第七师垦区雹云特征及预警信息化措施的研究

（兵团第七师气象局，新疆 奎屯 833200）

第七师地处欧亚大陆腹地、西天山北麓中段，属典型的干旱、半干旱气候区域，平均海拔在400～500 m，具有典型的北温带大陆性气候特征，且昼夜温差大，该区域冰雹、大风、霜冻、洪涝等气象灾害频发，其中，冰雹是主要的气象灾害之一，给当地农业生产造成了较严重损失。

1 雹云路径分布

冰雹是第七师主要气象灾害之一，为了减少冰雹对农牧业生产的影响，第七师在多年的人工防雹工作中总结出“三转变”、“五统一”和“三道防线”，“两不”、“三打”和“两跟随”的防雹措施。本文对1991—2014年24年间553次对流天气过程资料进行了统计分析，第七师垦区强对流天气走向主要有3条路径，即由西向东或由西北向东南、西南向东或东偏北方向移动。

1.1 西北路径（出现概率为38.9%）

自第七师一二六团西或西北面 （托里山区）生成。该路径雹云主要受西北气流影响，自托里山区形成发展，主要特点：（1）受地形影响云体出山后加强迅速；（2）影响面积大；（3）生命期长，主要影响一二六团、一二七团、一二八团及下游各团场。

1.2 正西路径（出现概率为37.4%）

自第七师一二五团西或（西偏北）面（甘家湖牧场）生成。该路径雹云主要受低槽分裂短波影响，在当地局地生成发展，特点是：（1）多为中空发展；（2）云体发展迅速；（3）易二次加强发展当地水库；（4）生命期短，主要影响一二五团、一二四团下双河及下游各团场。

1.3 西南路径（出现概率为23.6%）

自第七师一二四团西、西南方向生成。该路径雹云受西南气流影响，主要特点：（1）北挺（西或西南向东北方向移动）云体发展迅猛，常产生降雹；（2）影响范围大；（3）生命期长，主要影响一二四团、一二五团及下游各团场。

2 强对流天气分布及过雹面积统计分析

2.1 强对流天气出现概率

表1 第七师垦区1991—2014年各月对流天气及降雹日次

1991—2014年，第七师垦区共出现对流天气553次（见表1），平均每年39.5日次，降雹天气共出现120日次，平均每年5日次；第七师垦区出现的对流及降雹天气主要集中在5月、6月、7月和8月4个月中，其中6～8月出现对流天气和降雹天气最多；第七师垦区强对流天气3～5年为1个周期；1991—2014年，降雹天气次数呈现递增趋势 （图略）。近年来，随着全球气温变暖，极端天气出现的次数越来越多，第七师垦区降雹天气明显增多，给第七师防雹减灾工作带来新的困难和挑战。

对第七师垦区强对流天气降雹时间段进行统计（包括冰粒和软雹，将同一时间段不同地点发生的冰雹记为1次），降雹时间在15：00～17：00占15%，17：00 ～ 20：00 占 38%，20：00 ～ 22：00 占 23%，22：00～01：00占17%，经数据分析得出，第七师垦区降雹时间段主要集中在15：00～01：00，在此时间段内需根据第七师防雹措施，加强对雹云的防范和催化作业准备工作，提前进行早期和大剂量催化作业。

2.2 冰雹过雹面积

第七师1991—2014年24年间过雹面积累计达15.25万 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日的降雹天气，给第七师农牧业生产造成了重大经济损失。

3 XDR-X天气雷达回波特征

3.1 PPI回波特征

根据第七师气象局雷达站XDR-X天气雷达2005—2014年的20日次强雹云天气雷达回波特征，分析得出第七师垦区雹云回波结构块状回波有：“钩”状（图 1a）、“V”字形（图 1b）、强单体和超级单体雹云回波（图 1e、1f））；带状回波有：飑线（图 1c）、“弓形”回波（图1d）等，其中带状回波出现较多，共计出现12日次，占到60%，一般多为东北到西南走向，影响范围大，持续时间较长。块状回波往往发展迅猛，15～20 min雹云强度可由30dbz跃增到50dbz以上。

3.2 RHI回波特征

图1 XDR-X天气雷达PPI回波特征

图2XDR-X天气雷达RHI回波特征

用XDR-X天气雷达RHI回波分析20日次强对流雹云特征，主要归纳为4种RHI回波特征（见图2）：一是中空发展雹云回波（图2a），回波初始位置多在4 km以上，由于回波偏弱，不容易被观测员观测到，但这种雹云单体往往发展迅猛，经常在15～20 min内发展成熟，多出现在第七师垦区一二五团西面甘家湖牧场上空。图2a资料选自2010年7月10日雹云天气，该雹云单体生成于奎屯水库上空，在初始阶段被XDR-X天气雷达探测识别，由于地面水汽充足，动力条件良好，云体发展极为迅速，在短短20 min时间内云体强度达到50 dbz，强中心高度达到8 km，云顶高12 km，第七师联防指挥部办公室按照第七师防雹措施对雹云实施早期和持续大剂量催化作业，作业后降暴雨夹冰粒和软雹，无灾害发生，取得明显经济效益。二是“穹隆”状雹云回波（图2b），可以看到明显弱回波区，在发展加强的过程中雹云右前侧发展加强，左后侧伴有降水现象，是典型的雹云特征，此类雹云天气经常会造成较大农牧业灾害。图2b资料选自2011年6月28日雹云天气，该雹云天气14：00自一二四团正西形成向东偏北方向移动，雹云在移动过程中不断加强，第七师联防指挥部办公室指挥各相关防雹点利用高炮和流动火箭对雹云实施了大剂量催化作业，作业后普降暴雨夹软雹，作业效果良好。三是“纺锤状”雹云回波（图2c），在发展过程中，回波高度达到10 km以上，强中心高度可以伸展达到6～9 km，强度达50～70 dbz，强回波区位于回波中上位置，并且在短时间内强中心高度、宽度有跃增现象，伴有沉闷的雷声和闪电。图2c资料选自2013年7月4日雹云天气，该雹云单体自第七师垦区一二六团西北方向生成，向东南方向移动，具有典型超级单体雹云特征，雷达测得云体高度12 km，强中心高度8～10 km，强中心宽度5～8 km，强度50～60 dbz，第七师联防指挥部办公室指挥一二六团火箭车和炮点采取超剂量作业，调集一二三团、一二七团火箭车进行增援作业，对雹云实施了大剂量催化作业，作业后降暴雨夹冰雹，密度小，仅个别农作物叶子破碎，防雹作业效果显著。四是降水（雹）后回波（见图2d），强中心明显下塌，最强区域处于雹云回波底层，伴随着降水逐渐开始减弱消散。

4 强对流天气预警指标

（1）强对流天气系统变化快，局地突发性强，在预警预报上有很大难度[1]。通过研究短时强对流天气出现前探空指标和雷达探测指标，统计出第七师垦区0°层平均高度5月份为2 895.5 m，6月份为3 559.7 m，7月份为3 883.4 m，8月份为3 755.5 m，9月份为2 536.0 m；K平均值（雷雹天气）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（雷雹天气）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。根据统计结果，与第七师垦区发生雷暴天气做对比，显示K、SI指数值与强对流天气发生有较好的相关性，但是，单纯依靠K、SI指数预警对流天气有时也会出现漏报，如第七师垦区2013年7月19日16：50出现在一二三团和一二七团的降雹天气，当日08时K=13、SI=3.75，说明对流天气预警还不能完全依靠探空指标，必须结合其它气象资料进行综合分析和判断。（2）Cape值是风暴潜在强度的一个重要指标，cape值越大，出现对流天气概率越大。通过第七师2004—2014年102次强对流天气实况统计分析，有21次cape值>100，55次cape值<100，24次cape值=0， 得出08时cape值大小对冰雹天气指示意义不大。冰雹天气发生前需要在较短时间集聚较大能量，垦区冰雹天气基本上发生在 15：00～01：00之间，08时的 cape值距强对流天气发生时的间隔时间较长，使其预警的效果不明显。目前把cape值做第七师强对流天气产生的预警指标还不成熟，有待进一步分析和研究。（3）选取XDR-X雷达资料中的最大强度、强中心高度、强中心高度PPI在5min内的跃增、Y模式指标值>50dbz对雹云识别分析。发现当回波高度达到8 500 m以上，回波强中心最大强度>50dbz，40dbz强度的云体高度达到7500m；PPI高度显示，当40dbz强度的云体水平宽度达到7km，云体结构多呈现弓型、指状、钩状或“V”型缺口的形状时，云体发展迅速，此时云体高度增长速率在1887.5m/s以上，这种情况可判断为冰雹云。对第七师强对流天气雷达探测回波进行分析，一般回波高度＞8500m，40dbz高度＞7500m，40dbz水平宽度≥7km，高度增长速率为1887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波强中心最大强度≥50 dbz，均满足以上指标。

5 小结

（1）第七师雷达探测出现的雹云在PPI回波特征主要以“钩”状、“V”字形、带状、“弓”形、强单体和超级单体回波为主；其次在RHI回波特征主要以中空发展雹云回波、穹窿状雹云回波和纺锤状雹云回波等为主。（2）虽然K和SI指数对第七师出现对流天气预警有很好的相关性，但对流天气预警不能完全依靠探空指标，还要结合其它气象资料综合分析和判断；08时cape值资料与午后出现强对流天气间隔时间较长，对午后出现的强对流天气预警不明显。（3）第七师降雹天气一般回波高度 ＞8 500 m，40 dbz高度 ＞7 500 m，40 dbz水平宽度 ≥7 km，高度增长速率为1 887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波强中心最大强度≥50 dbz，可满足以上指标。（4）采取早期集中连续催化作业，充分利用流动防雹火箭车的机动性，做到化雹为雨的效果。