贵州地区冰雹雷达回波特征及预报应用探讨

2020-11-29

科技与创新 2020年11期

（民航贵州空管分局气象台，贵州贵阳 550012）

冰雹是一种极端天气，形成于积雨云中。贵州处于中低纬度地带，由于受地理地形环境因素影响，境内常发生冰雹现象，来势较为猛烈，大量损害了地区农作物，给地区人民的经济财产、人身安全造成了一定程度影响。天气雷达为有效检测雷达天气、研究及其预报提供了强有力的支撑。

1 根据降冰雹的时空分布安排探测时次

由贵州冰雹天气的分布情况得出，每年春季，即3—5月之间，出现冰雹天气的时间至少为5 d 以上，出现冰雹天气的天数内，每天大部分时间都在下冰雹，每小时内降雹站次达到15 个以上，16：00—21：00 这个时间段，高达25个以上。因此，每年3—5 月之间，有关部门应安排雷达来监测冰雹天气，以便提前采取防范措施。

2 雷达的加密观测

通过有关数据，并结合有关降雹案例，分析了贵州境内天气系统、探空资料及有关物理量，总结出以下情况雷达应该进行加密观测。

2.1 降雹天气系统

当出现以下天气系统时，应当结合有关资料进行雷达加密监测：高原槽、涡切变线、北方大槽、南支槽；涡切变、切变线及北方高压、高压后部偏南气流；当地面出现冷峰、静止峰、高压后部偏向南气流。

2.2 贵阳探空资料

800 hPa 位势高度为145 位势什米左右；450 MPa 位势高度为540 位势什米左右；800 hPa 位势高度上的比湿3—5月分别大于5.9 g/kg、8.9 g/kg、11.5 g/kg；550 hPa 的温度为0 ℃；650～350 MPa 之间的温度大于25 ℃。当贵阳探空资料符合上述情况时，应当进行雷达加密监测。

2.3 最小的稳定指数值、静力总温度

宜宾、武汉、昆明、重庆、南宁、贵阳、毕节、成都等7 个站的潜在稳定指数的平均值在3—5 月间的数值分别接近于12.3、6.2、3.2，且在这几个站中，最小的稳定指数值分别在1.2、-2.1、-2.4 数值附近，贵阳的潜在稳定指数分别为16.1、2.5、3.1。

450 MPa 和800 MPa 等压面上的相当位温在3—5 月间的数值分别在-5.6、-6.5、-10.2 数值附近，在贵州14：00 的区域天气分布图上，3—5 月间的静力总温度分别为55 ℃、67.5 ℃、79.5 ℃。当出现以上两种物理量数据时，应当进行雷达加密监测。

2.4 卫星云图资料

当出现以下情况时，应当进行雷达加密监测，并且应当注意冷峰末端及降水云上的V 形缺口部位：如果发现云图在北纬22°～32°以及东经90°～120°出现流云团；或者在东经120°处，低涡向东移动，低槽涡后存在冷流南下的趋势时，应当进行雷达加密监测。

3 根据回波参数追踪观测

当雷达监测到的回波参数值高于观测资料总结出的降雹天气回波参数平均水平时，即监测到3—5 月间的回波强度数值分别大于40.2 dBz、45 dBz、46 dBz；或者强波顶高超过9.2 km、11.2 km、13.8 km，且在经过衰减后，衰减值下降20 分贝后，顶高下降分别小于1.8 km、2.2 km、3.1 km；或回波移动速度大于35 km/h 时，都应当采用雷达加密监测。

4 回波形态特征的监测，对流回波的合并

4.1 降雹回波的形态特征

通过PPI 可看出，贵州降雹回波形态主要有块状、呈块带状、带状三种基本形态。一般来说，块状的回波强度差距较大，带状的宽度介于12～55 km 间，从CRT 上可看见一个或者多个强中心。呈块带状和带状的回波通常由强度不同的回波快以及单体的回波组成，带状长度为80～220 km，带状宽度为30～70 km，从雷达气象上的分类来看，带状波可以分为向南移动形状以及向东移动形状。南移动型回波按照排列方式的不同，可以分为东西排列以及西北东南向排列，带状常伴随传播方式前进，降雹基本上都基于主体回波，地面降雹呈间歇形式。

有时候单体回波会向东北方向移动，在进行雷达加密监测时，应当使用规定的移动来表示回波的移动方向，还应当注意回波的变化情况。向东移动的回波通常呈南北形势或者在西南东北方向进行排列，降雹发生时往往存在于较大且稳定的单体波上，随着降雹进行到一定程度时，降雹强度会逐渐减弱，由于紧接着系统进行传播，致使降雹又发生在下一个单体波上，这样循环依次传播下去，在进行降雹雷达监测时，应当注意成熟而强大的单体传播情况。

对于发生在冷气团下的降雹，一般呈现此起彼落的生消状态，分布情况较为混乱，当存在热力条件时，降雹的移动方向受中下层环境风向的影响，降雹最强强度多发生于回波群中，并发生于幅度较大的回波单体上。贵州境内监测到的降雹回波形状甚至还有人字形状、钩形状、弧形缺口状等形态。从RHI 上来看，贵州境内监测到的降雹形状呈柱状、纺锤状，在一些比较强的雹云之间，还能观察到比较典型的回波墙、假象的回波以及无回波等形态。

4.2 带状回波波动及对流回波的合并

贵州降雹的一种重要形式是回波的波动，相对流动的回波形成合并，进行融合、交叉。回波的合成通常由两块积云作用而成；或者是经过浓积云合并成积雨云后，由积雨云进一步形成雹云；甚至还有的积雨云与雹云进行合并，促使雹云迅速形成。贵州地理形势的多样性，促使回波移动的方向以及移动的速度发生变化，进一步使回波合并的机会加多。

另一方面，贵州时常会出现热低压空气的现象，由于一定空间内的气压发生变化，促使积云向低压区域移动，这样的情况也有利于回波的合并。根据雷达监测到的情况来看，当回波之间出现辐射现象时，即回波之间的移动方向和移动速度发生变化时，将有利于回波的形成，经过合并后，回波的强度以及高度也随之增加，在合并过程中，长期回波会立刻增长形成雹云母体，所以，在进行雷达监测时，应当格外注意回波的合并情况。

5 冰雹落点的预报探测

5.1 根据回波的移动引导气流外推

对于单块回波的预测，一般可以增加观测范围，依据回波的移动方向、移动速度直接向外推，在高空风力较大的情况下，单块回波与450 MPa 高度上的低压槽等高线的方向一样，因此可以此来进行单块回波的外推预报。

对于呈块带状及带状回波的推测，可在监测到回波带的第一小时时，采用雷达监测其移动变化情况；监测到带状回波一小时后，测定其的移动速度以及移动的方向，并根据移动速度来推测大概移动的距离；往后根据每小时的观测情况再测出总的平均速度，最终根据总平均速度进行外推。

5.2 将强降压区和高能区作为冰雹的落点

5.2.1 资料收集

挑选了贵阳附近毕节地区的资料进行了探索，采集了该地区的有效雷达回波图片，选取具有代表性的个例进行了分析，收集了发生降雹前后数小时的数据变化情况，这些数据来源于毕节的各个县以及附近的息烽、凯里、安顺、黔南州等气象台，数据包含气压、气温、水汽压等方面的内容。并进行了修正，计算出了每个气象站每小时的4 h 变压以及地面静力总温度。

5.2.2 数据合成分析

对毕节地区降雹前0～4 h 间的5 个时次进行了分析，计算出了平均的3 h 变压以及地面静力总温度。在发生降雹之前，毕节地区处于强降压区和高能区，说明毕节地区可成为落点预报区；在降雹3 h 前，高能轴线由息烽地区过渡到毕节地区；降雹前，东部变压线和等能线较为密集，说明雹云主要由东向西影响毕节地区；地形的阻挡作用较为明显，正变压区和低能区主要进入地势较为低的凯里、安顺，从而避开了地势较为高的黔南州。

5.2.3 预报着眼点

将强压区和高能区作为降雹的落脚点，依据回波强显示的位置，得出以下结论：降雹前高能区以及强降压区只发生在威宁及大方一带以东，雷达显示的中心位置处于毕节以东，说明冰雹将会在毕节以东地区发生，属于这一类型的约占30%；降雹发生前，高能区持续稳定出现在兴义以南，回波强中心多位于绥阳以南，说明冰雹主要降落在兴义、绥阳以南一带，属于这一类型的约占40%；降雹前高能区以及强降压持续稳定在凯里、安顺一带以东，雷达回波大部分从织金以东向毕节地区移动，则表明这三个地区都会发生降雹天气，属于这一类型的约占30%，其余10%属于不明显情况。