海北州短時(shí)強(qiáng)降水冰雹預(yù)報(bào)方法研究

裴宗壽

摘 要 分析總結(jié)了2004年5-9月和2012年5-9月的短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹時(shí)空分布特征、各自的影響系統(tǒng)、環(huán)流特征、物理量場(chǎng)、氣象要素的變化，歸納出了各自的指標(biāo)和預(yù)報(bào)、預(yù)警方法。

關(guān)鍵詞 短時(shí)強(qiáng)降水；冰雹；預(yù)報(bào)方法；青海省海北州

中圖分類號(hào)：P457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2015）15--02

短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹是海北州主要的災(zāi)害天氣之一。其中，冰雹常伴有強(qiáng)烈的雷雨和大風(fēng)，具有來勢(shì)迅猛、破壞力強(qiáng)、影響范圍廣而局地性很強(qiáng)的特點(diǎn)。利用海北州近年的雷達(dá)回波歷史資料，分析總結(jié)冰雹雷達(dá)回波特征，為海北地區(qū)預(yù)報(bào)預(yù)警冰雹災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料的選取及標(biāo)準(zhǔn)

利用海北州氣象站點(diǎn)地面2004年5-9月和2012年5-9月自動(dòng)氣象站小時(shí)氣象要素，統(tǒng)計(jì)海晏、門源、剛察、祁連、托勒、野牛溝降水和冰雹及雷達(dá)等氣象資料。規(guī)定：日降水量≥25 mm為大雨日，日降水量≥50 mm為暴雨日；1 h降水量≥8.0 mm為短時(shí)大雨，1 h降水量≥16.0 mm為短時(shí)暴雨水。其中，短時(shí)大雨和短時(shí)暴雨統(tǒng)稱為短時(shí)強(qiáng)降水。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣出現(xiàn)時(shí)伴有的雷暴、冰雹和短時(shí)大風(fēng)等資料。

2 短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹的時(shí)空分布

2.1 時(shí)間分布

海北地區(qū)短時(shí)大雨、短時(shí)暴雨和大雨主要集中在7月和8月；而冰雹主要集中在夏季6-8月。短時(shí)強(qiáng)降水集中在15：00-23：00；冰雹集中在13：00-20：00?？傮w來看，對(duì)于海北地區(qū)來說，午后到前半夜是短時(shí)強(qiáng)降水多發(fā)的時(shí)段。

2.2 空間分布

冰雹的分布有3個(gè)中心，一個(gè)是青海湖北部的剛察，另一個(gè)是祁連山區(qū)的托勒、野牛溝，還有一個(gè)在青海湖東側(cè)的海晏。

2.3 與短時(shí)強(qiáng)降水冰雹相伴的天氣

從海北地區(qū)6站短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)伴隨天氣現(xiàn)象、持續(xù)時(shí)間和范圍的頻率可知，短時(shí)強(qiáng)降水過程中伴有雷暴和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)的頻率較高。

3 短時(shí)強(qiáng)降水的環(huán)流特征及影響系統(tǒng)

3.1 環(huán)流特征

造成短時(shí)強(qiáng)降水的天氣環(huán)流形勢(shì)主要有兩槽一脊型、兩脊一槽型、巴湖橫槽型、西風(fēng)氣流多波動(dòng)型等4種形勢(shì)[1]。

3.2 關(guān)鍵區(qū)影響系統(tǒng)

在500 hPa高空天氣圖上，把25～45°N，東經(jīng)80～110°E的范圍定為關(guān)鍵區(qū)，在關(guān)鍵區(qū)內(nèi)將影響系統(tǒng)分為3類，其中高原低渦類是最多的一類，其次高原低槽類，西北氣流類最少。

4 物理量場(chǎng)分析

4.1 散度場(chǎng)

短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣出現(xiàn)前，散度場(chǎng)上表現(xiàn)的比較零亂，但一般表現(xiàn)為青海省海北地區(qū)隨著短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣的出現(xiàn)，200 hPa散度場(chǎng)上為弱的正散度，500 hPa散度場(chǎng)上為強(qiáng)的正散度，700 hPa散度場(chǎng)上強(qiáng)的負(fù)散度。

4.2 垂直速度場(chǎng)

短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣出現(xiàn)前海北地區(qū)500hPa為負(fù)垂直速度，中心一般在-0.2 Pa/s的上升速度是非常常見的。

4.3 水汽通量場(chǎng)

短時(shí)強(qiáng)降水的水汽主要來源于孟加拉灣和西太平洋。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生前高原中部地區(qū)96°E附近有一條非常強(qiáng)的自南向北的水汽輸送帶。同時(shí)，由于冷空氣入侵到高原北側(cè)，在高原東北部和中部之間形成一條東北-西南走向的水汽輻合帶。在水汽輸送帶北部的東北-西南走向水汽輻合帶進(jìn)一步移近到暴雨區(qū)[2]。

5 地面氣象要素變化特征

5.1 地面變壓場(chǎng)分析

造成海北地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的中尺度高壓（正變壓）生成的源地從祁連山區(qū)托勒附近；柴達(dá)木盆地東部的烏蘭、茶卡；青海湖南部的共和、興海附近等地區(qū)。生命史一般1～3 h，最長(zhǎng)5 h，上述地區(qū)生成的地面中尺度天氣系統(tǒng)常造成海北地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水，預(yù)報(bào)時(shí)效也只有2～3 h。

5.2 地面變溫場(chǎng)分析

短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)前3 h開始青海省北部的祁連山區(qū)到柴達(dá)木盆地東部一帶有負(fù)變溫（或弱的正變溫）中心發(fā)展東移，隨后青海省的東南部的玉樹、果洛一帶也有負(fù)變溫（或弱的正變溫）中心向東北方向移動(dòng)，兩個(gè)負(fù)變溫（或弱的正變溫）中心前為正變溫區(qū)（即+△T1），正變溫區(qū)的中心就是負(fù)變溫移動(dòng)的路徑，短時(shí)強(qiáng)降水就出現(xiàn)在變溫遞度較大、等值線較密集的地區(qū)。

5.3 單站水汽變化分析

短時(shí)暴雨出現(xiàn)前4 h水汽有明顯增加過程，隨著降水的來臨水汽增加不明顯；逐3 h和6 h水汽的變化來看，短時(shí)暴雨出現(xiàn)前2 h水汽有明顯增加過程，降水開始后水汽又趨向減少。而短時(shí)大雨出現(xiàn)前4 h水汽增加的特征比較明顯，隨著降水的來臨水汽增加和減少的趨勢(shì)接近；逐3 h和6 h水汽的變化來看，短時(shí)大雨出現(xiàn)前和1 h水汽的變化一致。

5.4 冰雹天氣地面要素場(chǎng)

造成冰雹天氣的中尺度高壓（正變壓）生成的源地有祁連山區(qū)托勒、門源附近；柴達(dá)木盆地東部的烏蘭、天峻一帶。生命史一般1～2 h，最長(zhǎng)3 h，上述地區(qū)生成的地面中尺度天氣系統(tǒng)常造成海北地區(qū)冰雹天氣，預(yù)報(bào)時(shí)效也只有2～3 h。

5.5 短時(shí)強(qiáng)降水冰雹預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)

出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣時(shí)與變壓和變溫逐小時(shí)變化有非常好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此選擇1 h變壓和變溫做為短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)是可行的。當(dāng)△P1≥0.1且△T≤0.1時(shí)，有短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣，利用以上指標(biāo)試報(bào)情況可知，歷史擬合率為67.7%。

6 雷達(dá)圖上強(qiáng)對(duì)流單體指標(biāo)

6.1 強(qiáng)降水的雷達(dá)回波指標(biāo)

強(qiáng)降水回波徑向速度指標(biāo)：強(qiáng)降水的速度回波整齊、對(duì)稱。強(qiáng)降水回波頂高指標(biāo)：強(qiáng)降水回波頂高8～17 km。強(qiáng)降水垂直液態(tài)水含量指標(biāo)：最大垂直液態(tài)水含量來看出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)3～30 kg/m2。強(qiáng)降水風(fēng)廓線產(chǎn)品指標(biāo)：強(qiáng)降水時(shí)暖平流為主的濕度層較厚，可達(dá)2～6 km。

6.2 冰雹的雷達(dá)回波指標(biāo)

冰雹回波強(qiáng)度指標(biāo)：冰雹云的雷達(dá)回波強(qiáng)度最強(qiáng)，強(qiáng)的能達(dá)60 dBz甚至是65 dBz以上。同時(shí)，降雹時(shí)強(qiáng)回波中心較強(qiáng)降水處于中空或高度較高。冰雹徑向速度回波指標(biāo)：冰雹云雷達(dá)回波徑向速度大于強(qiáng)降水時(shí)回波，分布尺度冰雹云也很小，徑向速度等值線分布較密集，切向梯度也較大。通過分析徑向速度分析風(fēng)速和風(fēng)向的變化來確定冰雹云。同時(shí)冰雹云的徑向速度回波中多存在中氣旋。冰雹回波頂高指標(biāo)：冰雹云雷達(dá)回波的高度也是最高的，降雹時(shí)回波頂高均在工作9 km以上，且回波頂高會(huì)出現(xiàn)躍增現(xiàn)象。冰雹垂直液態(tài)水含量指標(biāo)：降雹時(shí)最大值均超過25 kg/m2，并且存在突然增大后減小的現(xiàn)象。

7 海北強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警方法

7.1 海北強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警

7.1.1 高原低槽型

天氣形勢(shì)：500 hPa圖上高原低槽在青海省西部，印度半島有南支槽存在，鋒區(qū)南壓至海北州上空，地面冷鋒配合。衛(wèi)星云圖：面積較大的片狀或帶狀云系自西向東移動(dòng)，但移速較慢，在海北上空停滯時(shí)間也較長(zhǎng)。雷達(dá)回波圖：此種類型天氣雷達(dá)回波上以混合云系為主，強(qiáng)度40～45 dBz。

7.1.2 副高東撤型

天氣形勢(shì)：500 hPa圖上青海省東部為穩(wěn)定的西太平洋副高邊緣的584線或586線控制，西部為低槽活動(dòng)。衛(wèi)星云圖：通常是由多個(gè)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)在青海省西部生成，東移過程中逐漸合并，變成大片云系。雷達(dá)回波圖：開始以對(duì)流單體為主，強(qiáng)度45 dBz以上，高度也較高達(dá)8 km，隨著底層低云的發(fā)展，對(duì)流單體合并同時(shí)與低云疊置，可轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲越邓夭ā?/p>

7.2 冰雹天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警方法

7.2.1 海北冰雹天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警

（1）高原冷槽型。天氣形勢(shì)：蒙古低壓槽的存在及其配合的冷溫槽的位置和強(qiáng)度，一般應(yīng)達(dá)到-20 ℃左右。若地面配合冷鋒，鋒前暖空氣易形成對(duì)流云而產(chǎn)生冰雹。衛(wèi)星云圖：對(duì)流單體發(fā)展合并為混合云系，其中有較明顯的對(duì)流云存在。雷達(dá)回波圖上對(duì)流云的強(qiáng)度較強(qiáng)，高度也較高達(dá)，強(qiáng)中心的面積較大，混合云中有強(qiáng)對(duì)流單體而產(chǎn)生冰雹，而在降雹前都有明顯的弱回波或有界弱回波區(qū)。

（2）西北氣流型。天氣形勢(shì)：新疆脊處于80～90°E，脊前西北氣流直達(dá)90°E附近。衛(wèi)星云圖：以對(duì)流云系為主，有時(shí)幾塊對(duì)流云相結(jié)合增強(qiáng)。雷達(dá)回波圖上對(duì)流云的強(qiáng)度、高度及強(qiáng)中心的面積值均較小，但對(duì)流回波維持時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)流云生消交替發(fā)展，有明顯的弱回波區(qū)和V型缺口。此類型中冰雹可能與強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)等天氣一同出現(xiàn)。

7.2.2 海北冰雹臨近預(yù)報(bào)判據(jù)指標(biāo)

強(qiáng)度大于45 dBz，一般在55 dBz左右；有超級(jí)單體特征；多個(gè)單體合并為對(duì)流云帶或云塊；冰雹云的特征：弱回波區(qū)、有界弱回波、“V”字型缺口、中氣旋；回波頂高會(huì)出現(xiàn)躍增現(xiàn)象，這一現(xiàn)象出現(xiàn)在地面降雹前，對(duì)冰雹的預(yù)報(bào)有一定的指示意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陶詩言，等.中國(guó)之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：1-10.

[2]畢寶貴.“02.6”陜南大暴雨的結(jié)構(gòu)及成因分析[J].高原氣象，2006，25（1）：34-44.

（責(zé)任編輯：劉昀）