清遠(yuǎn)市冰雹天氣個(gè)例庫(kù)的研發(fā)及應(yīng)用

清遠(yuǎn)市氣象局 張靖彬，何迪，顧曉，姚斯里

冰雹天氣對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)會(huì)造成威脅，清遠(yuǎn)市位于廣東省的中北部、南嶺山脈南側(cè)與珠江三角洲的結(jié)合帶上，毗鄰廣州市，由于清遠(yuǎn)市季風(fēng)氣候顯著，進(jìn)退交替變化強(qiáng)烈，加上地形的復(fù)雜性，所以氣象災(zāi)害出現(xiàn)頻繁，冰雹是其中之一。清遠(yuǎn)地形對(duì)局地氣候的影響較明顯，特別是北部地形山區(qū)較多，在高山迎風(fēng)坡，當(dāng)?shù)孛婕訜釛l件滿足，垂直對(duì)流發(fā)展強(qiáng)烈時(shí)，當(dāng)?shù)氐姆e雨云就會(huì)發(fā)展成為冰雹云，造成冰雹災(zāi)害，由于冰雹形成和發(fā)展快，常常會(huì)給一些地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失，提高冰雹的預(yù)報(bào)預(yù)警能力，能有效減少冰雹天氣造成的危害。

實(shí)踐表明，對(duì)大量歷史上災(zāi)害性天氣個(gè)例的發(fā)生條件、結(jié)束原因等因素的統(tǒng)計(jì)分析有利于提高對(duì)其發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)。為了方便查詢、調(diào)取、總結(jié)，研發(fā)一個(gè)針對(duì)清遠(yuǎn)冰雹天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)，包含各類災(zāi)害性天氣高低空和地面天氣圖，有利于預(yù)報(bào)員分析各類災(zāi)害性天氣。同時(shí)，將冰雹天氣的天氣學(xué)成因輸入到該系統(tǒng)，便于存檔及新預(yù)報(bào)員學(xué)習(xí)。

一、資料與方法

收集清遠(yuǎn)近10年以來(lái)有冰雹災(zāi)情記錄報(bào)告為研究對(duì)象，主要根據(jù)冰雹災(zāi)情記錄，由當(dāng)?shù)貧庀笮畔T現(xiàn)場(chǎng)確定的冰雹記錄，建立清遠(yuǎn)冰雹天氣統(tǒng)計(jì)資料庫(kù)。在同一天內(nèi)記錄到多個(gè)地區(qū)或多個(gè)時(shí)段的冰雹時(shí)，記為一個(gè)冰雹日。

對(duì)記錄的冰雹個(gè)例進(jìn)行時(shí)間和空間的統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用探空、地面資料對(duì)出現(xiàn)的冰雹天氣進(jìn)行分型，利用MICAPS資料計(jì)算0℃及-20℃層高度、CAPE、K指數(shù)及SI指數(shù)等物理量進(jìn)行對(duì)比分析，運(yùn)用配料法分析出現(xiàn)冰雹天氣的關(guān)鍵因子，將數(shù)據(jù)融入清遠(yuǎn)冰雹天氣統(tǒng)計(jì)資料庫(kù)，庫(kù)中還包含災(zāi)害性天氣發(fā)生日的高低空和地面天氣圖及相應(yīng)的天氣學(xué)分析結(jié)果，采用Micaps資料繪圖，包括500hPa、700hPa、850hPa和地面天氣圖。

二、清遠(yuǎn)市冰雹天氣個(gè)例庫(kù)的研發(fā)

（一）系統(tǒng)概述

“清遠(yuǎn)市冰雹天氣個(gè)例庫(kù)”包含2012-2021年發(fā)生在清遠(yuǎn)的冰雹天氣數(shù)據(jù)，目前共記有21個(gè)個(gè)例，系統(tǒng)包括冰雹天氣個(gè)例發(fā)生的時(shí)間、天氣描述、天氣圖及天氣形勢(shì)分析內(nèi)容等。

（二）技術(shù)路線與原理

使用WEB開(kāi)發(fā)，提供程序供用戶訪問(wèn)使用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢及顯示。使用EXTJS2.0框架開(kāi)發(fā)WEB程序前端，ASP.NET開(kāi)發(fā)程序后臺(tái)。歷史個(gè)例數(shù)據(jù)采用EXCEL表格保存，作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)新的冰雹過(guò)程出現(xiàn)后，管理員可以直接在WEB服務(wù)器，按照個(gè)例整理的文件格式和圖片路徑，不斷添加新的冰雹個(gè)例，同時(shí)在EXCEL表格添加新的個(gè)例。通過(guò)此系統(tǒng)，可以查詢到2012年以來(lái)清遠(yuǎn)發(fā)生冰雹天氣的時(shí)間、天氣詳細(xì)情況描述、高空及地面天氣圖等詳細(xì)資料。

技術(shù)內(nèi)容：主要是應(yīng)用EXTJS2.0框架的各種類和對(duì)象，構(gòu)建美觀易操作的WEB頁(yè)面， 實(shí) 現(xiàn)RIA（Rich Internet Application ，富網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。包括有下拉框、文本框、表格、圖片框、按鈕等。同時(shí)利用AJAX技術(shù)進(jìn)行WEB程序前臺(tái)和后臺(tái)數(shù)據(jù)交互，將后臺(tái)業(yè)務(wù)運(yùn)行結(jié)果顯示在前臺(tái)WEB頁(yè)面當(dāng)中。

技術(shù)方法及路線：采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端為WEB程序，采用IE瀏覽器的兼容模式運(yùn)行平臺(tái)。B/S架構(gòu)維護(hù)比C/S容易，維護(hù)和升級(jí)系統(tǒng)只需對(duì)WEB后臺(tái)修改即可。同時(shí)操作系統(tǒng)自帶IE瀏覽器，客戶端不需要安裝其他額外的程序和插件。

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)：EXCEL表格保存，應(yīng)用ASP.NET調(diào)用ADO.NET和Microsoft.jet.oledb.4.0訪問(wèn)，使用SQL語(yǔ)音對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。

（三）清遠(yuǎn)市冰雹天氣個(gè)例庫(kù)系統(tǒng)

打開(kāi)WEB頁(yè)面，左邊為對(duì)個(gè)例的查詢，主要有3個(gè)查詢條件。在日期下拉框中自動(dòng)讀取后臺(tái)已經(jīng)收集的個(gè)例出現(xiàn)日期，即選擇按個(gè)例日期查詢。另外一個(gè)下拉框是選擇按個(gè)例月份查詢。最后一個(gè)是文本框，為關(guān)鍵字模糊查詢，即查詢實(shí)況天氣描述中出現(xiàn)了關(guān)鍵字的記錄。

查詢結(jié)果在頁(yè)面右面以表格形式顯示，內(nèi)容有個(gè)例的編號(hào)、出現(xiàn)日期、出現(xiàn)的月份、天氣描述，以及零度層高度、負(fù)20度層高度、CAPE值、K指數(shù)值、SI指數(shù)值等各種冰雹天氣出現(xiàn)時(shí)的重要指標(biāo)值。雙擊任一條查詢記錄彈出窗口顯示更詳細(xì)信息，主要是顯示該個(gè)例的相關(guān)天氣形勢(shì)圖，包括有改條記錄的實(shí)況描述，還有各層次天氣圖、TlogP圖、冰雹實(shí)況圖等。

新增個(gè)例目前主要依靠管理員手動(dòng)新增，因后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為EXCEL表格，圖片也是按一定格式和路徑存放在服務(wù)器，錄入新個(gè)例時(shí)比較方便，普通預(yù)報(bào)員即可快速完成。以后可在系統(tǒng)新增個(gè)例錄入功能。

三、清遠(yuǎn)市冰雹天氣個(gè)例庫(kù)的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)冰雹天氣的個(gè)例收集與總結(jié)分析，提高了預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)能力，積累了預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)系統(tǒng)的個(gè)例查詢，為預(yù)報(bào)員判斷冰雹天氣提供了科學(xué)的依據(jù)。

（一）清遠(yuǎn)冰雹時(shí)空分布特征

從近10年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，清遠(yuǎn)冰雹的時(shí)空分布主要有以下特征：①對(duì)近10年的冰雹進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，近十年頻數(shù)是趨于增多（圖1）。②從冰雹出現(xiàn)的月份來(lái)看，冰雹主要出現(xiàn)在初春到初夏，進(jìn)入夏天急劇減少，2月最早，最遲7月也有出現(xiàn)，但是數(shù)量少，主要集中在3月到4月（圖2）。③從冰雹出現(xiàn)的時(shí)段看，呈現(xiàn)雙峰期，頻數(shù)最多的時(shí)段是從午后開(kāi)始，集中在傍晚到前半夜的時(shí)間段，另一個(gè)時(shí)間是在早上（圖3）。④有較明顯的地區(qū)差異，主要出現(xiàn)在我市北部地區(qū)，而南部地區(qū)相對(duì)較少。

圖1 近10年冰雹頻次

圖2 冰雹出現(xiàn)月份的頻次

圖3 冰雹出現(xiàn)時(shí)段的頻次

（二）清遠(yuǎn)冰雹天氣形勢(shì)特征

在特定的天氣背景下，將產(chǎn)生有利于冰雹發(fā)展的環(huán)流形勢(shì)，李懷宇[1]等對(duì)2004年-2013年廣東冰雹天氣的形勢(shì)進(jìn)行了分析，總結(jié)出了廣東冰雹天氣的天氣形勢(shì)主要有3種典型的類型：鋒面低槽線型、暖區(qū)槽型、高架雷暴型，其他類型還有副高邊緣型、季風(fēng)槽、熱帶氣旋外圍。對(duì)近10年清遠(yuǎn)冰雹進(jìn)行分型，其中出現(xiàn)冰雹天氣最多的是鋒面低槽線型，其次是暖區(qū)槽型，最少是高架雷暴型。冰雹個(gè)例庫(kù)的建設(shè)也按照不同的天氣形勢(shì)進(jìn)行了分型，方便預(yù)報(bào)員快速分辨容易出現(xiàn)冰雹的天氣，下面選取了一些有影響的冰雹天氣進(jìn)行分析。

2016年4月17日，清遠(yuǎn)連南觀測(cè)站12點(diǎn)37分至12點(diǎn)45分錄得冰雹，最大直徑30毫米。本次過(guò)程屬于典型的鋒面低槽線型，500hpa上有高空槽過(guò)境，提供了動(dòng)力抬升條件（如圖4），700hpa南風(fēng)急流輸送能量與水汽，提供不穩(wěn)定條件（如圖5），850hpa有切變南壓，中層觸發(fā)對(duì)流（如圖6），200hpa處于急流軸南側(cè)，高層輻散有利于強(qiáng)天氣的發(fā)生。地面有冷空氣滲透激發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖4 清遠(yuǎn)市冰雹出現(xiàn)次數(shù)

通過(guò)對(duì)個(gè)例庫(kù)的冰雹過(guò)程進(jìn)行總結(jié)和分析，提高了單位預(yù)報(bào)員的能力，預(yù)報(bào)員在強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程時(shí)，可與個(gè)例庫(kù)中的天氣形勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析，找出兩者的相同與不同之處，為預(yù)報(bào)員判斷此次過(guò)程是否能出現(xiàn)冰雹提供了科學(xué)的依據(jù)。

（三）清遠(yuǎn)冰雹天氣物理量統(tǒng)計(jì)分析

在有利的環(huán)流形勢(shì)下，冰雹還需要有適宜的環(huán)境特征才能生長(zhǎng)，因此對(duì)冰雹天氣的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)配料法找出對(duì)判別冰雹天氣有意義的參數(shù)和特征。樊李苗[2]等根據(jù)2005-2009年資料分析得出全國(guó)冰雹天氣0℃層和-20℃層高度分別約為4300m和7000m；張琳娜[3]等分析了2000-2009年北京地區(qū)冰雹的環(huán)境參數(shù)特征，發(fā)現(xiàn)0℃層高度約為3000-4500m，-20℃層約為6000-7500m，并指出了一些具有意義的氣象指標(biāo)；張信華[4]等根據(jù)不同季節(jié)選取冰雹天氣物理量值和確定閾值。

本文選取0℃和-20℃層高度、CAPE、K指數(shù)、SI指數(shù)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1）。

表1 冰雹天氣個(gè)例環(huán)境參數(shù)

①冰雹天氣的0℃層高度介于之間3900-4800m，平均值為4365.5m，-20℃層高度介于之間，平均值為7300-8300m，平均值為7719m。②冰雹天氣的K指數(shù)介于之間7到42之間，跨度較大，但大部分都在30以上，平均值為33.4。③冰雹天氣的SI指數(shù)介于1--6之間，大部分為負(fù)值，平均值為-2℃。④冰雹天氣CAPE的分布范圍跨度也較大，大部分?jǐn)?shù)值超過(guò)1000，平均值為1171.6。

四、成果

清遠(yuǎn)市冰雹個(gè)例庫(kù)的建立可以提高清遠(yuǎn)市冰雹天氣的分析和預(yù)報(bào)能力，清遠(yuǎn)地處粵北山區(qū)，冰雹天氣多發(fā)，通過(guò)個(gè)例庫(kù)不斷擴(kuò)充與整理，可以為本地冰雹天氣的預(yù)報(bào)及服務(wù)工作提供有力的技術(shù)保障與支撐，減輕此類氣象災(zāi)害帶來(lái)的損失，助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。本成果通過(guò)后續(xù)研究，可以擴(kuò)充暴雨、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的個(gè)例收集，提供更完整的災(zāi)害性天氣背景分析，為本地區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)提供更科學(xué)的依據(jù)，有利于增加氣象服務(wù)收益，促進(jìn)氣象防災(zāi)減災(zāi)工作的開(kāi)展，應(yīng)用前景廣闊。