多普勒雷达产品在山区防雹中的应用

张小勇 王建华 刘庆 单兴亚 张亚东 郭卫青

摘要 根据建始其近5年多普勒天气雷达冰雹数据资料，总结出冰雹天气在建始发生的时间、空间分布规律以及雷达技术指标，为冰雹预报、预警及人影作业提供参考资料。研究结果表明：（1）建始冰雹多发生于春、夏两季，春季主要发生在3、4月，夏季主要发生在7中旬至8月上旬;（2）建始冰雹受地形影响比较明显，受巫山山脉和武夷山脉、清江及中、小条河流的共同影响，形成了几个大的明显的山谷、河谷，这些山谷、河谷在春、夏成了比较固定的冰雹路徑及落区;（3）春季冰雹和夏季冰雹其雷达特征有明显的不同;（4）通过对2013—2018年建始多普勒雷达冰雹天气产品资料以和实际冰雹情况资料分析，得出建始冰雹技术指标：当冰雹开始发展时，反射因子（R）≥40 dBz，组合反射率因子（CR）≥45 dBz，夏季降冰雹之前，6～15 min内垂直液态水含量VIL值将会有一个明显的“跃增”变化，一般增至30 kg/m2以上，春季降雹时（CR）≥45 dBz，夏季降雹时（CR）≥55 dBz;（5）利用雷达指挥人影作业时，当CR≥45 dBz，且45 dBz面积逐渐增大、增强时，应该向作业点发出预警。

关键词 雷达数据;冰雹预警;雷达特征

中图分类号：P482 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）07–0–03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.046

Application of Doppler Radar Products in Hail Suppression in Mountainous Areas

ZHANG Xiao-yong et al （Jianshi County Meteorological Bureau， Enshi， Hubei 445300）

Abstract According to Jianshi's Doppler weather radar hail data in the past five years， the time and spatial distribution rules of hail weather occurring at the beginning of the construction and the radar technical indicators are summarized to provide reference materials for hail forecast， early warning and shadow operations. The results of the study showed that： （1） Hail at the beginning of the construction period mostly occurred in spring and summer， spring mainly occurred in March and April， and the summer mainly occurred from mid-July to early August; （2） the hail at the beginning of the construction period was significantly affected by the terrain， The combined influence of the Wushan Mountains and the Wuyi Mountains， Qingjiang River and the middle and small rivers has formed several large and obvious valleys and river valleys. These valleys and river valleys become relatively fixed hail paths and falling areas in spring and summer; （3） ） The radar characteristics of spring hail and summer hail are obviously different; （4） Through the analysis of the Doppler radar hail weather product data from 2013 to 2018 and the actual hail situation data， the technical indicators of the beginning of the hail： when the hail starts During development， the reflection factor （R） is greater than or equal to 40 dBz， and the combined reflectance factor （CR） is greater than or equal to 45 dBz. Before hail falls in summer， the vertical liquid water content VIL value will have a significant "jump" change within 6 to 15 minutes. ， Generally increase to more than 30 kg/m2， hail in spring （CR） ≥ 45 dBz， hail in summer （CR） ≥ 55 dBz; （5） When using radar to command shadow operations， when CR ≥ 45 dBz， and the area of 45 dBz When gradually increasing or strengthening， an early warning should be given to the operating point.

Key words Radar data; Hail warning; Radar characteristics

建始地处鄂西南山区，冰雹灾害频发，是恩施州烟叶主要产区，常年种植面积6 666.67 hm2以上，为建始县农村经济收入的主要来源。冰雹灾害对烟叶生产影响巨大，做好人工消雹工作是保障烟叶生产的关键。而怎样运用雷达有效地指挥人影作业，从而减少冰雹灾害对农业经济的影响是研究的重点。在县级气象台站中用的最多、最直观就是雷达产品，山区冰雹活动与影响有其特殊规律，在对其进行雷达应用分析时，技术指标应有区别，但如何利用雷达技术特征对冰雹进行预报、预警是基层台站的一个难点[1]。

通过对发生在建始境内的冰雹灾害影响特征进行分析，总结出冰雹在建始境内爆发雷达技术特征，用于冰雹的预报、预警业务中，从而提高基层气象台冰雹天气业务服务能力。在关键时节，将雷达技术指标用于预报、预警、人影指挥中，有目的地展开针对性气象服务，提高防雹作业成功率，减少冰雹对农作物的影响，为当地经济发展提供保障。

1 时间特征

建始地处鄂西南山区，其独特地理位置，导致冰雹灾害频发。每年春季西南气流向西向东移动的过程中（图1），受山脉地势走向影响和地面冷空气共同作用下（图2），易在东北部喇叭口（三里乡、茅田乡、长梁镇交汇位置）形成冰雹、大风天气。统计近几年数据可知，每年春季都有10次以上冰雹天气在春季发生;夏季每当副高北抬、西伸时，其外围气流，由清江沿山体向上运动时，受山势影响，极易在建始东北部（龙坪乡、高坪镇附近）形成大风、冰雹天气（图3）。通过统计6年建始县各月发生冰雹次数和人影作业次数，可以得出冰雹发生主要时间是在每年的春季和夏季，其中春季主要发生在3月、4月，夏季主要发生在7月中旬至8月上旬（表1）。因此在这两个关键时节，结合本地雷达产品就可以较好的进行冰雹预警、预报服务，也可以较好地指挥人影作业。

2 地形特点

建始县是全国少有境内有两大山脉的县市，巫山山脉、武夷山脉及清江共同造就了建始县独一无二气候特征。以清江为界，将建始县分为南、北两个部分，清江以南属于武陵山脉，清江以北属于巫山山脉。巫山山脉从建始县北部与重庆市奉节、巫山两縣交界地带入境，绕伸东南，构成县境山脉主干，再分成数支，呈北东—南西走向伸展至清江北岸;武陵山脉由东南—西北走向，县境与恩施市、鹤峰县交界地带延展至清江以南。境内群山起伏、沟壑纵横、溶洞遍布，槽、坦、平坝星罗棋布，县境地貌形态大体呈“八山半水分半田”的特征，独特的地形、地貌，使其在不同季节形成了冰雹灾害相对稳定的落区。统计近几年人影作业和降雹次数可以看出冰雹发生的主要区域（表2、3），再利用GIS理信息，计算出各地冰雹风险系数，得出冰雹灾害发生的重点区域（图4）。

从图中看出，建始县发生冰雹的区域主要集中几个大的山谷和河谷之中，结合冰雹发生的季节特点可知：建始春季冰雹主要发生在西、北部，即长梁—茅田—三里交汇的形成的喇叭口处和红岩寺度浪沟附近的山口处;夏季冰雹主要集中在高坪、龙坪、茅田西北部，掌握了这些冰雹发生的区域，就可以做到有的放矢，针对关键区域展开重点服务。

3 冰雹雷达特征

通过对2013—2018年8次较为明显的冰雹案例的雷达特征（表4）进行统计分析，可以得出建始县冰雹的一些雷达特征。

3.1 冰雹云的基本反射率特征与回波顶高特征

通过对比表4的数据可知，在多普勒雷达上，春季冰雹主要以带状、块状和弓形回波为主，夏季冰雹主要以块状、钩状回波为主。春季冰雹云反射率特征是：开始时中心回波强度CR在40 dBz左右，回波顶高度在9～13 km，无明显形特征出现;夏季冰雹云特征是初始回波中心强度CR在45 dBz左右，云顶高度比春季冰雹略高。在日常业务中，当观察到CR值超过45 dBz，云顶高度达到9 km以上，且45 dBz面积范围在不断增大变强大时，值班员就可以发布冰雹预警，并通知炮点准备人影作业[2]。

3.2 雹云基本速度特征

统计8次降雹回波可以得出，春季冰雹初始中心回波≥40 dBz，夏季初始中心回波≥45 dBz的雹云径向速度全部大于等于10 m/s（图5），且春季冰雹云从发展到开始降雹的30 min内，冰雹径向速度均无明显增加;夏季冰雹径向速度变化较快。当速度增加到20m/s1左右，可以作为夏季冰雹出现的一个预报提前量。多普勒雷达的基本速度场出现辐合、逆风区、中气旋等特征时，对冰雹的预警时间有提前作用，可以作为大冰雹的预警指标。

3.3 冰雹云垂直液态含水量特征

垂直液态含水量产品是预判强对流、冰雹等灾害性天气的有效工具之一。通过分析可以发现，春季降雹VIL值较小，增幅也较小且液态含水量值较小VIL一般维持在35～45 kg/m2（图6a）;夏季冰雹中，在降雹之前30 min内，液态含水量大多有显著“跃增”变化，VIL值从15～25 kg/m2陡然上升到40 kg/m2以上（图6b），或是在降雹之前，VIL增加量达到30～40 kg/m2。初始液态含水量较小的情况下，跃增量越大冰雹持续时间越长。垂直积分液态含水量对冰雹特别敏感，是判断雹云的重要指标之一，可作为临近预报的一个重要依据。

3.4 中气旋产品（M）特征

通过数据分析可知，建始县山区冰雹天气多受外部天气系统影响，局地对流发展成冰雹天气相对较少，出现中气旋的次数十分罕见，一旦出现，发展成超级单体的可能性就非常大，因此可以作为超级单体风暴的特征，观测到中气旋，就可以发布强天气警报[3-5]。以2014年3月27日（图7）和2016年4月15日冰雹天气为例，在其雷达速度产品上出现了一个明显的中气旋，随后出现明显的超级单体风暴。因此，中气旋的出现对大风、冰雹的预警具有10 min左右的提前量，可以作为冰雹预警的一个重要指标。

3.5 冰雹指数（HI）产品特征

从收集到8个典型例子可以看出，每次降雹在组合反射图上都有冰雹指示，对冰雹预警有指导作用，且当冰雹图标越大，持续时间越长，出现冰雹的可能性就越大，因而，冰雹指数对预报冰雹有一定的指示意义，降雹时回波一般会出现连续多个体扫的实心三角形标志。在日常工作中，当冰雹指数连续多个体扫为实心时，出现冰雹的概率较大，配合其他产品就可以很好的预报冰雹天气。

3.6 雹云的基本反射率垂直剖面特征

利用探空资料统计8次冰雹天气发现，其0℃层高度基本在4 km左右，-20℃层高度7 km以上，当高悬强回波在45 dBz以上，且回波延伸至7 km以上，可以作为预报冰雹出现的一个必要条件。

3.7 雷达指挥人影作业

结合建始冰雹出现的特点，春季冰雹出之前往往有3～5 d的连续高温，使地面温度上升，加之南支槽和北方的冷空气共同影响下，易在傍晚出现冰雹天气;夏季冰雹多出现在副高北抬、西伸时，外围气流自动向西，在雷达雷上可以看到明显的自东向西运动的云块，结合上游天气，可以提前几个小时通知炮点做好准备[6]。通过近5年作业成功的经验，可知最佳作业时段是45～55 dBz;当雷达回波强度<45 dBz时，对流不明显;当雷达回波>55 dBz时，由于山区地形原因，即使作业了也有冰雹掉下。

4 结语

（1）冰雹在建始主要发生在春季和夏季，其中主要月份是3月、4月、7中旬、8月上旬;发生的主要地点是龙坪—高坪一带和红岩寺—三里—茅田一带的山谷中，结合雷达图，可以对这些重点区域展开有针对地服务。

（2）在日常工作中，当观察到CR值超过45 dBz，云顶高度达到9 km以上，且45 dBz面积范围在不断增大变强，VIL值跃增至40～45 kg/m2，冰雹指数实心三角持续3个体扫以上，就预示有冰雹出现，可以向全县10个防雹作业点发出人工消雹作业的指令。

（3）在建始人防雹作业的最佳时段是雷达图在45～55 dBz;结合天气背景，可以有效地指挥炮点展开人影作业。

参考文献

[1] 付双喜，安林，康凤琴，等.VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析[J].高原气象，2004（6）：810–814.

[2] 宋晓辉，柴东红，蔡守新，等.冰雹天气过程的综合分析[J].气象科技，2007（3）：330–334，454.

[3] 符琳，李维京，张培群，等.近50年我国冰雹年代际变化及北方冰雹趋势的成因分析[J].气象，2011，37（6）：669–676.

[4] 闵晶晶，曹晓钟，段宇辉，等.近30年京津冀地区冰雹的气候特征和突变分析[J].气象，2012，38（2）：189–196.

[5] 杨淑华，梁进秋，张玉芳，等.冰雹天气的多普勒雷达特征统计分析[J].自然灾害学报，2014，23（3）：101–106.

[6] 王存亮，魏勇，郭金強.石河子一次强冰雹天气的多普勒天气雷达特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2011，5（5）：43–46.

责任编辑：黄艳飞