周福然 張翠艷 溫舟 婁芳蕾 王淼 徐玉秀

摘 要：本文通過對(duì)2003—2017年發(fā)生在遼寧省錦州市的41次冰雹天氣過程進(jìn)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(dá)預(yù)警指標(biāo)。結(jié)果表明：2003—2017年，錦州市冰雹日數(shù)呈總體減少的趨勢(shì);錦州冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均出現(xiàn)2.7個(gè)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(qiáng);冰雹天氣雷達(dá)預(yù)警指標(biāo)主要為回波強(qiáng)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(dá)預(yù)警指標(biāo)

中圖分類號(hào)：P426.64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)短、突發(fā)性強(qiáng)、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)，是較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，會(huì)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?dú)庀鬄?zāi)害之一，也是氣象預(yù)報(bào)的難點(diǎn)之一，提高冰雹的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和實(shí)效性，對(duì)提高本地農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者應(yīng)用多普勒雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)生冰雹天氣的中小尺度系統(tǒng)特征進(jìn)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(bào)指標(biāo)和概念模型。但是，由于冰雹的地域性很強(qiáng)，因此，各地預(yù)報(bào)冰雹的指標(biāo)也有所不同。本文對(duì)發(fā)生在遼寧省錦州市的41次冰雹天氣過程進(jìn)行分析，得出冰雹天氣分布規(guī)律，并結(jié)合多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，歸納出冰雹天氣雷達(dá)預(yù)警指標(biāo)，為冰雹天氣預(yù)警提供參考。

1 資料和雹日標(biāo)準(zhǔn)

1.1 資料

本文選取錦州、凌海、義縣、北鎮(zhèn)、黑山5個(gè)觀測(cè)站2003—2017年的常規(guī)觀測(cè)資料分析冰雹天氣分布特征。多普勒雷達(dá)資料為營(yíng)口雷達(dá)觀測(cè)產(chǎn)品資料。

1.2 雹日標(biāo)準(zhǔn)

某日中有大于等于1個(gè)測(cè)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(shì)，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(gè)冰雹日。

2.2 冰雹日數(shù)的空間分布

錦州市各測(cè)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(cè)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(gè)測(cè)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(gè)站出現(xiàn)冰雹，則定義為一次局地性冰雹過程。通過統(tǒng)計(jì)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(dá)預(yù)警指標(biāo)

通過對(duì)錦州市冰雹過程發(fā)生時(shí)段的雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行篩選，本文選出4種雷達(dá)參數(shù)，即回波強(qiáng)度、回波頂高、垂直累積液態(tài)含水量、徑向速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出冰雹災(zāi)害發(fā)生時(shí)段雷達(dá)預(yù)警指標(biāo)。

3.1 回波強(qiáng)度

雷達(dá)發(fā)射電磁波進(jìn)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(lái)，雷達(dá)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(dá)回波強(qiáng)度越大，在雷達(dá)回波強(qiáng)度圖上就會(huì)變現(xiàn)為大值區(qū)。通過分析錦州市冰雹個(gè)例發(fā)現(xiàn)，最大回波強(qiáng)度均超過45 dBZ，平均達(dá)到55 dBZ，最強(qiáng)可達(dá)70 dBZ，將回波強(qiáng)度大于50 dBZ作為短臨預(yù)警指標(biāo)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(gè)對(duì)流單體，并在高空西風(fēng)的引導(dǎo)下向東移動(dòng)，回波單體移入錦州后快速發(fā)展，回波強(qiáng)度增大至60 dBZ，并在18：00前后達(dá)到最強(qiáng)，開始出現(xiàn)冰雹。2014年6月18日18：00雷達(dá)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(duì)流天氣強(qiáng)弱程度的重要標(biāo)志，反映了云內(nèi)垂直上升氣流的強(qiáng)度，可衡量風(fēng)暴發(fā)展強(qiáng)弱程度?；夭敻叩母叨仍礁撸苾?nèi)上升氣流越強(qiáng)，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(gè)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(biāo)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(dá)14 km，在錦州市出現(xiàn)冰雹天氣?？梢?，回波頂高可作為冰雹天氣的預(yù)警指標(biāo)之一。2014年6月18日18：00雷達(dá)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(fēng)暴的二維分量，對(duì)其進(jìn)行垂直累積，得到風(fēng)暴內(nèi)液態(tài)水的總估量，反映了風(fēng)暴單體的綜合強(qiáng)度，對(duì)冰雹的潛勢(shì)具有較好的指示作用。通過分析冰雹個(gè)例過程可知，垂直累積液態(tài)水含量均在35 kg/m2以上，最強(qiáng)時(shí)可達(dá)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(biāo)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(jì)液態(tài)含水量最大，達(dá)45 kg/m2，在錦州市出現(xiàn)冰雹天氣?？梢姡怪崩鄯e液態(tài)含水量可作為冰雹天氣的預(yù)警指標(biāo)之一。2014年6月18日18：00垂直累計(jì)液態(tài)含水量見圖5。

3.4 徑向速度

通過分析冰雹個(gè)例的基本徑向速度可知，出現(xiàn)冰雹天氣時(shí)基本徑向速度資料上一般伴有風(fēng)場(chǎng)的輻合，風(fēng)場(chǎng)輻合主要以輻合線及逆風(fēng)區(qū)為主。逆風(fēng)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(fēng)區(qū)，且逆風(fēng)區(qū)不能穿越測(cè)站原點(diǎn)。輻合線、逆風(fēng)區(qū)、徑向速度模糊都是冰雹回波的典型風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，可作為錦州市冰雹預(yù)警指標(biāo)之一。從2014年6月18日18：00雷達(dá)徑向速度圖（見圖6）可得出，風(fēng)暴中心處存在一個(gè)氣旋式輻合，在錦州上空存在一條明顯的西風(fēng)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(shì)，錦州市冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均出現(xiàn)2.7個(gè)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(qiáng)。

②結(jié)合多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，歸納出冰雹天氣雷達(dá)預(yù)警指標(biāo)，回波強(qiáng)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(biāo)。

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