汉中市近40年冰雹分布特征研究

2015-04-22胡江波刘元珺何豫秦杨睿敏

绿色科技 2015年4期

胡江波，刘元珺，何豫秦，杨睿敏

（汉中市气象局，陕西汉中723000）

1 引言

冰雹是一种常见的自然灾害，它是强对流天气的产物，具有明显的局地性、分散性及突发性，往往来势凶猛、强度大，给工农业生产、交通运输、通讯、电力等设施以及人民群众的日常生活和生命财产造成严重危害和经济损失［1］。

汉中市位于陕西省西南部，地处秦巴山区西段，北依秦岭，南屏巴山，中部为汉中盆地，全市辖11个县（区），气候为亚热带山地季风气候，年平均气温11.5～14.6℃，年降水量780～1280mm，年日照时数为1269.7～1739.1h。由于受天气系统及地形、地貌的共同影响，汉中市多冰雹天气发生，尤其是山区冰雹气象灾害频繁发生，对汉中市的工、农业生产造成了严重的损失。本文利用汉中市11个县（区）气象观测站1971～2010年40年的冰雹实况观测资料，分析汉中市冰雹的空间分布、月际和年际变化特征，总结研究汉中市冰雹的天气分型，以期更好地为汉中市开展防雹减灾工作及冰雹天气的潜势预报提供科学依据。

2 资料与方法

冰雹观测资料来源于汉中市11个县（区）气象观测站1971～2010年40年的冰雹实况观测资料，分析汉中市冰雹的时空分布特征。选取1994～2010年汉中市出现的34个典型冰雹个例，利用出现冰雹当日08：00时高空观测资料，进行汉中市冰雹天气分型研究。

3 冰雹时空分布特征

3.1 冰雹的空间分布特征

汉中市降雹的空间分布与海拔高度、地形及下垫面性质密切相关，总的分布特征是高山、丘陵地区年降雹日数多于平川地区（图1）。根据1971～2010年近40年汉中市的冰雹统计资料，汉中市冰雹高发区主要位于秦岭南麓的佛坪和留坝，年降雹日数佛坪最多，达29d，其次为留坝，为25d，次高发区位于汉中市南部巴山沿线的宁强及镇巴一带，年降雹日数镇巴为22d，宁强为16d，而平川地区年降雹日数相对较少，基本上在3～12d，冰雹灾害相对较轻。可能是由于山区地形复杂，下垫面受热不均匀，有利于局地热力对流的产生，在一定的天气系统背景下，较容易出现局地性的降雹。

图1 1971～2010年汉中市年降雹日数分布

表1为汉中市11个县（区）年平均降雹日数和海拔高度的对比情况，可以可出，降雹与地域海拔高度的关系非常大，年均降雹日数与海拔高度成明显的正相关（R＝0.7388＞r0.01（9）＝0.7348），用年均降雹日数与海拔高度建立一元线性回归方程：Y＝－0.1879＋0.0007H（R＝0.7388，F＝10.8181，P＝0.0094），通过显著性检验，达到极显著水平，表明海拔高度越高，对应区域的年降雹日越多，海拔高度每增加1000m，年平均降雹日数增加0.7d。

表1 汉中市年平均降雹日数与海拔高度

3.2 冰雹的日变化

冰雹是强对流天气，具有明显的日变化特征［2］。汉中市冰雹的日变化分为上午型（08～11时）、中午型（11～13时）、下午型（13～17时）、傍晚型（17～20时）及夜间型（20～08时）5种，但主要为下午型、傍晚型和夜间型3种。经过统计分析，下午型为本地主要降雹高频时段，占总降雹日数的45%，傍晚型降雹占总降雹日数的32.1%，夜间型降雹占17.6%。另外，上午型及中午型降雹频次较少，分别占总降雹日数的1.5%和3.8%。可见，汉中市降雹主要集中在下午13～17时，这种变化与午后气温高，热力对流增强，不稳定能量加大有直接关系［3］。

据相关研究，一次降雹过程的持续时间与冰雹的强度呈正比关系［4］。据统计，汉中市降雹平均持续时间为8min，最长持续时间为45min（宁强站1973年5月26日），最短持续时间不足1min，持续时间0～5min的降雹最多，占总数的53%，其次是5～10min降雹，占18.3%，＞20min的降雹最少，仅占5.2%。说明汉中市主要为小尺度冰雹天气过程，冰雹持续时间短、强度较弱。

3.3 降雹的月变化

由图2可知，汉中市冰雹月际变化呈单峰型，变化为比较标准的抛物线。3～10月都可能出现冰雹，11月到次年2月为无雹期。降雹时段主要发生在4～10月，集中在4～8月，占全年降雹总日数的90.6%，其中，5月份最多，占25.9%，其次是4月占18.7%。1981～2010年40年间最早降雹日出现在3月5日（镇巴），最晚出现在10月30日（留坝）。

图2 汉中市1971～2010年降雹日数月变化

3.4 降雹的年变化

经统计，汉中市各站在1971～2010年间共出现冰雹日139d，年平均3.5d，由图3可知，汉中市1981～2010年冰雹日总体呈减少趋势，气候倾向率为－0.806d/10a，未能通过显著性检验，1990年以后至2010年，汉中市年降雹日数呈现明显下降趋势，气候倾向率为－2.932d/10a，经检验达到极显著水平。尤其是进入21世纪的前10年，汉中市冰雹日数明显减少，除2001年（6d）、2002年（7d）外，年降雹日数均低于多年平均值。冰雹日最多的年份为1985年，共出现冰雹日12d，有8年未出现冰雹，且无雹年多为连续出现，分别为1998～1999、2005～2007年。1990年以后，汉中市年降雹日数的显著减少与西北地区年降雹日数减少变化趋势一致，这可能与自然气候变化及人工防雹工作有关［5］。

图3 汉中市1971～2010年降雹日数年际变化

4 冰雹的天气分型

冰雹天气过程都是在特定的环流背景和天气影响系统下产生的，考虑上干冷下暖湿的不稳定条件、促使不稳定能量释放的动力条件及水汽条件等冰雹发生的天气学条件，根据降雹当日08时500hPa高空形势，归纳出3种有利于汉中市产生冰雹的天气形势，分别为冷涡型、西北气流型、低槽型。

4.1 冷涡型

如图4所示，500hPa高空图上新疆高脊发展加强，东亚上空大气环流经向特征明显，在我国东北地区存在一个深厚的冷性低涡，汉中市处于冷涡西侧较强的西北气流中，风速可达8～14m/s，中高空干冷，低层有切变，从成都到汉中有偏南风发展，不断输送水汽和不稳定能量，850hPa和500hPa的温差达25～31℃。由此可见，冷涡型主要表现在冷涡天气形势下冷涡后部不断分裂的干冷空气与低层暖湿空气在汉中市上空交汇，这种中高层干冷，低层暖湿的配置，形成强的位势不稳定，十分有利于冰雹天气的产生。冷涡型是汉中市冰雹天气的最主要形势，主要出现在4～6月。

图4 冷涡型天气形势（实线为等高线，虚线为等温线）

4.2 西北气流型

如图5所示，本型属于西高东低型，也是汉中市多冰雹天气的又一种形势。影响系统是西北气流中的冷温度槽，且温度槽落后于高度槽，汉中市处于槽后一致的西北气流控制中，风速达10～16m/s，中高空有强的干冷空气侵入，低层有切变幅合或湿舌配合，这种上层干冷、下层暖湿的不稳定层结，往往午后到夜里易出现冰雹天气。因此，西北气流型主要表现为中层强烈的干冷空气侵入和强的垂直风切变，地面上常有弱冷锋存在。

图5 西北气流型天气形势（实线为等高线，虚线为等温线）

4.3 低槽型

如图6所示，500hPa高空图上，汉中市上游有高空槽东移，槽后冷平流较强，槽前存在正涡度平流造成的动力性上升运动，汉中以南的地方为西北气流控制，水汽通道不畅，汉中为干区控制，低层有切变辐合，850 hPa水汽条件较好，850hPa温度露点差小于6℃，基本形成了中上层干冷、下层暖湿的不稳定形势，动力抬升往往造成强烈的冰雹天气。因此，高空槽前正涡度平流的动力抬升作用和低层暖湿气流造成的上层干冷、下层暖湿的不稳定层结是形成该类冰雹天气的主要机制。