第七師墾區(qū)雹云特征及預(yù)警信息化措施的研究

（兵團(tuán)第七師氣象局，新疆 奎屯 833200）

第七師地處歐亞大陸腹地、西天山北麓中段，屬典型的干旱、半干旱氣候區(qū)域，平均海拔在400～500 m，具有典型的北溫帶大陸性氣候特征，且晝夜溫差大，該區(qū)域冰雹、大風(fēng)、霜凍、洪澇等氣象災(zāi)害頻發(fā)，其中，冰雹是主要的氣象災(zāi)害之一，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了較嚴(yán)重?fù)p失。

1 雹云路徑分布

冰雹是第七師主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，為了減少冰雹對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的影響，第七師在多年的人工防雹工作中總結(jié)出“三轉(zhuǎn)變”、“五統(tǒng)一”和“三道防線”，“兩不”、“三打”和“兩跟隨”的防雹措施。本文對(duì)1991—2014年24年間553次對(duì)流天氣過(guò)程資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，第七師墾區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣走向主要有3條路徑，即由西向東或由西北向東南、西南向東或東偏北方向移動(dòng)。

1.1 西北路徑（出現(xiàn)概率為38.9%）

自第七師一二六團(tuán)西或西北面 （托里山區(qū)）生成。該路徑雹云主要受西北氣流影響，自托里山區(qū)形成發(fā)展，主要特點(diǎn)：（1）受地形影響云體出山后加強(qiáng)迅速；（2）影響面積大；（3）生命期長(zhǎng)，主要影響一二六團(tuán)、一二七團(tuán)、一二八團(tuán)及下游各團(tuán)場(chǎng)。

1.2 正西路徑（出現(xiàn)概率為37.4%）

自第七師一二五團(tuán)西或（西偏北）面（甘家湖牧場(chǎng)）生成。該路徑雹云主要受低槽分裂短波影響，在當(dāng)?shù)鼐值厣砂l(fā)展，特點(diǎn)是：（1）多為中空發(fā)展；（2）云體發(fā)展迅速；（3）易二次加強(qiáng)發(fā)展當(dāng)?shù)厮畮?kù)；（4）生命期短，主要影響一二五團(tuán)、一二四團(tuán)下雙河及下游各團(tuán)場(chǎng)。

1.3 西南路徑（出現(xiàn)概率為23.6%）

自第七師一二四團(tuán)西、西南方向生成。該路徑雹云受西南氣流影響，主要特點(diǎn)：（1）北挺（西或西南向東北方向移動(dòng)）云體發(fā)展迅猛，常產(chǎn)生降雹；（2）影響范圍大；（3）生命期長(zhǎng)，主要影響一二四團(tuán)、一二五團(tuán)及下游各團(tuán)場(chǎng)。

2 強(qiáng)對(duì)流天氣分布及過(guò)雹面積統(tǒng)計(jì)分析

2.1 強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)概率

表1 第七師墾區(qū)1991—2014年各月對(duì)流天氣及降雹日次

1991—2014年，第七師墾區(qū)共出現(xiàn)對(duì)流天氣553次（見(jiàn)表1），平均每年39.5日次，降雹天氣共出現(xiàn)120日次，平均每年5日次；第七師墾區(qū)出現(xiàn)的對(duì)流及降雹天氣主要集中在5月、6月、7月和8月4個(gè)月中，其中6～8月出現(xiàn)對(duì)流天氣和降雹天氣最多；第七師墾區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣3～5年為1個(gè)周期；1991—2014年，降雹天氣次數(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢(shì) （圖略）。近年來(lái)，隨著全球氣溫變暖，極端天氣出現(xiàn)的次數(shù)越來(lái)越多，第七師墾區(qū)降雹天氣明顯增多，給第七師防雹減災(zāi)工作帶來(lái)新的困難和挑戰(zhàn)。

對(duì)第七師墾區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣降雹時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（包括冰粒和軟雹，將同一時(shí)間段不同地點(diǎn)發(fā)生的冰雹記為1次），降雹時(shí)間在15：00～17：00占15%，17：00 ～ 20：00 占 38%，20：00 ～ 22：00 占 23%，22：00～01：00占17%，經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出，第七師墾區(qū)降雹時(shí)間段主要集中在15：00～01：00，在此時(shí)間段內(nèi)需根據(jù)第七師防雹措施，加強(qiáng)對(duì)雹云的防范和催化作業(yè)準(zhǔn)備工作，提前進(jìn)行早期和大劑量催化作業(yè)。

2.2 冰雹過(guò)雹面積

第七師1991—2014年24年間過(guò)雹面積累計(jì)達(dá)15.25萬(wàn) hm2， 其中 1993年 7月 4日、1998年 7月29日、2001年 8月 11日、2005年 6月 26日、2011年6月22日和2012年6月17日的降雹天氣，給第七師農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。

3 XDR-X天氣雷達(dá)回波特征

3.1 PPI回波特征

根據(jù)第七師氣象局雷達(dá)站XDR-X天氣雷達(dá)2005—2014年的20日次強(qiáng)雹云天氣雷達(dá)回波特征，分析得出第七師墾區(qū)雹云回波結(jié)構(gòu)塊狀回波有：“鉤”狀（圖 1a）、“V”字形（圖 1b）、強(qiáng)單體和超級(jí)單體雹云回波（圖 1e、1f））；帶狀回波有：颮線（圖 1c）、“弓形”回波（圖1d）等，其中帶狀回波出現(xiàn)較多，共計(jì)出現(xiàn)12日次，占到60%，一般多為東北到西南走向，影響范圍大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。塊狀回波往往發(fā)展迅猛，15～20 min雹云強(qiáng)度可由30dbz躍增到50dbz以上。

3.2 RHI回波特征

圖1 XDR-X天氣雷達(dá)PPI回波特征

圖2XDR-X天氣雷達(dá)RHI回波特征

用XDR-X天氣雷達(dá)RHI回波分析20日次強(qiáng)對(duì)流雹云特征，主要?dú)w納為4種RHI回波特征（見(jiàn)圖2）：一是中空發(fā)展雹云回波（圖2a），回波初始位置多在4 km以上，由于回波偏弱，不容易被觀測(cè)員觀測(cè)到，但這種雹云單體往往發(fā)展迅猛，經(jīng)常在15～20 min內(nèi)發(fā)展成熟，多出現(xiàn)在第七師墾區(qū)一二五團(tuán)西面甘家湖牧場(chǎng)上空。圖2a資料選自2010年7月10日雹云天氣，該雹云單體生成于奎屯水庫(kù)上空，在初始階段被XDR-X天氣雷達(dá)探測(cè)識(shí)別，由于地面水汽充足，動(dòng)力條件良好，云體發(fā)展極為迅速，在短短20 min時(shí)間內(nèi)云體強(qiáng)度達(dá)到50 dbz，強(qiáng)中心高度達(dá)到8 km，云頂高12 km，第七師聯(lián)防指揮部辦公室按照第七師防雹措施對(duì)雹云實(shí)施早期和持續(xù)大劑量催化作業(yè)，作業(yè)后降暴雨夾冰粒和軟雹，無(wú)災(zāi)害發(fā)生，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。二是“穹隆”狀雹云回波（圖2b），可以看到明顯弱回波區(qū)，在發(fā)展加強(qiáng)的過(guò)程中雹云右前側(cè)發(fā)展加強(qiáng)，左后側(cè)伴有降水現(xiàn)象，是典型的雹云特征，此類雹云天氣經(jīng)常會(huì)造成較大農(nóng)牧業(yè)災(zāi)害。圖2b資料選自2011年6月28日雹云天氣，該雹云天氣14：00自一二四團(tuán)正西形成向東偏北方向移動(dòng)，雹云在移動(dòng)過(guò)程中不斷加強(qiáng)，第七師聯(lián)防指揮部辦公室指揮各相關(guān)防雹點(diǎn)利用高炮和流動(dòng)火箭對(duì)雹云實(shí)施了大劑量催化作業(yè)，作業(yè)后普降暴雨夾軟雹，作業(yè)效果良好。三是“紡錘狀”雹云回波（圖2c），在發(fā)展過(guò)程中，回波高度達(dá)到10 km以上，強(qiáng)中心高度可以伸展達(dá)到6～9 km，強(qiáng)度達(dá)50～70 dbz，強(qiáng)回波區(qū)位于回波中上位置，并且在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)中心高度、寬度有躍增現(xiàn)象，伴有沉悶的雷聲和閃電。圖2c資料選自2013年7月4日雹云天氣，該雹云單體自第七師墾區(qū)一二六團(tuán)西北方向生成，向東南方向移動(dòng)，具有典型超級(jí)單體雹云特征，雷達(dá)測(cè)得云體高度12 km，強(qiáng)中心高度8～10 km，強(qiáng)中心寬度5～8 km，強(qiáng)度50～60 dbz，第七師聯(lián)防指揮部辦公室指揮一二六團(tuán)火箭車和炮點(diǎn)采取超劑量作業(yè)，調(diào)集一二三團(tuán)、一二七團(tuán)火箭車進(jìn)行增援作業(yè)，對(duì)雹云實(shí)施了大劑量催化作業(yè)，作業(yè)后降暴雨夾冰雹，密度小，僅個(gè)別農(nóng)作物葉子破碎，防雹作業(yè)效果顯著。四是降水（雹）后回波（見(jiàn)圖2d），強(qiáng)中心明顯下塌，最強(qiáng)區(qū)域處于雹云回波底層，伴隨著降水逐漸開(kāi)始減弱消散。

4 強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警指標(biāo)

（1）強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)變化快，局地突發(fā)性強(qiáng)，在預(yù)警預(yù)報(bào)上有很大難度[1]。通過(guò)研究短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)前探空指標(biāo)和雷達(dá)探測(cè)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)出第七師墾區(qū)0°層平均高度5月份為2 895.5 m，6月份為3 559.7 m，7月份為3 883.4 m，8月份為3 755.5 m，9月份為2 536.0 m；K平均值（雷雹天氣）5月份≥24.1、6月份≥28.6、7月份≥28.1、8月份≥27.8、9月份≥25.0；SI平均值（雷雹天氣）5月份≤2.9、6月份≤0.9、7月份≤1.4、8月份≤1.1、9月份≤3.1。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，與第七師墾區(qū)發(fā)生雷暴天氣做對(duì)比，顯示K、SI指數(shù)值與強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生有較好的相關(guān)性，但是，單純依靠K、SI指數(shù)預(yù)警對(duì)流天氣有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)，如第七師墾區(qū)2013年7月19日16：50出現(xiàn)在一二三團(tuán)和一二七團(tuán)的降雹天氣，當(dāng)日08時(shí)K=13、SI=3.75，說(shuō)明對(duì)流天氣預(yù)警還不能完全依靠探空指標(biāo)，必須結(jié)合其它氣象資料進(jìn)行綜合分析和判斷。（2）Cape值是風(fēng)暴潛在強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，cape值越大，出現(xiàn)對(duì)流天氣概率越大。通過(guò)第七師2004—2014年102次強(qiáng)對(duì)流天氣實(shí)況統(tǒng)計(jì)分析，有21次cape值>100，55次cape值<100，24次cape值=0， 得出08時(shí)cape值大小對(duì)冰雹天氣指示意義不大。冰雹天氣發(fā)生前需要在較短時(shí)間集聚較大能量，墾區(qū)冰雹天氣基本上發(fā)生在 15：00～01：00之間，08時(shí)的 cape值距強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，使其預(yù)警的效果不明顯。目前把cape值做第七師強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的預(yù)警指標(biāo)還不成熟，有待進(jìn)一步分析和研究。（3）選取XDR-X雷達(dá)資料中的最大強(qiáng)度、強(qiáng)中心高度、強(qiáng)中心高度PPI在5min內(nèi)的躍增、Y模式指標(biāo)值>50dbz對(duì)雹云識(shí)別分析。發(fā)現(xiàn)當(dāng)回波高度達(dá)到8 500 m以上，回波強(qiáng)中心最大強(qiáng)度>50dbz，40dbz強(qiáng)度的云體高度達(dá)到7500m；PPI高度顯示，當(dāng)40dbz強(qiáng)度的云體水平寬度達(dá)到7km，云體結(jié)構(gòu)多呈現(xiàn)弓型、指狀、鉤狀或“V”型缺口的形狀時(shí)，云體發(fā)展迅速，此時(shí)云體高度增長(zhǎng)速率在1887.5m/s以上，這種情況可判斷為冰雹云。對(duì)第七師強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)探測(cè)回波進(jìn)行分析，一般回波高度＞8500m，40dbz高度＞7500m，40dbz水平寬度≥7km，高度增長(zhǎng)速率為1887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波強(qiáng)中心最大強(qiáng)度≥50 dbz，均滿足以上指標(biāo)。

5 小結(jié)

（1）第七師雷達(dá)探測(cè)出現(xiàn)的雹云在PPI回波特征主要以“鉤”狀、“V”字形、帶狀、“弓”形、強(qiáng)單體和超級(jí)單體回波為主；其次在RHI回波特征主要以中空發(fā)展雹云回波、穹窿狀雹云回波和紡錘狀雹云回波等為主。（2）雖然K和SI指數(shù)對(duì)第七師出現(xiàn)對(duì)流天氣預(yù)警有很好的相關(guān)性，但對(duì)流天氣預(yù)警不能完全依靠探空指標(biāo)，還要結(jié)合其它氣象資料綜合分析和判斷；08時(shí)cape值資料與午后出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣間隔時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)午后出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警不明顯。（3）第七師降雹天氣一般回波高度 ＞8 500 m，40 dbz高度 ＞7 500 m，40 dbz水平寬度 ≥7 km，高度增長(zhǎng)速率為1 887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波強(qiáng)中心最大強(qiáng)度≥50 dbz，可滿足以上指標(biāo)。（4）采取早期集中連續(xù)催化作業(yè)，充分利用流動(dòng)防雹火箭車的機(jī)動(dòng)性，做到化雹為雨的效果。