石河子垦区2018年致灾冰雹天气特征分析

2019-08-21新疆石河子气象局石河子市832000蒲云锦韩春光

石河子科技 2019年3期

（新疆石河子气象局，石河子市，832000) 蒲云锦韩春光

冰雹是石河子垦区春夏季最常见的一种强对流天气，给农业生产带来严重危害，造成巨大损失。但因其具有时空尺度小、突发性强的特点，所以冰雹的预报和预警是短时临近预报中的难点。近几年随着全国新一代天气雷达网的建设，国内在利用新一代天气雷达产品对冰雹等强对流天气监测和分析方面的研究已有不少成果。

石河子垦区位于天山北坡中部、准噶尔盆地南缘的沙漠边缘一带，属于干旱地区，春夏季由于下垫面增温显著，大气不稳定度加大，极易发生强对流天气，而强对流天气带来的冰雹是石河子垦区主要的气象灾害。近年来因冰雹袭击，石河子垦区有几十万亩农作物受灾，造成上千万元、甚至上亿万元的经济损失。

1 资料来源

选用2018 年石河子地区出现的4 次致灾冰雹天气过程的高空资料和C波段的多普勒雷达资料，对其在PPI上回波移动路径和灾情进行对比统计分析，用回波移动路径识别强冰雹云，依据对流云回波顶高与45dBz顶高的差值识别强冰雹云。

2 天气过程实况概述

5 月2 日17 时44 分到18 时之间莫索湾片区的149团、148团先后遭受冰雹袭击。冰雹对莫索湾地区的部分地段造成灾害，有些地块需要重播，有些地要补种，受灾面积为4 013.3 公顷，较严重受灾为2 000.0 公顷，主要受灾作物为棉花。5 月23 日晚20：07 分左右石河子下野地134 团出现强对流性天气，产生冰雹，降雹时间约10min 左右，冰雹直径普遍约1cm 左右，最大冰雹直径约3cm 左右。5 月23日晚20：30左右石河子下野地133团出现出现强对流性天气，产生冰雹，降雹时间约3min左右，冰雹直径普遍约1cm，最大冰雹直径约2cm。冰雹对下野地主要作物棉花造成了灾害，受灾较轻的为子叶或真叶叶片被击破，受灾较重的为生长点被打掉，造成棉花死亡。6 月28 日17:43～17:55 分左右石河子下野地136 团10 连出现冰雹，冰雹最大直径约1.5cm。18时45分到19时47分，莫索湾站降水量为10.5mm，期间伴随雷暴、飑、大风，19时02分到19时07分，148、149团出现冰雹，直径为2～3cm。冰雹袭击的主要农作物为棉花，部分棉花叶片被击破，部分棉花蕾被击掉。149团冰雹造成农作物受灾面积为1 333.3公顷，重灾面积为266.7公顷，重灾棉田约50%棉花主茎被砸断，部分蕾铃和叶片被打掉。8月16日夜间20时左右，我地对流云加强，出现雷暴天气，21时左右开始下阵雨，并产生冰雹，时间段约为21：17～21：34，17 日01：19～01：26，累计降雹25min左右，最大冰雹直径1.5cm左右。次此冰雹共造成下野地垦区121团、133团、134团总过雹面积：7 559.3公顷，成灾：813.3公顷。主要受害农作物为棉花，造成棉花部分叶片被击破，少数击落，成灾的棉花地60%叶片被击破，少部分击落，少数蕾、铃被击落。

3 天气背景概述

影响降冰雹的系统属于中小尺度系统，它空间尺度小，时间尺度短，演变迅速。而大的天气背景是中小尺度天气系统形成和发展的前提，石河子地区冰雹天气产生的环流形势主要为低（涡）槽型和西北气流型，且以西北气流型为主。

08 时500hPa 高空图上，5 月2 日贝湖以北为宽广的冷涡，此冷涡深厚，到200hPa仍存在；石河子位于冷涡底部分裂出的低槽槽前，中纬维持弱的两脊一槽型，乌拉尔山到里咸海和新疆东部为弱的脊区，巴尔喀什湖附近为两支槽区，两支槽区在巴湖有些汇合，新疆西北部有明显冷平流，石河子受槽前弱西南气流控制。5 月23 日新地岛至新疆以北为深厚的冷涡，石河子同样处于冷涡底部分裂出的低槽槽前，低槽也仍位于巴湖，呈弱的两脊一槽型，且有≥20m/s 的偏西风密集区。低层石河子以北为偏西风，以南为偏北风，在石河子地区形成较强的偏北风切变。

图1 2018年5月2日和5月23日08时500hPa形势场（单位：dgpm）

图2 2018年5月2日和5月23日08时500hPa形势场（单位：dgpm）

6 月28 日低涡位于新地岛和泰梅尔半岛之间，低涡底部分裂的低槽范围较广较深厚，从新西伯利亚到青藏高原都为低槽活动区，石河子处于两支槽区之间，属于比较明显的低槽活动区，有冷空气不断南下补充。8月16日呈两脊一槽型，西伯利亚到北疆沿天山一带有一深厚大槽，南疆为若得暖脊，石河子处于槽底脊上，冷暖空气在此汇合。

以上过程除受天气系统和引导气流制约外，还受石河子地区的地形影响，石河子属于北部沿天山一带的天山脚下。一般说来垂直于山脉的抬升作用较强，容易形成对流天气。

4 雷达回波分析

4.1 在PPI上，用回波移动路径识别强冰雹云

图3 2018年5月2日（图a）和5月23日（图b）雷达回波强度图

分析石河子4次典型强冰雹天气在多普勒C波段雷达上的回波移动路径特征（图3、图4）：图a）5月2 日在石河子北部的136 团和150 团附近有强回波带生成，回波顶高7～8km，强度48dBz，以10km/h的速度向东南方向移动，17:52～17:58回波合并增强并使得149 团和148 团先后降雹，此时回波顶高达9km，强度达57dBz，。图b）5 月23 日19:18 石河子132 团以西到135 团有多个对流单体生成，对流单体在东移过程中加强，在移动过程中，云顶高度达8km，45dBz 高度达5.2km，回波中心强度增强到57dBz，强回波位于133 团和134 团附近，后减弱东移。

表1 回波顶高与45d Bz强回波顶高差值统计

图4 2018年6月28日（图d）和8月16日（图d）雷达回波强度图

图c） 6 月28 日16:50 在石河子136 团和133团的西北方向分别两块状回波生成，云顶高度达10km，强度51dBz，以45km/h 的速度向东南方向移动。回波移动缓慢，云体高耸宽广，高达10km，45dBz 高度9km，回波中心强度67dBz，为典型的冰雹云回波，136团和莫索湾片区地面产生降雹，之后继续减弱向东南方向移出我区。图d）8 月16 日在石河子135 团附近有强对流回波生成，强回波区呈点状密集在块状回波区中，同时以30km/h的速度向东南方向移至121团，在移动过程中强度持续增强，21:28 回波强度高达65dBz，高度10km。21:56 继续向东南移动。

4.2 在RHI回波上，依据回波顶高度与45dBz顶高的差值识别强冰雹云

冰雹的生长主要源地是大量过冷却水滴组成的含水量累积区，在雷达回波上，对应的是强回波区，即冰雹生长的“雹源”，上升气流速度决定了水凝物在云中的滞留时间和部位及垂直运动的强度，而水凝物在雹云中形成雹胚，随上升气流最大速度的增大和最大速度出现的高度的增大而增大，当云内上升气流速度越大，最大速度出现的高度也增高，强回波中心高度（上升气流极值区）就越高，雹云发展越旺盛。利用RHI 上冰雹云回波顶高度与45dBz顶高的差值识别强冰雹云。

利用雷达回波资料（表1），经过统计、对比分析，得出回波顶高h 与45dBz 回波顶高h45dBz 不同差值范围与降雹强度的对应关系：当h-h45≤1.5 km 时，为强冰雹云并带来严重雹灾；当1.5km＜hh45≤2.5km时，中等雹云并有较重雹灾；当2.5km＜hh45≤3.5km时，为弱雹云，雹灾较轻。