖中心，青海湖以西至武威一带为-8.0 ℃冷中心。同时，地面图（图略）显示陇东至四川盆地受热低压控制（低压中心位于川西，强度为995 hPa），武威附近为1 005 hPa高压中心。24日20：00，系统发生显著演变，高层200 hPa[图2（a）]出现风速达30 m·s^-1的高空急流，甘肃中部位于急流分流区，高层辐散抽吸作用明显增强。中层500 hPa[图2（b）]，西风槽与高原槽同位相叠加，经向度加大且移速减慢，甘肃中部仍处于高空槽前。低层700 hPa[图2（c）]，甘南高原有低涡生成，位于西南风大风速带左前方的气旋式切变区；低涡东南部的偏南风低空急流持续向甘肃中部输送水汽和能量，使其比湿达10 g·kg^-1。同时，该层温度场表现为河西东部-8.0 ℃冷中心与四川盆地至陇南16.0 ℃暖中心对峙，甘肃中部等温线密集，冷暖气流剧烈交绥。24日16：00地面图[图2（d）]显示，上游冷高压加强并东移至白银—青海南部一带，而甘肃中部仍受热低压控制，强对流区内有中尺度地面辐合线发展。最终，低层低涡辐合抬升、中层正涡度平流与高层辐散抽吸作用相互耦合，形成深厚的上升运动通道，随着上游冷高压的东移逼近，在甘肃中部触发了强对流天气。

分析5月24日08：00榆中探空站T-ln P图（图3）可见，整个大气层结呈下湿上干特征，低层湿层深厚延伸至500 hPa附近；0~6 km垂直风切变较大，为14.5 m·s^-1，较大的垂直风切变有利于对流风暴的组织化发展和传播（俞小鼎，2011）；干球0 ℃、-20 ℃层高度分别为5 048、8 060 m，湿球0 ℃、-20 ℃层高度分别为4 105、7 510 m，二者均低于对应干球层高度，这种配置对大冰雹的形成至关重要（孙继松等，2024）；抬升指数（LI）为2.03 ℃，700~500 hPa温度差16.8 ℃，600 hPa以下风随高度顺转，有暖平流，具有一定的热力不稳定；利用14：00气温要素订正后对流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）为861.6 J·kg^-1、LI为-0.17 ℃，表明随着地面升温，大气层结不稳定明显增强，有利强对流天气的发生发展（杨秀庄等，2025）。

基于雷达组合反射率（图4），本次中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，MCS）自西向东经历了完整演变。15：26[图4（a）]甘南高原生成两个中γ尺度单体（图中A、B），最大Z_H为45 dBZ；受动力强迫抬升，对流快速发展，16：12[图4（b）]在合作至和政境内发展为4个成熟单体，标志MCS初始形成，其中对流单体C强度最强，最大Z_H达65 dBZ，对应16：30和政县吊滩镇出现30 mm大冰雹；随后对流系统在中低层偏西风引导下向东南低海拔区域移动，受下坡地形增温增湿、CAPE增大，以及冷池出流与偏南风垂直切变正反馈的共同作用，促使对流单体快速合并组织化发展，17：52[图4（c）]发展为南北向线状飑线并移入定西西北部，造成临洮多乡镇出现4~7 mm小冰雹、短时强降水及雷暴大风（17：00—18：00洮阳镇车刘家站雨量37.2 mm）；18：30后飑线结构松散解体[图4（d）]，单体E移入卓尼，单体F东移入渭源引发3站次短时强降水（18：00—19：00路园站降水量44.1 mm）；之后对流系统继续沿高原边坡东南移，20：06移入岷县境内后发展增强，演变为对流单体G，最大Z_H为55 dBZ[图4（e）]，造成局地出现7 mm小冰雹及极端短时强降水（20：00—21：00岷县站降水量40.4 mm，21：00—22：00申都乡57.7 mm）；23：00前后CAPE耗尽[图4（f）]，强回波消散，过程结束。

本次MCS生命史达7 h，经历了离散对流单体生成、组织发展为飑线、逐渐解体直至消亡的完整生命周期，伴随冰雹、短时强降水和雷暴大风。在连续演变过程中，系统组织形态（孤立单体→线状飑线→离散单体）与主导致灾天气（大冰雹→风雹并存→极端短时强降水）表现出明显的阶段性差异。为剖析不同致灾主导时段雷达偏振参量及降水粒子微物理特征的差异，结合系统组织结构与天气实况，将该过程划分为4个阶段：16：12产生大冰雹的单体C（简称强冰雹阶段）、17：52组织成熟的飑线（简称飑线阶段）、18：42诱发极端短时强降水的单体F（简称强降水阶段）、20：06同时出现冰雹与短时强降水的单体G（简称混合降水阶段），下文基于定西雷达资料，对比分析各阶段对流单体的偏振回波特征。

2024年5月24日16：12，自甘南高原东移发展的4个对流单体中，位于和政境内的中γ尺度对流单体C强度最强[图4（b）]，并于16：30造成吊滩出现直径30 mm的大冰雹。因此基于定西多普勒雷达观测资料，分析各双偏振参量的水平分布和垂直剖面特征（图5），其中对流单体C距雷达约110 km，受波束展宽等影响垂直分辨率约1.9 km。由图5可以看出，1.5°仰角上Z_H最大强度达60 dBZ[图5（a）中A1区域]，最强回波水平两侧呈现旁瓣回波特征。强回波区域内Z_DR呈明显负值（-4.0~0 dB）[图5（b）中B1区域]，对应C1区域[图5（c）]CC降至0.78~0.90，且伴随K_DP“空洞”[图5（d）]。C波段雷达波长（约50 mm）与冰雹粒径（30 mm）尺度相近，强烈的米散射导致后向散射差分相位剧烈振荡，引发Z_DR负值、CC骤降及K_DP算法失效现象（冯晋勤等，2018）。这种典型的C波段米散射特征结合高Z_H值，证实此处为强冰雹富集区（林文等，2020），16：30吊滩观测到大冰雹。同时，强回波[图5（a）中A1区域]后侧出现入流缺口，呈现钩状回波特征，对应B2处Z_DR大值中心[图5（b）]、C2处CC小值中心[图5（c）]，该区域是雷暴后侧下沉气流区，与中层入侵干冷空气的夹卷作用相关（周聪等，2024）。

由垂直结构特征可见，50 dBZ强回波伸展至8 km（-20 ℃层高度）且呈倾斜特征[图5（e）]，这种层结条件有利于冰雹增长（Dennis and Musil， 1973）。强回波体左侧[图5（f）中F1区域]存在向上发展的Z_DR大值区（正Z_DR延伸至-20 ℃上）；与之对应，G1[图5（g）]区域出现延伸至-20 ℃的CC显著小值区（0.70~0.88）。以上现象由雷暴后侧下沉气流将高层冰相粒子（霰、冰晶）向下拖拽，冰相粒子混合融化形成大雨滴所致，也是造成雷暴大风的主要原因（Kumjian et al.，2014），康乐苏集16：41出现此次对流最大瞬时大风30 m·s^-1；强回波体右侧为Z_DR柱（正Z_DR延伸至4 km以上，即湿球0 ℃层附近）[图5（f）]，伴随Z_DR柱右侧区域出现CC谷（0.84小值延伸至5 km）[图5（g）]。Z_DR柱与CC谷同时出现，原因是强上升气流将树屑等非气象目标物带入高层，导致低层水成物缺乏、信噪比降低（曹舒娅等，2021）。Kumjian等（2014）研究表明，此现象通常出现在降雹前18 min，可作为有效的冰雹预警信号；在超级单体前侧下沉气流内近地面出现Z_DR小值区（-1.0~0.4 dB）[图5（f）F2区域]，对应区域CC为0.82~0.88[图5（g）G2区域]、K_DP为0.2~0.4°·km^-1[图5（h）]，说明该区域是湿冰雹和雨滴混合相态区，是地面降雹的信号；同时在其右侧形成Z_DR弧[图5（f）]，该特征由下沉气流内冰相粒子融化以及雨滴尺度分选共同作用产生。

同时，降雹前16：23垂直积分液态水含量（Vertical Integrated Liquid water，VIL）由40 kg·m^-2跃增至60 kg·m^-2，16：48降雹后快速回落。16：28 1.5°仰角径向速度图上（图略）出现中尺度气旋式辐合，其引发的旋转上升利于冰雹翻滚增长（潘佳文等，2022）。以上现象表明此次雹暴为超级单体风暴。

中尺度对流系统在偏西气流引导下东移发展，24日17：52在临洮境内线性组织化形成飑线对流带[图4（c）D区域]。据此利用定西多普勒雷达1.5°仰角观测资料，分析雷达回波的水平分布和垂直剖面特征（图6），其中飑线主体距雷达约75 km，垂直分辨率约1.3 km。由图6可以看出，飑线主体大于45 dBZ回波呈明显弓形结构，中心强度达60 dBZ[图6（a）]，对应Z_DR（2.6~4.0 dB）[图6（b）]、CC（0.92~1.00）[图6（c）]与K_DP（1.6~6.0°·km^-1）[图6（d）]均为大值区，飑线前沿Z_H柱、Z_DR柱和K_DP柱相互重叠，指示区域内存在高浓度大雨滴。

由垂直结构特征可以看出，对流中心最大回波强度达60 dBZ[图6（e）]，强回波主要位于-20 ℃层（约8 km）以下，呈现低质心特征，强回波体主要有两个区域[图6（e）中E1和E2区域]。其中E1区域低层，对应F1处Z_DR低值区（-2.0~1.8 dB）[图6（f）]和G1处CC低值区（0.88~0.96）[图6（g）]，而H1处K_DP值较大，为1.6~8.0°·km^-1，特征信号向上延伸至约3 km高度[图6（h）]，说明该区域内雨滴与冰粒混杂，易出现短时强降水、雷暴大风，局地有小冰雹（潘佳文等，2022）；E2区域低层，对应F2处Z_DR（2.4~4.0 dB）[图6（f）]、G2处CC（0.94~0.98）[图6（g）]及H2处K_DP（0.8~1.4°·km^-1）[图6（h）]均较大，说明该区域以扁形大雨滴为主，液态含水量较高，多出现短时强降水（Evaristo et al.，2010）。以上飑线内下沉气流裹挟雨滴与冰粒，粒子融化蒸发冷却加速下沉，重力外流形成直线型雷暴大风（唐明晖等，2023）。

此外，0.5°仰角径向速度场（图略）可见明显速度辐合带，正负速度差达30 m·s^-1。此次过程共触发9站次短时强降水（广河黄家44.4 mm·h^-1）和8站次8级以上大风（康乐康丰24.8 m·s^-1），印证了飑线雷暴大风为强对流引发的近地面极端强风事件（曹倩等，2022）。

飑线结构松散并趋于解体，24日18：42对流单体F[图4（d）]东移进入渭源境内后发展加强，演变为中β尺度层积混合型对流云团，造成路园等地短时强降水。据此利用定西多普勒雷达0.5°仰角观测资料，分析雷达回波的水平分布和垂直剖面特征（图7），其中对流单体F距雷达约65 km，垂直分辨率1.1 km。由图7可以看出，路园附近团状对流单体A1回波中心最大强度达65 dBZ[图7（a）]，对应B1处Z_DR高值区（1.4~4.0 dB）[图7（b）]、C1处CC低值区（0.86~0.96）[图7（c）]以及D1处K_DP高值区（1.4~8.0°·km^-1）[图7（d）]，说明此区域存在丰富的融化粒子和大雨滴。同时，C波段雷达穿过高浓度大雨滴区时受复杂非均匀波束充塞[图7（c）]影响，其径向后侧仍较S波段易出现残余衰减[图7（b）]，进一步印证了融化粒子和大雨滴的富集。

由垂直结构特征看出，反射率剖面E1处[图7（e）]大于45 dBZ回波向上延伸至-20 ℃层（约8 km）；大于50 dBZ回波主体位于0 ℃层（约5 km）以下且已接地，呈现典型强降水风暴的低质心降水特征（刁秀广等，2020）。该区域对应F1处Z_DR为1.4~4.0 dB[图7（f）]、G1处CC为0.86~0.96[图7（g）]以及H1处K_DP为0.8~6.0°·km^-1[图7（h）]，特征信号延伸高度约4 km。其中，E2处存在65 dBZ的强回波中心[图7（e）]，对应F2处Z_DR为2.4~4.0 dB[图7（f）]、H2处K_DP为2.0~5.0°·km^-1[图7（h）]和G2处CC为0.86~0.92[图7（g）]。该位置对应路园站，小时雨强达44.1 mm·h^-1，表明区域内存在剧烈融化的小冰雹和大雨滴（刘黎平等，1996）；霰粒和冰雹下落过程中融化并碰并增长，形成近地面强降水。此偏振特征可有效识别强降水区域（袁媛等，2022；邢峰华等，2023），印证低仰角下Z_DR、K_DP高值及CC低值能较好指示强降水落区（宋歌等，2022）。

对流系统东移南压进入岷县后发展增强，20：06演变为对流单体G[图4（e）]，造成岷县境内冰雹和短时强降水。因此利用定西多普勒雷达0.5°仰角观测资料，分析雷达回波的水平分布和垂直剖面特征（图8），其中对流单体G距雷达约140 km，垂直分辨率约2.4 km。由图8可以看出，岷县附近为中β尺度层积混合单体，A1处Z_H回波中心最大值达65 dBZ[图8（a）]，对应B1区域Z_DR出现明显低值区为-1.0~0.6 dB[图8（b）]、C1区域CC为0.86~0.92[图8（c）]、K_DP为0.2~1.6 °·km^-1[图8（d）]，说明该区域为雨滴与霰、小冰雹混合。强回波雷达径向伴有残余差分衰减[图8（b）]和非均匀波束充塞[图8（c）]，该特征真实反映了C波段对高浓度外包水膜冰雹与小雨滴混合区更敏感的米散射特性，指示冰雹占比较高（刘黎平等，1996）；同时在强回波前侧B2区域出现Z_DR大值区为2.0~4.0 dB[图8（b）]、C2区域CC为0.92~0.98[图8（c）]、对应K_DP为0.6~4.0°·km^-1[图8（d）]，表明在前侧下沉气流内部受风暴相对流场的雨滴分选作用，大雨滴在此聚集形成Z_DR弧。

由垂直结构特征可见，反射率剖面E1处45 dBZ回波发展至-20 ℃层（约8 km）[图8（e）]，60 dBZ强回波中心接地，对应F1区域Z_DR出现明显低值区为-2.0~0.4 dB[图8（f）]、CC为0.94~0.98[图8（g）]、H2处K_DP为0.2~1.2°·km^-1[图8（h）]，说明该区域为雨滴和小冰雹混合，即将出现短时强降水和小冰雹。同时，其右侧F2区域存在Z_DR大值区域（1.2~3.8 dB）[图8（f）]、H1处为K_DP大值区（0.8~3.0°·km^-1）[图8（h）]和G1处为CC小值区（0.88~0.94）[图8（g）]，该区域即为Z_DR弧，为大雨滴的富集区。

雷达径向后侧出现差分衰减[图8（b）]和非均匀波束充塞[图8（c）]，C波段对高层冰相粒子后向散射差分相位的振荡更明显，该垂直伸展特征表明融化冰雹与水滴发展高度更高。受此影响，岷县本站20：09出现直径7 mm冰雹，20：00—21：00短时强降水达40.4 mm。

本文利用定西C波段双偏振雷达探测资料，结合ERA5再分析资料、探空和实况资料，对2024年5月24日甘肃中部的一次典型强对流天气进行分阶段分析，主要得到以下主要结论。

（1）此次强对流天气过程发生在200 hPa高空急流分流辐散区、500 hPa高空槽前正涡度平流、700 hPa低涡切变区，高低空耦合形成深厚的上升运动通道，强对流发生前大气具有一定的热力不稳定，随着上游冷高压东移不稳定性增强，中尺度地面辐合线触发了强对流天气。且此次强对流天气具有类型多（强降水、冰雹、大风）、持续时间长的特点。

（2）强冰雹阶段，此次雹暴为超级单体风暴，Z_H低仰角出现钩状回波和旁瓣回波特征，双偏振参量出现Z_DR柱、CC谷、K_DP“空洞”特征，Z_DR柱、CC谷出现在冰雹发生前20 min左右，对冰雹预警具有重要指示意义；1.5°仰角上，Z_DR负值区与CC低值区配合K_DP“空洞”特征，可有效识别冰雹粒子的分布范围；超级单体后侧下沉气流造成极端瞬时大风；径向速度图上出现气象式辐合特征，冰雹降落前有明显VIL跃增现象。

（3）飑线阶段，水平反射率因子Z_H>45 dBZ回波体呈明显的弓形特征，低仰角速度图上有明显速度辐合带与之对应；强回波体呈低质心特征，飑线前沿Z_H柱、Z_DR柱和K_DP柱相互重叠；飑线低层存在两类偏振特征区，雨冰混杂区易出现雷暴大风、短时强降水及局地小冰雹，纯大雨滴区则以短时强降水为主；飑线下沉气流驱动重力外流形成直线大风。

（4）强降水阶段，对流单体为中β层积混合型对流云团，呈现低质心降水特征；Z_DR、K_DP高值及CC低值能较好指示强降水落区，垂直方向其特征区域主要分布在4 km以下，与强降水发生位置对应较好。此外，强降水单体径向后侧出现非均匀波束充塞和Z_DR差分衰减残留。

（5）混合型降水阶段，强降水和小冰雹混合区双偏参量呈现Z_DR和CC偏小、K_DP偏大，风暴前侧呈现Z_DR、K_DP显著大值区，并可见Z_DR弧。此外，雷达径向强回波后侧出现非均匀波束充塞效应和Z_DR残余差分衰减。