2025, Vol. 45
2. 山东省气象防灾减灾重点实验室, 山东 济南 250031
2. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong, Jinan 250031, China
极端强对流天气是指直径超过5 cm的冰雹、EF2级或以上龙卷、瞬时风速32 m ·s-1以上的雷暴大风以及1 h内80 mm或3 h内180 mm以上的强降水[1-2]。针对极端强对流天气的发生发展机制、雷达演变和环境参量特征等方面，有许多学者进行了相关研究[3-7]。刁秀广等[8]和龚佃利等[9]分别对山东中西部一次极端冰雹天气从强雹暴演变过程、典型雹云结构和双偏振雷达特征进行研究，为双偏振雷达业务应用积累经验。侯淑梅等[10]对冷涡背景下极端强对流天气的环境条件进行分析，得出天气系统的异常程度更能代表动热力强迫的强度。高晓梅等[11-12]对鲁中地区106次强对流天气进行系统研究，总结出鲁中地区分类强对流天气的关键环境参数分布特征和预报阈值。研究[2-3]表明，干线在强雷暴生成、发展及触发过程中具有重要作用。王秀明等[13]发现干线及叠加在干线上的风场辐合扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端使其持续强烈发展，由汇合流场伴随地面干线导致的地面辐合线触发造成东北地区龙卷多发。方祖亮等[14]和张一平等[15]分别对东北地区和河套及周边地区的干线时空分布、气象要素等进行统计分析，并对触发对流干线和无触发对流干线的环境参数进行对比分析。
2020年5月17日，山东出现一次大范围强对流天气，最大冰雹直径达6 cm，达到极端强对流天气标准[1-2]。目前对干线触发山东极端强对流天气的典型个例研究较少，文中利用高空和地面的气象观测资料、ERA5再分析资料和双偏振雷达资料，对此次极端强对流天气的环流形势、环境参数、触发机制以及双偏振参量特征进行分析，为今后山东极端强对流天气的短临预报预警提供技术参考。
1 强对流天气实况与环流背景 1.1 天气实况2020年5月17日傍晚至夜间，山东自西向东出现大范围冰雹、雷暴大风和局地短时强降水天气。此次冰雹尺寸大且出现范围广，由冰雹分布(图 1)来看，全省除菏泽、聊城外，其余地市都出现了冰雹，潍坊、青岛等地出现2 cm以上的大冰雹，其中青岛平度、莱西出现5 cm以上的罕见冰雹，属于特大冰雹等级。同时，部分地区出现10级以上雷暴大风，最大风速为36.6 m ·s-1，出现在日照岚山岗站。以上冰雹尺寸等级根据GB/T 27957—2011《冰雹等级》[16]划分：直径大于或等于5 cm为特大冰雹，大于或等于2 cm而小于5 cm为大冰雹。
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图 1 2020年5月17日山东冰雹分布 Fig.1 Distribution of hails in Shandong on 17 May 2020 |
5月17日14：00—17：00(北京时，下同；图 2)，500 hPa上(图 2a)，冷涡位于华北北部，其后部有横槽延伸至河套地区，伴有冷中心为-24 ℃左右的温度槽，横槽在冷涡旋转东移过程中逐渐转竖，引导冷空气南下影响山东。850 hPa(图 2b)鲁南地区处于20 ℃等温线控制下，有低涡在河北南部加强并逐渐东移，且700 hPa和850 hPa西南风开始增强达到急流，有利于低涡东侧的水汽和暖平流持续不断向山东输送。鲁中地区850 hPa与700 hPa温度露点差均小于2 ℃，形成明显湿层，同时850 hPa有闭合低压中心位于鲁中北部，有明显的暖平流向鲁中地区输送，济南站850 hPa和500 hPa温差达28 ℃，建立了不稳定层结。由各层水汽含量可以看到，500 hPa和700 hPa鲁中地区比湿在3 g ·kg-1以下，850 hPa鲁中及以东地区水汽含量较多，比湿从4 g ·kg-1增长到8 g ·kg-1，说明大气中层较干，低层较湿。综上，冷涡后部的冷空气与低层暖湿气流交汇于山东，形成高层干冷、低层暖湿的不稳定层结，有利于强对流天气的发生。
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图 2 2020年5月17日500 hPa和850 hPa天气形势 Fig.2 Synoptic situations at 500 hPa and 850 hPa on 17 May 2020 |
在此次强对流天气过程中，潍坊昌邑大冰雹和青岛平度特大冰雹均由超级单体风暴造成，其生命史超过3 h，可分为3个阶段。其中18：49—19：06为风暴发展阶段，潍坊寿光境内的带状回波逐渐向东移动，其南端有一新生风暴单体在东移过程中逐渐发展加强。19:23(图 3a), 风暴单体A发展为超级单体风暴，并且出现中气旋，潍坊寒亭开始出现冰雹。19:07—21:17为风暴成熟阶段，60 dBZ以上的强回波范围逐渐扩大，雷达反射率因子最大超过70 dBZ。风暴单体A开始呈现出超级单体风暴的典型结构特征，如钩状回波、弱回波区和前侧入流缺口等(图 3a—c)。对风暴单体A入流缺口和强回波中心作雷达反射率因子垂直剖面(图 4)，可以看到非常明显的回波悬垂和低层入流对应的弱回波区。根据相关研究[14]，若-20 ℃层高度之上有超过50 dBZ的雷达反射率因子，则有可能产生大冰雹。17日20:00青岛探空站-20 ℃等温线高度为6.5 km，剖面图显示55 dBZ强回波所在高度已经超过-20 ℃层高度，且在此高度之上雷达反射率因子超过65 dBZ，说明潍坊出现大冰雹的可能性较大。径向速度图(图 3d—f)上，中气旋高度在3.0~7.4 km，由不同仰角径向速度可以看出低层主要表现为辐合，高层为风暴顶辐散特征。19:52，超级单体风暴A向东移动进入昌邑，雷达反射率因子强度维持在68 dBZ以上，最大达72 dBZ，垂直积分液态水含量(vertically integrated liquid water，VIL)在60 kg ·m-2以上。昌邑站位于超级单体风暴前侧入流区(图 3c)，受超级单体风暴影响，20:01—20:16昌邑站连续观测到直径达2 cm的大冰雹。
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图 3 2020年5月17日潍坊雷达反射率因子和径向速度 Fig.3 Reflectivity and radial velocity of Weifang radar on 17 May 2020 (注：图中的坐标是指以雷达中心为坐标原点，雷达西、南方向用负距离表示，东北方向用正距离表示，下同) |
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图 4 19：23潍坊超级单体风暴雷达反射率因子剖面图 Fig.4 Vertical cross section of reflectivity of Weifang supercell storm at 19:23 BJT 17 May 2020 |
分析超级单体风暴A的风暴参数演变特征，可以看到在风暴发展阶段19：06(图 5)，该风暴单体质心高度达6.3 km，最大雷达反射率因子达67 dBZ，单体VIL由26 kg ·m-2跃增到58 kg ·m-2，3个体扫跃增32 kg ·m-2，对大冰雹的发生有明显指示作用。在风暴成熟阶段(19：06—21：17)，单体VIL始终维持在55 kg ·m-2以上，最大雷达反射率因子维持在60 dBZ以上，最大达80 dBZ。在昌邑降雹时段(20：03—20：14)，单体VIL从68 kg ·m-2减小到55 kg ·m-2，风暴顶高从11.8 km下降到10.9 km，质心高度也出现降低。在平度出现冰雹时段(20：25—20：43)，风暴参数也出现了相似的演变特征。综上，超级单体风暴参数的演变特征对冰雹的发生与降落有较好的指示意义。
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图 5 2020年5月17日18：49—21：45风暴参数演变 Fig.5 Evolution of storm parameters from 18:49 BJT to 21:45 BJT 17 May 2020 |
为检验水凝物分类(hydrometeor classification，HCL)对此次极端冰雹的识别能力，文中对此次过程中潍坊昌邑出现的2 cm大冰雹和青岛平度出现的5 cm特大冰雹的超级单体风暴双偏振参量特征和差异性进行了详细分析。
2.2.1 潍坊昌邑超级单体风暴双偏振特征图 6a—d是17日19：57青岛双偏振雷达0.5°仰角水平极化反射率因子(ZH)、差分反射率(ZDR)、相关系数(Cc)和差分相移率(KDP)。昌邑超级单体风暴低层东南侧为气旋性旋转上升气流，有明显入流缺口，入流缺口南侧存在中气旋。强回波中心区(ZH≥60 dBZ，下同)ZH最大为69 dBZ(图 6a)，ZDR、Cc和KDP的平均值分别为1.25 dB、0.89、1.5 (°) ·km-1(图 6b—d)。中气旋北侧存在一个3 dB以上的ZDR值弧状区域，即ZDR弧，表明风暴低层存在大雨滴或正在融化的小冰雹[17-19]。强回波中心西北径向上出现ZDR为-4.0~-0.5 dB的显著负值区，与电磁波遇到强冰雹产生衰减有关[1, 19]，该径向上Cc较小，最小为0.8，这是强回波核后径向上波束非均匀填充所致[20-21]。由0.5°仰角的HCL(图略)可以看到，超级单体风暴入流缺口东侧为少量的雨滴和冰雹，西侧为小范围的冰雹和大雨滴以及少量的高密度霰，强回波区和昌邑站附近是较大范围的冰雹和大雨滴。昌邑站位于入流缺口北侧，ZH最大为63 dBZ，ZDR、Cc和KDP的平均值分别为1.4 dB、0.92、1.9 (°) ·km-1，昌邑站及其周围强回波区存在大的椭球形冰雹和融化的小冰雹以及较大的雨滴，雨滴浓度分布不均。昌邑站20：00前后观测到直径2 cm的冰雹和短时强降水，19：50—20：20降水量为24.8 mm，10 min降水量达12.0 mm。
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图 6 2020年5月17日19：57青岛雷达0.5°仰角双偏振参量 Fig.6 Dual-polarization parameters of Qingdao radar at 0.5° elevation at 19:57 BJT 17 May 2020 |
图 7是17日19：57青岛双偏振雷达沿320°径向经过低层弱回波区的垂直剖面。由ZH剖面(图 7a)可以看到昌邑风暴顶高接近13 km，-20 ℃层高度以上有大于60 dBZ的回波，融化层高度以下存在大于65 dBZ的强回波，其伸展高度接近0 ℃层高度。ZH剖面东南方向存在回波悬垂和有界弱回波区，有界弱回波区后侧(西北方向)为强回波墙，大于60 dBZ回波伸展到约5 km高度，对流风暴发展强盛。有界弱回波区下方存在大于1 dB的ZDR大值区(图 7b)，即ZDR柱，ZDR柱可指示上升气流的存在和为冰雹的形成提供有利条件[22]，昌邑ZDR柱顶高接近5 km(-10 ℃层高度)，风暴上升气流强盛且深厚。Cc剖面(图 7c)上，ZDR柱对应的Cc均小于0.85，表明超级单体风暴低层强入流将近地面树叶杂草和昆虫吸入上升气流，与上升气流中降水粒子混合，造成Cc数值降低[23]。KDP剖面(图 7d)显示有界弱回波区和ZDR柱对应区域为空洞(Cc低于0.85不计算KDP，下同)，强回波墙前侧出现大于0.75 (°) ·km-1的KDP柱，其顶高接近6 km，对应的ZDR和Cc均较小，表明有一定数量的液态粒子和干的冰相粒子共存。-20 ℃层高度上的高悬强回波对应的ZDR为-1.0~0.8 dB，Cc大于0.98，KDP为-0.4~0.5 (°) ·km-1，回波悬垂区为小且较均匀的干冰雹，冰雹沿回波墙下落融化并伴有液态雨滴，造成回波墙内Cc逐渐减小。融化层高度以下强回波区对应的ZDR为-1.0~0.5 dB，Cc为0.85~0.95，KDP为0.5~7.0 (°) ·km-1。研究[23]表明，直径大于2 cm的椭球形冰雹长轴在垂直方向会产生-1 dB左右的ZDR，冰雹直径大于5 cm时，米散射效应令ZDR出现负值，Cc也会较低[20]，由于位于融化层高度以下，冰雹表面出现融化并伴有大量液态雨滴造成KDP很大[7.0 (°) ·km-1]，不同相态粒子及形状多样也会造成Cc的降级。
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图 7 2020年5月17日19：57青岛雷达沿320°径向双偏振参量的垂直剖面 Fig.7 Vertical cross sections of radial dual-polarization parameters of Qingdao radar along the 320° azimuth at 19:57 BJT 17 May 2020 |
综上，在融化层高度以上，昌邑超级单体风暴内存在较干的冰相粒子，强回波区对应较小的ZDR、KDP以及较大的Cc。融化层高度以下存在大冰雹并伴有大量小冰雹(霰)和液态粒子，强回波区对应的ZDR为-1~0 dB，由KDP柱向强回波墙方向，ZDR减小但Cc增大，冰雹粒子尺寸增加且形态越来越均匀；ZDR柱靠近KDP柱的一侧，液态雨滴和较小的干(或湿)冰粒子同时存在，导致Cc明显偏低、ZH较小以及ZDR较大。由于冰雹下落融化以及强回波距离地面高度约2 km，所以昌邑出现直径2~4 cm的大冰雹并伴随一定数量的液态雨滴，冰雹粒子尺寸由强回波墙向ZDR柱西侧依次减小。
2.2.2 青岛平度超级单体风暴双偏振特征平度超级单体风暴前侧有明显入流缺口，入流缺口处存在中气旋。强回波区南部ZH超过70 dBZ，最大为76 dBZ(图 8a)，对应的ZDR为-0.8 dB(图 8b)，呈现出较大的ZDR包围中心较小ZDR的现象，其产生原因是大冰雹下落翻滚造成ZDR小于0 dB，周边冰雹下落融化外包水膜使得ZDR上升[22]。强回波区对应Cc平均值为0.76(图 8c)，KDP为空洞区域(图 8d)。Ortega等[24]认为在地面附近，ZH大于65 dBZ且ZDR小于1 dB往往意味着产生4 cm或以上直径的大冰雹，当冰雹直径大于5 cm时，ZDR会出现负值，Cc也会较低[25]。中气旋内有明显的ZDR弧(ZDR>3.5 dB)，ZDR弧与1~3 km高度的垂直风切变存在较好的相关[20]，强垂直风切变可以使得对流风暴组织化程度更高和斜升气流发展，利于大冰雹的生成。0.5°仰角的HCL上(图略)，超级单体风暴北侧为冰雹粒子，东北侧为大雨滴，南部有少量冰雹、大雨滴和雨滴，ZDR弧为雨滴和大雨滴，从强回波区向ZDR弧方向粒子尺度逐渐减小，大粒子较短的平流传播距离体现了超级单体风暴的粒子分选机制[26]。结合双偏振雷达参量和HCL可知，平度超级单体风暴核心区有直径5 cm及以上湿的特大冰雹和小冰雹共存，且冰雹下落过程出现融化和伴随大量液态大雨滴。
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图 8 2020年5月17日20：25青岛雷达0.5°仰角双偏振参量 Fig.8 Dual-polarization parameters of Qingdao radar at 0.5° elevation at 20:25 BJT 17 May 2020 |
图 9是17日20：25青岛双偏振雷达沿315°径向经过低层弱回波区的垂直剖面。ZH剖面(图 9a)显示风暴顶高达14 km，有大于65 dBZ的强回波超过-20 ℃层高度，在融化层高度以下，大于70 dBZ的强回波伸展高度接近0 ℃层高度(3.8 km)。剖面东南侧存在有界弱回波区，其上方为深厚的高悬强回波，ZH最大为73 dBZ，强回波墙内大于60 dBZ的回波顶高伸展到7.5 km，对流风暴发展非常旺盛。ZDR剖面(图 9b)上，有界弱回波区对应大于1 dB的ZDR柱，ZDR柱顶高接近-20 ℃层高度(6.5 km)，上升气流强劲且深厚。Cc和KDP剖面上(图 9c、d)，ZDR柱附近的Cc和KDP较小，ZDR柱内较大的液态粒子和湿冰粒子共存。-20 ℃层高度以上，65 dBZ的高悬强回波对应较大的Cc和较小的KDP，ZDR为负值，存在尺寸较大且干的冰相粒子。有界弱回波区和ZDR柱对应区域为KDP空洞，KDP柱[大于0.75 (°) ·km-1]位于ZDR柱西北侧紧靠强回波墙的一侧，其顶高接近6 km，对应的ZDR和Cc均较小，一定数量的液态粒子和干的冰相粒子共存。在0 ℃层高度以上，风暴强回波后侧径向上ZDR基本小于-1 dB，Cc在0.6以下，随着远离强回波，ZDR逐渐减小，Cc出现局部增大，该区域为双偏振三体散射(PTBSS)，ZH剖面上未出现该特征。
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图 9 2020年5月17日20:25青岛雷达沿315°径向双偏振参量的垂直剖面 Fig.9 Vertical cross sections of radial dual-polarization parameters of Qingdao radar along the 315° azimuth at 20:25 BJT 17 May 2020 |
综上，在融化层高度以下，平度超级单体风暴内存在大冰雹甚至特大冰雹(直径5 cm以上)，强回波区对应负的ZDR、小的Cc(Cc < 0.8)和KDP，冰相粒子下落融化，小冰雹比大冰雹融化得更快更剧烈，造成风暴底层有较小范围的ZDR和KDP增大，粒子相态混合以及形状多样也造成Cc降级。风暴底层回波墙后侧，45~60 dBZ的回波区对应Cc(0.90~0.94)和2 dB左右的ZDR，以及较大的KDP，较大的冰雹粒子、浓度较高且粒径较大的雨滴和融化的小冰雹粒子共存。
2.2.3 超级单体风暴双偏振特征异同点统计分析[22]发现，冰雹偏振参数的变化主要集中在融化层之下，大冰雹比小冰雹具有更小的ZDR和Cc值。昌邑和平度的超级单体风暴双偏振参量特征(表 1)显示在融化层高度以下，大冰雹和特大冰雹的ZH最大值均超过65 dBZ，ZDR平均值接近0 dB，Cc平均值均小于0.9，KDP平均值均小于3 (°) ·km-1，其中特大冰雹ZDR小于0 dB且Cc小于0.8；小冰雹的ZDR均大于2 dB，Cc较大，下落过程中融化剧烈，并伴有大量液态雨滴造成短时强降水，导致KDP偏大。降雹区的超级单体风暴前侧均有入流缺口、中气旋和有界弱回波区，入流区和中气旋附近存在ZDR弧，上升气流区内有较高的ZDR柱，风暴低层均存在强冰雹衰减(ZDR)和波束非均匀填充特征(Cc)。
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表 1 2020年5月17日昌邑和平度超级单体风暴双偏振参量特征 Table 1 Characteristics of dual-polarization parameters of supercell storms in Changyi and Pingdu on 17 May 2020 |
分析发现平度和昌邑降雹区的超级单体风暴双偏振特征差异较大。一是ZDR柱高度不同，平度ZDR柱高度(6.5 km)高于昌邑(5.0 km)，平度超级单体风暴内上升气流强于昌邑，所以产生了直径大于昌邑的特大冰雹。二是ZH最大值和Cc最小值不同，二者均有大冰雹(Cc < 0.90)存在，平度冰雹尺寸更大(直径5 cm以上的特大冰雹)，因此平度风暴ZH最大值(76 dBZ)大于昌邑(69 dBZ)，而Cc最小值(0.55)小于昌邑(0.80)。三是ZDR和KDP最大值有差异，昌邑风暴内有大冰雹伴有较小的湿冰雹和偏大的雨滴，ZDR最大值为3.7 dB，大冰雹混有融化的小冰雹和一定浓度的雨滴造成KDP较大，KDP最大值为4.9 (°) ·km-1；平度风暴内存在特大冰雹伴有融化的小冰雹和更高浓度的小雨滴，ZDR最大值小于昌邑，KDP最大值[7 (°) ·km-1]大于昌邑。另外，平度超级单体风暴出现明显的PTBSS和旁瓣回波特征，昌邑风暴存在明显旁瓣回波但PTBSS不明显。综上所述，昌邑和平度冰雹大小的差异导致了风暴双偏振特征差异，二者风暴内均存在大冰雹，都为大的ZH对应着小的ZDR、Cc和KDP，平度冰雹尺寸更大，出现了直径5~6 cm的特大冰雹，因此平度风暴的ZH大于昌邑，而ZDR和Cc的最小值小于昌邑。
2.3 超级单体风暴的环境参量特征表 2为17日08：00和20：00探空要素值及5月阈值[12]。08：00，对流有效位能(convective available potential energy，CAPE)为0，济南站14：00地面温度和露点订正后的CAPE为2 385 J ·kg-1，表明午后太阳辐射加热使得大气不稳定。20：00，各层温度露点差显示500 hPa以上均大于10 ℃，925~500 hPa温度露点差平均为3 ℃，相比17日早晨，700 hPa以下大气增湿较为明显，形成下湿上干的不稳定层结，此时K指数为39 ℃，沙氏指数(SI)为-3.8 ℃，850 hPa与500 hPa温差为28 ℃，大气可降水量(precipitable water，PW)为30.3 mm。17日，济南站0~6 km垂直风切变逐渐增强，且远远超过20 m ·s-1(强垂直风切变)[12]，20：00增强到45.2 m ·s-1，达到极强程度。5月鲁中地区强对流0~6 km垂直风切变阈值为16 m ·s-1[12]，17日0~6 km垂直风切变远超过阈值。冰雹产生与否与冰雹大小的主要影响因子为冰雹的0 ℃层高度和融化层高度[27]。17日20：00，青岛探空站0 ℃层高度为3.8 km，融化层高度为2.9 km，是有利于产生强冰雹的适宜高度[12]。可见，上层干冷、下层暖湿的垂直配置，易造成热力不稳定及能量累积，特别是午后低层气温进一步升高，不稳定程度和能量累积进一步增大，低层湿度加大、垂直风切变加强等，均有利于高度组织化对流风暴的形成和极端强对流的产生。
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表 2 2020年5月17日08：00和20：00济南探空站气象要素 Table 2 Meteorological variables of Jinan sounding station at 08:00 BJT and 20:00 BJT 17 May 2020 |
雷暴的生成，需将地面附近的气块抬升到自由对流高度(level of free convection，LFC)以上，而雷暴的触发需持续一定时间的位于大气低层的一定强度的上升气流。根据Doswell[28]的分析，这种触发雷暴的上升气流绝大多数情况下由中尺度系统提供。地面附近触发雷暴的中尺度上升气流包括干线、阵风锋、地面辐合线等。根据干线定义[2]，文中干线标准为：地面图上100 km范围内温度露点差在10 ℃以上(或60~80 km范围内温度露点差在8 ℃以上)，而温度差远小于露点差，同时干空气一侧温度等于或略高于湿空气一侧温度。17日16：00，潍坊、青岛、烟台等山东半岛地区出现偏南风和偏北风辐合的东北—西南向的α中尺度地面辐合线(图 10)，有专家称其为半岛辐合线[29]，但该时刻无干线存在，实况显示此时潍坊、青岛、烟台等地的天气晴好。
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图 10 2020年5月17日16：00地面形势场 Fig.10 Surface synoptic situation at 16:00 BJT 17 May 2020 |
20：00，地面形成2条辐合线(图 11)，其中1条β中尺度辐合线位于沂源、安丘至高密北部、平度南部之间，另1条γ中尺度辐合线位于寿光北部。与此同时，在昌邑北部至平度北部、莱西北部形成1条明显的干线，正与该时刻的2条地面辐合线在昌邑、平度、莱西等地发生碰撞交汇，沿干线在湿空气一侧与地面辐合线之间有对流云系发展，云顶亮温最低达219 K(-54 ℃)，对流风暴发展强烈，造成昌邑、平度、莱西出现强冰雹天气。21：00，地面辐合线与干线在莱阳北部又发生碰撞交汇并剧烈发展(图略)，在强烈的上升气流作用下促使对流风暴迅速发展增强，对流云系逐渐合并加强，云顶亮温达212 K(-61 ℃)，致使莱阳出现4 cm的强冰雹天气。22：00，干线消失(图略)，半岛地区继续存在地面辐合线，但半岛已无对流天气出现。由上可见，干线是此次强对流天气过程的主要触发机制，地面辐合线对风暴的形成发展起一定作用，特别是在地面辐合线与干线交汇碰撞处，对流风暴加强并剧烈发展，致使鲁中东部和山东半岛地区出现强冰雹和雷暴大风天气。
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图 11 2020年5月17日20：00地面形势场和FY-2F云顶亮温 Fig.11 Surface synoptic situation and black body temperature of FY-2F satellite at 20:00 BJT 17 May 2020 |
(1) 此次极端强对流天气产生于东北冷涡背景下，低空急流和CAPE在夜间显著增强，大气可降水量和垂直风切变均超过山东阈值，适宜的0 ℃层高度和融化层高度，为大冰雹和特大冰雹的产生提供了有利的环境条件。降雹区位于干线、强上升运动区和水汽辐合区叠加区域。
(2) 超级单体风暴成熟阶段VIL的迅速减小以及风暴顶高和单体质心的下降对大冰雹降落有较好指示意义。位于昌邑和平度的超级单体风暴双偏振参量的共同特征为：2个降雹区的超级单体风暴低层(融化层高度以下)存在大ZH，对应较小的ZDR、Cc和KDP，均有强冰雹衰减(ZDR)和波束非均匀填充特征(Cc)；入流区和中气旋附近存在ZDR弧，主要由大液态粒子和小冰相粒子组成；上升气流区有较高ZDR柱，柱内液态粒子和冰相粒子共存。
(3) 昌邑和平度冰雹大小的差异导致了风暴双偏振特征差异：昌邑风暴内大冰雹伴有较小的湿冰雹和浓度偏大的雨滴，其风暴核心区有相对较大的ZDR和KDP，但ZH小于平度；平度风暴内特大冰雹伴有更高浓度的偏小雨滴和融化的小冰雹，因此风暴核心区ZDR和Cc的最小值均小于昌邑，而KDP大于昌邑，二者均为大的ZH对应着小的ZDR、Cc和KDP。另外，平度高悬的强回波强度更强，具有更多更大的冰雹粒子，昌邑高悬的强回波对应的ZDR值更大，冰雹尺寸更小。
(4) 干线是此次强对流天气过程的主要触发机制，地面辐合线对风暴的形成发展起一定作用，特别是在干线与地面辐合线交汇碰撞处，对流风暴的剧烈发展致使鲁中东部和山东半岛地区出现极端冰雹和雷暴大风天气。
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