通遼市冰雹天氣各物理量的性能分析

王雨琪 烏文奇

（通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

通遼市自然災(zāi)害繁多，干旱、洪澇，大風(fēng)、沙塵、冰雹、霜凍、低溫、龍卷等，給農(nóng)牧林業(yè)生產(chǎn)造成的損失是巨大的。冰雹天氣可造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收；毀壞草原牧草、造成牲畜傷、亡。通遼市為了抗擊和防御冰雹災(zāi)害，一是進(jìn)行人工防雹作業(yè)試驗(yàn)，取得了一定的成效；二是進(jìn)行冰雹的氣候分析工作，70 年代、80 年代就有此類論文發(fā)表，但由于資料、技術(shù)等原因，分析工作有待進(jìn)一步深入。

1 冰雹天氣各物理量的性能分析

1.1 主要物理量

強(qiáng)天氣威脅指數(shù)、沙氏指數(shù)、總指數(shù)、瑞士雷暴指數(shù)、KI 指數(shù)、深厚對(duì)流指數(shù)、對(duì)流有效位能、抑制有效位能、風(fēng)暴相對(duì)環(huán)境螺旋度、抬升指數(shù)。

1.2 0℃層高度和-20℃層高度

物理量沙氏指數(shù)SI、抬升指數(shù)LI、深厚對(duì)流指數(shù)DCI、KI指數(shù)、總指數(shù)TT、850 百帕與500 百帕的溫度差、SWEAT（強(qiáng)天氣威脅指數(shù)）、0℃層高度和-20℃層高度、瑞士雷暴指數(shù)SWISS 與通遼市冰雹天氣的發(fā)生具有密切的關(guān)聯(lián)性，而且物理意義明確，可作為冰雹天氣的預(yù)報(bào)因子。

1.2.1 SI：沙氏指數(shù)

SI=T500-TS，可以說(shuō)明這個(gè)層次中的條件性不穩(wěn)定情況。當(dāng)SI 大于0 時(shí)，大氣層結(jié)是穩(wěn)定的，反之亦然，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越強(qiáng)。

1.2.2 LI：抬升指數(shù)

LI=T500-TS，表示這個(gè)層次中的條件性不穩(wěn)定情況。當(dāng)LI 大于0 時(shí)，大氣層結(jié)是穩(wěn)定的；反之亦然，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大。

1.2.3 DCI：深厚對(duì)流指數(shù)

判別深厚對(duì)流潛勢(shì)區(qū)域。

DCI=（T850+Td850）-LI

在DCI 高值區(qū)，常有明顯的對(duì)流發(fā)生。

1.2.4 KI 指數(shù)

KI 指數(shù)能夠反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況，KI 指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。

1.2.5 TT：總指數(shù)

TT=T850+Td850-2T500

TT 越大，表示越不穩(wěn)定。

1.2.6 △T=T850-T500：850 百帕與500 百帕的溫度差

如果△T 值越大，即表明上冷下暖越明顯，越有利于對(duì)流的發(fā)展和形成。

1.2.7 SWEAT：強(qiáng)天氣威脅指數(shù)

SWEAT=12Td850+20（TT-49）+2f850+f500+125（S+0.2）

Td850為850hpa 露點(diǎn)溫度（℃），若Td850是負(fù)數(shù)，此項(xiàng)為0；TT=T850+Td850-2T500，為總指數(shù)，f850為850hpa風(fēng)速，f550為500hpa 風(fēng)速，S=sin(α500-α850),α500與α850分別代表500hpa 風(fēng)向與850hpa 風(fēng)向。SWEAT 是一個(gè)無(wú)量綱的單位。

表5 通遼市冰雹天氣的高空系統(tǒng)比例

1.2.8 0℃層高度和-20℃高度

積雨云在0℃層以下是水滴和過(guò)飽和水汽區(qū)，0℃層以上至-16℃層以下是過(guò)冷水和冰晶的混合體，再向上則以雪花、冰晶等固態(tài)云滴為主。冰雹在云體中增長(zhǎng)的情況同這些水分位相的垂直分布有關(guān)。0℃層的高度對(duì)冰雹的形成是有影響的。

根據(jù)觀測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，最有利于冰雹形成的0℃層海拔高度大約在3.0-4.5km或700-600hpa。大水滴在-20℃左右的溫度，5500-6900m（500-400hpa 附近）最容易形成冰雹。

表2 通遼市各地平均每年冰雹日數(shù)/d

不難看出，當(dāng)高層為冷平流時(shí)，-20℃層的高度要下降，低層為暖平流時(shí)，0℃層的高度要升高，這樣0℃層到-20℃層之間距離△H0--20℃值也可用來(lái)表示雹云的特征。

1.2.9 SWISS（瑞士雷暴指數(shù)）

SWISS 指數(shù)是用于確定是否有雷暴發(fā)生，它類似于美國(guó)氣象學(xué)家提出的強(qiáng)天氣威脅指數(shù)。SWISS=SI850+0.4Shr3-6+0.1(T-Td)600。其中SI850為傳統(tǒng)的沙氏指數(shù)的數(shù)值（單位取℃）；Shr3-6為3-6 公里垂直風(fēng)切變的值（單位取m·s-1·(3km)-1）；（T-Td）600是600百帕溫度露點(diǎn)差的數(shù)值（單位取℃），當(dāng)5.1≤SWISS≤7時(shí)預(yù)報(bào)有雷暴。[1]

2 對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析

2.1 通遼市各地冰雹數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)概況

通遼市冰雹最早出現(xiàn)時(shí)間為4 月1 日（1982 年甘旗卡），與甘旗卡較近的庫(kù)倫、保康為4 月6 日，舍伯吐為5 月7 日，其余各地在4 月中旬。最晚出現(xiàn)時(shí)間為10 月14 日（1966 年科爾沁和1978 年庫(kù)倫）。冰雹在一年中出現(xiàn)月份為單峰型，以6 月份為峰值，占總冰雹日的三分之一，該月冷、暖空氣活躍，多受對(duì)流天氣系統(tǒng)影響，易于產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)流云系而發(fā)生冰雹天氣。其余月份隨著與六月份的遠(yuǎn)離，冰雹天氣頻數(shù)逐漸減少（表1）。

表1 通遼市1960-2015 年各月冰雹頻數(shù)及比例

在地理分布上，北部的巴雅爾最多，平均每年2.1d，西南部的青龍山次之，平均每年1.5d，其余各地平均每年1d 左右。巴雅爾和青龍山為山區(qū)或近山區(qū)，可見地形在冰雹活動(dòng)中的作用是明顯的。

2.2 線性趨勢(shì)

圖1 為通遼市九站冰雹總?cè)諗?shù)演變圖。從圖1 可以看出，冰雹日數(shù)最多22d（1971 年），最少1d（2007年）相差21d。階段性十分明顯，在前29 年（1960-1988年）為數(shù)量偏多、年際間波動(dòng)較大時(shí)期，這一時(shí)期平均每年13.9d；在后27 年（1989-2015 年）則為數(shù)量偏少、波動(dòng)中減少時(shí)期，此時(shí)期平均每年7.0d，幾乎為前一時(shí)期的一半，減少趨勢(shì)是十分明顯的。

圖1 通遼市冰雹總?cè)諗?shù)演變圖

2.3 區(qū)域性

通遼市冰雹天氣在同一天中有單站發(fā)生和多站發(fā)生的情況。如果定義在同一天中有≥2 站（相鄰兩站）發(fā)生冰雹天氣為區(qū)域性冰雹天氣，只有1 站降雹為局地冰雹天氣，則各月區(qū)域性冰雹天氣所占比例見表3，從表3 可以看出，6 月份區(qū)域性冰雹比例最大，達(dá)42.5%，該月曾出現(xiàn)5 個(gè)站同一天降雹（1975 年6 月6日）；其次是5 月份為16.1%。[2]

表3 通遼市各月區(qū)域性冰雹天氣比例

2.4 日變化

一天中10 時(shí)以前出現(xiàn)冰雹的頻率很小，0-10 時(shí)的頻率和為2.4%，每個(gè)小時(shí)的頻率不足1%，10 時(shí)以后驟然增加，10-11 時(shí)和11-12 時(shí)頻率各為2.2%，此后繼續(xù)增加，15-16 時(shí)和16-17 時(shí)達(dá)到高峰，冰雹頻率分別為15.4%和15.3%，以后呈直線減少趨勢(shì)，至19-20時(shí)頻率只有4.0%，20-21 時(shí)為1.2%，21 時(shí)以后每個(gè)小時(shí)的頻率又不足1%。

2.5 持續(xù)時(shí)間

冰雹持續(xù)時(shí)間有很大差異，有的降雹時(shí)間不足1分鐘，有的可達(dá)3 小時(shí)以上，巴雅爾在1962 年6 月5 日和1982 年7 月21 日分別出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間183 分鐘和186 分鐘的冰雹，但持續(xù)時(shí)間在4 分鐘以內(nèi)的占52.9%，在8 分鐘以內(nèi)的累計(jì)為78.2%，在30 分鐘以上的只占2.4%（表4）。

表4 通遼市冰雹持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)頻率

2.6 高空系統(tǒng)

根據(jù)對(duì)20 年6-8 月冰雹天氣高空系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)（表5），低壓系統(tǒng)（包括蒙古低壓，貝湖低壓，西來(lái)低壓，東北冷渦、臺(tái)風(fēng)東北上等）占42.6%；低槽系統(tǒng)（包括西來(lái)低槽、西北低槽、北來(lái)低槽、橫槽底部等）占34.6%，切變線占5.6%，上述三類占82.8%，其它（包括高脊附近、西北氣流、西南氣流、偏西氣流等）占17.2%?？梢娫诜治龊皖A(yù)報(bào)服務(wù)時(shí)，把重點(diǎn)放在高空的低壓、低槽和切變線上，應(yīng)該是正確的。[3-4]

3 結(jié)論與討論

1.通遼市從4 月上旬至10 月中旬均可出現(xiàn)冰雹，集中于5-7 月，以6 月為最多，占總冰雹日的三分之一。地域上以山地或近山區(qū)偏多。年際變化大，減少趨勢(shì)顯著，從1980 年代中期起持續(xù)下降。

2.在同一天有≥2 站（相鄰兩站）降雹的區(qū)域性冰雹天氣，以六月份為最多，而且其比例更多，接近10%，這是由于區(qū)域性冰雹天氣與一定的天氣形勢(shì)相關(guān)聯(lián)。根據(jù)對(duì)2020 年6-8 月冰雹天氣的高空系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)表明，受低壓系統(tǒng)和低槽系統(tǒng)影響的分別占42.6%和34.6%，二者加起來(lái)達(dá)77.2%。因此，做好冰雹天氣預(yù)報(bào)，抓住此二類系統(tǒng)有重要的意義。