錦州市冰雹天氣分布特征及雷達預(yù)警指標研究

周福然 張翠艷 溫舟 婁芳蕾 王淼 徐玉秀

摘 要：本文通過對2003—2017年發(fā)生在遼寧省錦州市的41次冰雹天氣過程進行分析，得出錦州市冰雹天氣分布規(guī)律，并確定錦州市冰雹天氣雷達預(yù)警指標。結(jié)果表明：2003—2017年，錦州市冰雹日數(shù)呈總體減少的趨勢;錦州冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均出現(xiàn)2.7個冰雹日;錦州市冰雹天氣總體呈現(xiàn)出南多北少的特征，局地性很強;冰雹天氣雷達預(yù)警指標主要為回波強度大于50 dBZ、回波頂高超過11 km、垂直累積液態(tài)水含量超過35 kg/m2。

關(guān)鍵詞：冰雹;分布特征;雷達預(yù)警指標

中圖分類號：P426.64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0123-03

Abstract： Based on the analysis of 41 hail weather processes in Jinzhou City from 2003 to 2017， the hail weather distribution law in Jinzhou City was obtained， and the hail weather radar early warning index in Jinzhou City was determined. The results show that： from 2003 to 2017， the number of hail days in Jinzhou City showed an overall decreasing trend; The annual variation of hail frequency in Jinzhou is large， with an annual average of 2.7 hail days; The hail weather in Jinzhou City generally shows the characteristics of more in the South and less in the north， with strong locality; The early warning indexes of Hail Weather Radar mainly include echo intensity greater than 50 dBZ， echo top height more than 11 km， and vertical cumulative liquid water content more than 35 kg/m2.

Keywords： the hail;distribution characteristics;radar early warning index

冰雹是一種中小尺度系統(tǒng)，具有歷時短、突發(fā)性強、局地性強等特點，是較為嚴重的自然災(zāi)害之一，會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成不利影響。冰雹是錦州市夏季的主要氣象災(zāi)害之一，也是氣象預(yù)報的難點之一，提高冰雹的短時臨近預(yù)報準確率和實效性，對提高本地農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)，保護人民的生命財產(chǎn)安全，促進地方經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義。近年來，國內(nèi)外氣象學(xué)者應(yīng)用多普勒雷達產(chǎn)品對產(chǎn)生冰雹天氣的中小尺度系統(tǒng)特征進行了大量研究[1-9]，并且取得了較大成果，形成了多種預(yù)報指標和概念模型。但是，由于冰雹的地域性很強，因此，各地預(yù)報冰雹的指標也有所不同。本文對發(fā)生在遼寧省錦州市的41次冰雹天氣過程進行分析，得出冰雹天氣分布規(guī)律，并結(jié)合多普勒雷達產(chǎn)品，歸納出冰雹天氣雷達預(yù)警指標，為冰雹天氣預(yù)警提供參考。

1 資料和雹日標準

1.1 資料

本文選取錦州、凌海、義縣、北鎮(zhèn)、黑山5個觀測站2003—2017年的常規(guī)觀測資料分析冰雹天氣分布特征。多普勒雷達資料為營口雷達觀測產(chǎn)品資料。

1.2 雹日標準

某日中有大于等于1個測站出現(xiàn)冰雹，將該日定為冰雹日。

2 冰雹天氣分布特征

2.1 冰雹日數(shù)的年際變化

錦州市2003—2017年冰雹日數(shù)分布如圖1所示。從圖1可以看出：錦州市冰雹日數(shù)呈總體減少的趨勢，其中，2005年和2012年最多，均為6次，2007年沒有出現(xiàn)冰雹;錦州市冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均出現(xiàn)2.7個冰雹日。

2.2 冰雹日數(shù)的空間分布

錦州市各測站冰雹日數(shù)分布如圖2所示。從圖2可以看出：錦州市各測站冰雹日數(shù)分布差異較為明顯，其中，錦州站出現(xiàn)的次數(shù)最多，為17次，北鎮(zhèn)站最少，為5次，總體呈現(xiàn)出南多北少的特征。

2.3 冰雹局地性特征

若某一日有大于3個測站出現(xiàn)冰雹，則定義為一次區(qū)域性冰雹過程;若某一日有小于等于2個站出現(xiàn)冰雹，則定義為一次局地性冰雹過程。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，41次冰雹天氣過程，有3次區(qū)域性冰雹過程，其余38次均為局地性冰雹天氣過程。

3 冰雹天氣雷達預(yù)警指標

通過對錦州市冰雹過程發(fā)生時段的雷達產(chǎn)品進行篩選，本文選出4種雷達參數(shù)，即回波強度、回波頂高、垂直累積液態(tài)含水量、徑向速度進行統(tǒng)計分析，得出冰雹災(zāi)害發(fā)生時段雷達預(yù)警指標。

3.1 回波強度

雷達發(fā)射電磁波進入大氣，在大氣中碰到云粒子、雨粒子或空氣介質(zhì)，入射電磁波向四面八方散射開來，雷達接收粒子的后向散射能量，粒子越大，后向散射的能量越大，雷達回波強度越大，在雷達回波強度圖上就會變現(xiàn)為大值區(qū)。通過分析錦州市冰雹個例發(fā)現(xiàn)，最大回波強度均超過45 dBZ，平均達到55 dBZ，最強可達70 dBZ，將回波強度大于50 dBZ作為短臨預(yù)警指標之一。通過分析2014年6月18日冰雹過程基本反射率產(chǎn)品可知，15：00開始，遼寧西部地區(qū)先后生成多個對流單體，并在高空西風的引導(dǎo)下向東移動，回波單體移入錦州后快速發(fā)展，回波強度增大至60 dBZ，并在18：00前后達到最強，開始出現(xiàn)冰雹。2014年6月18日18：00雷達基本反射率如圖3所示。

3.2 回波頂高

回波頂高（Echo Top，ET）是衡量對流天氣強弱程度的重要標志，反映了云內(nèi)垂直上升氣流的強度，可衡量風暴發(fā)展強弱程度。回波頂高的高度越高，云內(nèi)上升氣流越強，而上升氣流又是決定云內(nèi)所能形成的最大水滴或冰雹尺度的重要因素。通過分析冰雹個例可知，回波頂高在11～15 km，因此將回波頂高超過11 km作為冰雹預(yù)警指標的之一。分析2014年6月18日的冰雹過程，18：00錦州市回波頂高最大達14 km，在錦州市出現(xiàn)冰雹天氣?？梢姡夭敻呖勺鳛楸⑻鞖獾念A(yù)警指標之一。2014年6月18日18：00雷達回波頂高見圖4。

3.3 垂直累積液態(tài)含水量

垂直累積液態(tài)含水量是在假設(shè)所有反射率因子均由液態(tài)水滴引起的前提下，基于風暴的二維分量，對其進行垂直累積，得到風暴內(nèi)液態(tài)水的總估量，反映了風暴單體的綜合強度，對冰雹的潛勢具有較好的指示作用。通過分析冰雹個例過程可知，垂直累積液態(tài)水含量均在35 kg/m2以上，最強時可達到65 kg/m2，因此可將垂直累積液態(tài)水含量超過35 kg/m2作為錦州市冰雹預(yù)警指標之一。分析2014年6月18日天氣過程垂直累積液態(tài)含水量得出，18：00錦州市的垂直累計液態(tài)含水量最大，達45 kg/m2，在錦州市出現(xiàn)冰雹天氣。可見，垂直累積液態(tài)含水量可作為冰雹天氣的預(yù)警指標之一。2014年6月18日18：00垂直累計液態(tài)含水量見圖5。

3.4 徑向速度

通過分析冰雹個例的基本徑向速度可知，出現(xiàn)冰雹天氣時基本徑向速度資料上一般伴有風場的輻合，風場輻合主要以輻合線及逆風區(qū)為主。逆風區(qū)是指在低仰角沒有速度模糊的基本徑向速度圖中，凡在同一方向的速度區(qū)中出現(xiàn)另一種方向的速度區(qū)為逆風區(qū)，且逆風區(qū)不能穿越測站原點。輻合線、逆風區(qū)、徑向速度模糊都是冰雹回波的典型風場結(jié)構(gòu)，可作為錦州市冰雹預(yù)警指標之一。從2014年6月18日18：00雷達徑向速度圖（見圖6）可得出，風暴中心處存在一個氣旋式輻合，在錦州上空存在一條明顯的西風急流，表明存在輻散，這種低層輻合、高層輻散的特征及低層存在氣旋是冰雹形成的有利條件。

4 結(jié)論

①2003—2017年，錦州市冰雹日數(shù)呈總體減少的趨勢，錦州市冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均出現(xiàn)2.7個冰雹日。錦州市冰雹天氣總體呈現(xiàn)出南多北少的特征，局地性很強。

②結(jié)合多普勒雷達產(chǎn)品，歸納出冰雹天氣雷達預(yù)警指標，回波強度大于50 dBZ、回波頂高超過11 km以及垂直累積液態(tài)水含量超過35 kg/m2可以作為錦州市冰雹預(yù)警指標。

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