石河子致災冰雹天氣的特征分析

（新疆石河子氣象局，石河子市，832000) 蒲云錦 韓春光

冰雹是石河子墾區(qū)春夏季最常見的一種強對流天氣，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴重危害，造成巨大損失。但因其具有時空尺度小、突發(fā)性強的特點，所以冰雹的預報和預警是短時臨近預報中的難點。近幾年隨著全國新一代天氣雷達網(wǎng)的建設，國內(nèi)在利用新一代天氣雷達產(chǎn)品對冰雹等強對流天氣監(jiān)測和分析方面的研究已有不少成果。

石河子墾區(qū)位于天山北坡中部、準噶爾盆地南緣的沙漠邊緣一帶，屬于干旱地區(qū)，春夏季由于下墊面增溫顯著，大氣不穩(wěn)定度加大，極易發(fā)生強對流天氣，而強對流天氣帶來的冰雹是石河子墾區(qū)主要的氣象災害。近年來因冰雹襲擊，石河子墾區(qū)有幾十萬畝農(nóng)作物受災，造成上千萬元、甚至上億萬元的經(jīng)濟損失。

1 資料來源

選用2017年石河子地區(qū)出現(xiàn)的4次致災冰雹天氣過程的高空資料和C波段的多普勒雷達資料，對其在PPI上回波移動路徑和災情進行對比統(tǒng)計分析,用回波移動路徑識別強冰雹云，依據(jù)對流云回波頂高與45dBz頂高的差值識別強冰雹云。

2 天氣過程實況概述

5月2日17時44分到18時之間莫索灣片區(qū)的149團、148團先后遭受冰雹襲擊。冰雹對莫索灣地區(qū)的部分地段造成災害，有些地塊需要重播，有些地要補種，受災面積為4 013.3hm2，較嚴重受災為2 000.0hm2，主要受災作物為棉花。5月23日晚20：07分左右石河子下野地134團出現(xiàn)強對流性天氣，產(chǎn)生冰雹，降雹時間約10min左右，冰雹直徑普遍約1cm左右，最大冰雹直徑約3cm左右。5月23日晚20：30左右石河子下野地133團出現(xiàn)出現(xiàn)強對流性天氣，產(chǎn)生冰雹，降雹時間約3min左右，冰雹直徑普遍約1cm，最大冰雹直徑約2cm。冰雹對下野地主要作物棉花造成了災害，受災較輕的為子葉或真葉葉片被擊破，受災較重的為生長點被打掉，造成棉花死亡。6月28日17：43～17：55分左右石河子下野地136團10連出現(xiàn)冰雹，冰雹最大直徑約1.5cm。18時45分到19時47分，莫索灣站降水量為10.5mm，期間伴隨雷暴、颮、大風，19時02分到19時07分，148、149團出現(xiàn)冰雹，直徑為2～3cm。冰雹襲擊的主要農(nóng)作物為棉花，部分棉花葉片被擊破，部分棉花蕾被擊掉。149團冰雹造成農(nóng)作物受災面積為1 333.3hm2，重災面積為266.7hm2,重災棉田約50%棉花主莖被砸斷，部分蕾鈴和葉片被打掉。8月16日夜間20時左右，我地對流云加強，出現(xiàn)雷暴天氣，21時左右開始下陣雨，并產(chǎn)生冰雹，時間段約為 21：17～21：34，17 日 01：19～01：26，累計降雹25min左右，最大冰雹直徑1.5cm左右。次此冰雹共造成下野地墾區(qū)121團、133團、134團總過雹面積：7 559.3hm2，成災：813.3hm2。主要受害農(nóng)作物為棉花，造成棉花部分葉片被擊破，少數(shù)擊落，成災的棉花地60%葉片被擊破，少部分擊落，少數(shù)蕾、鈴被擊落。

3 天氣背景概述

影響降冰雹的系統(tǒng)屬于中小尺度系統(tǒng),它空間尺度小,時間尺度短,演變迅速。而大的天氣背景是中小尺度天氣系統(tǒng)形成和發(fā)展的前提,石河子地區(qū)冰雹天氣產(chǎn)生的環(huán)流形勢主要為低(渦)槽型和西北氣流型,且以西北氣流型為主。

08時500hPa高空圖上，5月2日貝湖以北為寬廣的冷渦，此冷渦深厚，到200hPa仍存在；石河子位于冷渦底部分裂出的低槽槽前，中緯維持弱的兩脊一槽型,烏拉爾山到里咸海和新疆東部為弱的脊區(qū)，巴爾喀什湖附近為兩支槽區(qū)，兩支槽區(qū)在巴湖有些匯合，新疆西北部有明顯冷平流，石河子受槽前弱西南氣流控制。5月23日新地島至新疆以北為深厚的冷渦，石河子同樣處于冷渦底部分裂出的低槽槽前，低槽也仍位于巴湖，呈弱的兩脊一槽型，且有≥20ms的偏西風密集區(qū)。低層石河子以北為偏西風,以南為偏北風，在石河子地區(qū)形成較強的偏北風切變。

圖1 2017年5月2日和5月23日08時500hPa形勢場（單位：dgpm）

圖2 2017年5月2日和5月23日08時500hPa形勢場（單位：dgpm）

6月28日低渦位于新地島和泰梅爾半島之間，低渦底部分裂的低槽范圍較廣較深厚，從新西伯利亞到青藏高原都為低槽活動區(qū)，石河子處于兩支槽區(qū)之間，屬于比較明顯的低槽活動區(qū)，有冷空氣不斷南下補充。8月16日呈兩脊一槽型,西伯利亞到北疆沿天山一帶有一深厚大槽,南疆為若得暖脊，石河子處于槽底脊上，冷暖空氣在此匯合。

以上過程除受天氣系統(tǒng)和引導氣流制約外,還受石河子地區(qū)的地形影響，石河子屬于北部沿天山一帶的天山腳下。一般說來垂直于山脈的抬升作用較強,容易形成對流天氣。

4 雷達回波分析

4.1 在PPI上,用回波移動路徑識別強冰雹云

分析石河子4次典型強冰雹天氣在多普勒C波段雷達上的回波移動路徑特征（圖3、圖4）：圖a）5月2日在石河子北部的136團和150團附近有強回波帶生成,回波頂高7～8km，強度48dBz,以10km/h的速度向東南方向移動,17：52～17：58回波合并增強并使得149團和148團先后降雹，此時回波頂高達9km,強度達 57dBz,。（圖 b）5 月 23 日 19：18 石河子132團以西到135團有多個對流單體生成，對流單體在東移過程中加強，在移動過程中,云頂高度達8km,45dBz高度達5.2km,回波中心強度增強到57dBz,強回波位于133和134團附近，后減弱東移。

圖3 2017年5月2日（圖a)和5月23日（圖b）雷達回波強度圖

圖4 2017年6月28日（圖a）和8月16日（圖b）雷達回波強度圖

（圖c）6月28日16：50在石河子136團和133團的西北方向分別兩塊狀回波生成,云頂高度達10km,強度51dBz,以45km/h的速度向東南方向移動。回波移動緩慢,云體高聳寬廣,高達10km,45dBz高度9.km,回波中心強度67dBz,為典型的冰雹云回波,136團和莫索灣片區(qū)地面產(chǎn)生降雹，之后繼續(xù)減弱向東南方向移出我區(qū)。（圖d）8月16日在石河子135團附近有強對流回波生成,強回波區(qū)呈點狀密集在塊狀回波區(qū)中，同時以30km/h的速度向東南方向移至121團,在移動過程中強度持續(xù)增強，21：28回波強度高達65dBz,高度10km。21：56繼續(xù)向東南移動。

表1 回波頂高與45dBz強回波頂高差值統(tǒng)計

4.2 在RHI回波上,依據(jù)回波頂高度與45dBz頂高的差值識別強冰雹云

冰雹的生長主要源地是大量過冷卻水滴組成的含水量累積區(qū),在雷達回波上,對應的是強回波區(qū),即冰雹生長的“雹源”,上升氣流速度決定了水凝物在云中的滯留時間和部位及垂直運動的強度,而水凝物在雹云中形成雹胚,隨上升氣流最大速度的增大和最大速度出現(xiàn)的高度的增大而增大，當云內(nèi)上升氣流速度越大,最大速度出現(xiàn)的高度也增高,強回波中心高度(上升氣流極值區(qū))就越高,雹云發(fā)展越旺盛。利用RHI上冰雹云回波頂高度與45dBz頂高的差值識別強冰雹云。

利用雷達回波資料（表1），經(jīng)過統(tǒng)計、對比分析,得出回波頂高h與45dBz回波頂高h45dBz不同差值范圍與降雹強度的對應關系：當h-h45≤1.5km時,為強冰雹云并帶來嚴重雹災；當1.5km＜h-h45≤2.5km時,中等雹云并有較重雹災；當2.5km＜h-h45≤3.5km時,為弱雹云,雹災較輕。

5 小結

5.1 源于石河子西北一帶生成的對流單體，合并加強后沿東南方向入侵我區(qū),其移動路徑為西北—東南時的強冰雹云，所帶來的冰雹天氣來勢較猛,強度大,災害非常嚴重。

5.2 在RHI上,利用回波頂高(h)與45dBz回波頂高（h45）的差值來判別冰雹云的強弱。h-h45≤1.5km時,為強冰雹云并帶來嚴重雹災；當1.5km＜h-h45≤2.5km時,中等雹云并有較重雹災；當2.5km＜h-h45≤3.5km時,為弱雹云,雹災較輕。

5.3 以低(渦)槽型和西北氣流型的天氣系統(tǒng)與石河子地區(qū)的地形抬升作用的共同影響,是石河子地區(qū)產(chǎn)生強冰雹天氣的主要原因。