漢中市近40年冰雹分布特征研究

胡江波，劉元珺，何豫秦，楊睿敏

（漢中市氣象局，陜西 漢中723000）

1 引言

冰雹是一種常見(jiàn)的自然災(zāi)害，它是強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)物，具有明顯的局地性、分散性及突發(fā)性，往往來(lái)勢(shì)兇猛、強(qiáng)度大，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、通訊、電力等設(shè)施以及人民群眾的日常生活和生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害和經(jīng)濟(jì)損失［1］。

漢中市位于陜西省西南部，地處秦巴山區(qū)西段，北依秦嶺，南屏巴山，中部為漢中盆地，全市轄11個(gè)縣（區(qū)），氣候?yàn)閬啛釒降丶撅L(fēng)氣候，年平均氣溫11.5～14.6℃，年降水量780～1280mm，年日照時(shí)數(shù)為1269.7～1739.1h。由于受天氣系統(tǒng)及地形、地貌的共同影響，漢中市多冰雹天氣發(fā)生，尤其是山區(qū)冰雹氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)漢中市的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失。本文利用漢中市11個(gè)縣（區(qū)）氣象觀測(cè)站1971～2010年40年的冰雹實(shí)況觀測(cè)資料，分析漢中市冰雹的空間分布、月際和年際變化特征，總結(jié)研究漢中市冰雹的天氣分型，以期更好地為漢中市開(kāi)展防雹減災(zāi)工作及冰雹天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

冰雹觀測(cè)資料來(lái)源于漢中市11個(gè)縣（區(qū)）氣象觀測(cè)站1971～2010年40年的冰雹實(shí)況觀測(cè)資料，分析漢中市冰雹的時(shí)空分布特征。選取1994～2010年漢中市出現(xiàn)的34個(gè)典型冰雹個(gè)例，利用出現(xiàn)冰雹當(dāng)日08：00時(shí)高空觀測(cè)資料，進(jìn)行漢中市冰雹天氣分型研究。

3 冰雹時(shí)空分布特征

3.1 冰雹的空間分布特征

漢中市降雹的空間分布與海拔高度、地形及下墊面性質(zhì)密切相關(guān)，總的分布特征是高山、丘陵地區(qū)年降雹日數(shù)多于平川地區(qū)（圖1）。根據(jù)1971～2010年近40年漢中市的冰雹統(tǒng)計(jì)資料，漢中市冰雹高發(fā)區(qū)主要位于秦嶺南麓的佛坪和留壩，年降雹日數(shù)佛坪最多，達(dá)29d，其次為留壩，為25d，次高發(fā)區(qū)位于漢中市南部巴山沿線的寧強(qiáng)及鎮(zhèn)巴一帶，年降雹日數(shù)鎮(zhèn)巴為22d，寧強(qiáng)為16d，而平川地區(qū)年降雹日數(shù)相對(duì)較少，基本上在3～12d，冰雹災(zāi)害相對(duì)較輕。可能是由于山區(qū)地形復(fù)雜，下墊面受熱不均勻，有利于局地?zé)崃?duì)流的產(chǎn)生，在一定的天氣系統(tǒng)背景下，較容易出現(xiàn)局地性的降雹。

圖1 1971～2010年漢中市年降雹日數(shù)分布

表1為漢中市11個(gè)縣（區(qū)）年平均降雹日數(shù)和海拔高度的對(duì)比情況，可以可出，降雹與地域海拔高度的關(guān)系非常大，年均降雹日數(shù)與海拔高度成明顯的正相關(guān)（R＝0.7388＞r0.01（9）＝0.7348），用年均降雹日數(shù)與海拔高度建立一元線性回歸方程：Y＝－0.1879＋0.0007H（R＝0.7388，F(xiàn)＝10.8181，P＝0.0094），通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平，表明海拔高度越高，對(duì)應(yīng)區(qū)域的年降雹日越多，海拔高度每增加1000m，年平均降雹日數(shù)增加0.7d。

表1 漢中市年平均降雹日數(shù)與海拔高度

3.2 冰雹的日變化

冰雹是強(qiáng)對(duì)流天氣，具有明顯的日變化特征［2］。漢中市冰雹的日變化分為上午型（08～11時(shí)）、中午型（11～13時(shí)）、下午型（13～17時(shí)）、傍晚型（17～20時(shí)）及夜間型（20～08時(shí)）5種，但主要為下午型、傍晚型和夜間型3種。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，下午型為本地主要降雹高頻時(shí)段，占總降雹日數(shù)的45%，傍晚型降雹占總降雹日數(shù)的32.1%，夜間型降雹占17.6%。另外，上午型及中午型降雹頻次較少，分別占總降雹日數(shù)的1.5%和3.8%。可見(jiàn)，漢中市降雹主要集中在下午13～17時(shí)，這種變化與午后氣溫高，熱力對(duì)流增強(qiáng)，不穩(wěn)定能量加大有直接關(guān)系［3］。

據(jù)相關(guān)研究，一次降雹過(guò)程的持續(xù)時(shí)間與冰雹的強(qiáng)度呈正比關(guān)系［4］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，漢中市降雹平均持續(xù)時(shí)間為8min，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為45min（寧強(qiáng)站1973年5月26日），最短持續(xù)時(shí)間不足1min，持續(xù)時(shí)間0～5min的降雹最多，占總數(shù)的53%，其次是5～10min降雹，占18.3%，＞20min的降雹最少，僅占5.2%。說(shuō)明漢中市主要為小尺度冰雹天氣過(guò)程，冰雹持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度較弱。

3.3 降雹的月變化

由圖2可知，漢中市冰雹月際變化呈單峰型，變化為比較標(biāo)準(zhǔn)的拋物線。3～10月都可能出現(xiàn)冰雹，11月到次年2月為無(wú)雹期。降雹時(shí)段主要發(fā)生在4～10月，集中在4～8月，占全年降雹總?cè)諗?shù)的90.6%，其中，5月份最多，占25.9%，其次是4月占18.7%。1981～2010年40年間最早降雹日出現(xiàn)在3月5日（鎮(zhèn)巴），最晚出現(xiàn)在10月30日（留壩）。

圖2 漢中市1971～2010年降雹日數(shù)月變化

3.4 降雹的年變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，漢中市各站在1971～2010年間共出現(xiàn)冰雹日139d，年平均3.5d，由圖3可知，漢中市1981～2010年冰雹日總體呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為－0.806d/10a，未能通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，1990年以后至2010年，漢中市年降雹日數(shù)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，氣候傾向率為－2.932d/10a，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)的前10年，漢中市冰雹日數(shù)明顯減少，除2001年（6d）、2002年（7d）外，年降雹日數(shù)均低于多年平均值。冰雹日最多的年份為1985年，共出現(xiàn)冰雹日12d，有8年未出現(xiàn)冰雹，且無(wú)雹年多為連續(xù)出現(xiàn)，分別為1998～1999、2005～2007年。1990年以后，漢中市年降雹日數(shù)的顯著減少與西北地區(qū)年降雹日數(shù)減少變化趨勢(shì)一致，這可能與自然氣候變化及人工防雹工作有關(guān)［5］。

圖3 漢中市1971～2010年降雹日數(shù)年際變化

4 冰雹的天氣分型

冰雹天氣過(guò)程都是在特定的環(huán)流背景和天氣影響系統(tǒng)下產(chǎn)生的，考慮上干冷下暖濕的不穩(wěn)定條件、促使不穩(wěn)定能量釋放的動(dòng)力條件及水汽條件等冰雹發(fā)生的天氣學(xué)條件，根據(jù)降雹當(dāng)日08時(shí)500hPa高空形勢(shì)，歸納出3種有利于漢中市產(chǎn)生冰雹的天氣形勢(shì)，分別為冷渦型、西北氣流型、低槽型。

4.1 冷渦型

如圖4所示，500hPa高空?qǐng)D上新疆高脊發(fā)展加強(qiáng)，東亞上空大氣環(huán)流經(jīng)向特征明顯，在我國(guó)東北地區(qū)存在一個(gè)深厚的冷性低渦，漢中市處于冷渦西側(cè)較強(qiáng)的西北氣流中，風(fēng)速可達(dá)8～14m/s，中高空干冷，低層有切變，從成都到漢中有偏南風(fēng)發(fā)展，不斷輸送水汽和不穩(wěn)定能量，850hPa和500hPa的溫差達(dá)25～31℃。由此可見(jiàn)，冷渦型主要表現(xiàn)在冷渦天氣形勢(shì)下冷渦后部不斷分裂的干冷空氣與低層暖濕空氣在漢中市上空交匯，這種中高層干冷，低層暖濕的配置，形成強(qiáng)的位勢(shì)不穩(wěn)定，十分有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。冷渦型是漢中市冰雹天氣的最主要形勢(shì)，主要出現(xiàn)在4～6月。

圖4 冷渦型天氣形勢(shì)（實(shí)線為等高線，虛線為等溫線）

4.2 西北氣流型

如圖5所示，本型屬于西高東低型，也是漢中市多冰雹天氣的又一種形勢(shì)。影響系統(tǒng)是西北氣流中的冷溫度槽，且溫度槽落后于高度槽，漢中市處于槽后一致的西北氣流控制中，風(fēng)速達(dá)10～16m/s，中高空有強(qiáng)的干冷空氣侵入，低層有切變幅合或濕舌配合，這種上層干冷、下層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，往往午后到夜里易出現(xiàn)冰雹天氣。因此，西北氣流型主要表現(xiàn)為中層強(qiáng)烈的干冷空氣侵入和強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，地面上常有弱冷鋒存在。

圖5 西北氣流型天氣形勢(shì)（實(shí)線為等高線，虛線為等溫線）

4.3 低槽型

如圖6所示，500hPa高空?qǐng)D上，漢中市上游有高空槽東移，槽后冷平流較強(qiáng)，槽前存在正渦度平流造成的動(dòng)力性上升運(yùn)動(dòng)，漢中以南的地方為西北氣流控制，水汽通道不暢，漢中為干區(qū)控制，低層有切變輻合，850 hPa水汽條件較好，850hPa溫度露點(diǎn)差小于6℃，基本形成了中上層干冷、下層暖濕的不穩(wěn)定形勢(shì)，動(dòng)力抬升往往造成強(qiáng)烈的冰雹天氣。因此，高空槽前正渦度平流的動(dòng)力抬升作用和低層暖濕氣流造成的上層干冷、下層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)是形成該類冰雹天氣的主要機(jī)制。

5 結(jié)論

（1）漢中市冰雹總的分布特征是高山、丘陵地區(qū)年降雹日數(shù)多于平川地區(qū)。冰雹高發(fā)區(qū)主要位于秦嶺南麓的佛坪和留壩，近40年降雹日數(shù)佛坪最多，達(dá)29d，平川地區(qū)年降雹日數(shù)相對(duì)較少，在3～12d之間。另外，年均降雹日數(shù)與海拔高度成明顯的正相關(guān)。

圖6 低槽型天氣形勢(shì)（實(shí)線為等高線，虛線為等溫線）

（2）漢中市冰雹日變化主要分為下午型、傍晚型和夜間型，其中，以下午型（13～17時(shí)）為主，占總降雹日數(shù)的45%。漢中市降雹平均持續(xù)時(shí)間為8min，其中，以持續(xù)時(shí)間0～5min的降雹最多，主要為小尺度冰雹天氣過(guò)程，冰雹持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度較弱。

（3）漢中市冰雹月際變化呈單峰型，3～10月都可能出現(xiàn)冰雹，11月到次年2月為無(wú)雹期，降雹主要集中在4～8月，5月份降雹最多。

（4）漢中市1981～2010年降雹日數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，未能通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，1990年以后漢中市年降雹日數(shù)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后的前10年，漢中市降雹日數(shù)明顯減少。降雹日數(shù)最多的年份為1985年（12d），有8年未出現(xiàn)冰雹，且無(wú)雹年多為連續(xù)出現(xiàn)。

（5）根據(jù)降雹當(dāng)日08時(shí)500hPa高空形勢(shì)，歸納出冷渦型、西北氣流型、低槽型這3種天氣形勢(shì)有利于漢中市冰雹天氣產(chǎn)生。

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