锦州市冰雹天气分布特征及雷达预警指标研究

2021-03-10周福然张翠艳温舟娄芳蕾王淼徐玉秀

河南科技 2021年19期

周福然张翠艳温舟娄芳蕾王淼徐玉秀

摘要：本文通过对2003—2017年发生在辽宁省锦州市的41次冰雹天气过程进行分析，得出锦州市冰雹天气分布规律，并确定锦州市冰雹天气雷达预警指标。结果表明：2003—2017年，锦州市冰雹日数呈总体减少的趋势;锦州冰雹次数的年变化较大，年平均出现2.7个冰雹日;锦州市冰雹天气总体呈现出南多北少的特征，局地性很强;冰雹天气雷达预警指标主要为回波强度大于50 dBZ、回波顶高超过11 km、垂直累积液态水含量超过35 kg/m2。

关键词：冰雹;分布特征;雷达预警指标

中图分类号：P426.64 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）19-0123-03

Abstract： Based on the analysis of 41 hail weather processes in Jinzhou City from 2003 to 2017， the hail weather distribution law in Jinzhou City was obtained， and the hail weather radar early warning index in Jinzhou City was determined. The results show that： from 2003 to 2017， the number of hail days in Jinzhou City showed an overall decreasing trend; The annual variation of hail frequency in Jinzhou is large， with an annual average of 2.7 hail days; The hail weather in Jinzhou City generally shows the characteristics of more in the South and less in the north， with strong locality; The early warning indexes of Hail Weather Radar mainly include echo intensity greater than 50 dBZ， echo top height more than 11 km， and vertical cumulative liquid water content more than 35 kg/m2.

Keywords： the hail;distribution characteristics;radar early warning index

冰雹是一種中小尺度系统，具有历时短、突发性强、局地性强等特点，是较为严重的自然灾害之一，会给农业生产和人民生活造成不利影响。冰雹是锦州市夏季的主要气象灾害之一，也是气象预报的难点之一，提高冰雹的短时临近预报准确率和实效性，对提高本地农业、工业生产，保护人民的生命财产安全，促进地方经济发展具有十分重要的意义。近年来，国内外气象学者应用多普勒雷达产品对产生冰雹天气的中小尺度系统特征进行了大量研究[1-9]，并且取得了较大成果，形成了多种预报指标和概念模型。但是，由于冰雹的地域性很强，因此，各地预报冰雹的指标也有所不同。本文对发生在辽宁省锦州市的41次冰雹天气过程进行分析，得出冰雹天气分布规律，并结合多普勒雷达产品，归纳出冰雹天气雷达预警指标，为冰雹天气预警提供参考。

1 资料和雹日标准

1.1 资料

本文选取锦州、凌海、义县、北镇、黑山5个观测站2003—2017年的常规观测资料分析冰雹天气分布特征。多普勒雷达资料为营口雷达观测产品资料。

1.2 雹日标准

某日中有大于等于1个测站出现冰雹，将该日定为冰雹日。

2 冰雹天气分布特征

2.1 冰雹日数的年际变化

锦州市2003—2017年冰雹日数分布如图1所示。从图1可以看出：锦州市冰雹日数呈总体减少的趋势，其中，2005年和2012年最多，均为6次，2007年没有出现冰雹;锦州市冰雹次数的年变化较大，年平均出现2.7个冰雹日。

2.2 冰雹日数的空间分布

锦州市各测站冰雹日数分布如图2所示。从图2可以看出：锦州市各测站冰雹日数分布差异较为明显，其中，锦州站出现的次数最多，为17次，北镇站最少，为5次，总体呈现出南多北少的特征。

2.3 冰雹局地性特征

若某一日有大于3个测站出现冰雹，则定义为一次区域性冰雹过程;若某一日有小于等于2个站出现冰雹，则定义为一次局地性冰雹过程。通过统计发现，41次冰雹天气过程，有3次区域性冰雹过程，其余38次均为局地性冰雹天气过程。

3 冰雹天气雷达预警指标

通过对锦州市冰雹过程发生时段的雷达产品进行筛选，本文选出4种雷达参数，即回波强度、回波顶高、垂直累积液态含水量、径向速度进行统计分析，得出冰雹灾害发生时段雷达预警指标。

3.1 回波强度

雷达发射电磁波进入大气，在大气中碰到云粒子、雨粒子或空气介质，入射电磁波向四面八方散射开来，雷达接收粒子的后向散射能量，粒子越大，后向散射的能量越大，雷达回波强度越大，在雷达回波强度图上就会变现为大值区。通过分析锦州市冰雹个例发现，最大回波强度均超过45 dBZ，平均达到55 dBZ，最强可达70 dBZ，将回波强度大于50 dBZ作为短临预警指标之一。通过分析2014年6月18日冰雹过程基本反射率产品可知，15：00开始，辽宁西部地区先后生成多个对流单体，并在高空西风的引导下向东移动，回波单体移入锦州后快速发展，回波强度增大至60 dBZ，并在18：00前后达到最强，开始出现冰雹。2014年6月18日18：00雷达基本反射率如图3所示。

3.2 回波顶高

回波顶高（Echo Top，ET）是衡量对流天气强弱程度的重要标志，反映了云内垂直上升气流的强度，可衡量风暴发展强弱程度。回波顶高的高度越高，云内上升气流越强，而上升气流又是决定云内所能形成的最大水滴或冰雹尺度的重要因素。通过分析冰雹个例可知，回波顶高在11～15 km，因此将回波顶高超过11 km作为冰雹预警指标的之一。分析2014年6月18日的冰雹过程，18：00锦州市回波顶高最大达14 km，在锦州市出现冰雹天气。可见，回波顶高可作为冰雹天气的预警指标之一。2014年6月18日18：00雷达回波顶高见图4。

3.3 垂直累积液态含水量

垂直累积液态含水量是在假设所有反射率因子均由液态水滴引起的前提下，基于风暴的二维分量，对其进行垂直累积，得到风暴内液态水的总估量，反映了风暴单体的综合强度，对冰雹的潜势具有较好的指示作用。通过分析冰雹个例过程可知，垂直累积液态水含量均在35 kg/m2以上，最强时可达到65 kg/m2，因此可将垂直累积液态水含量超过35 kg/m2作为锦州市冰雹预警指标之一。分析2014年6月18日天气过程垂直累积液态含水量得出，18：00锦州市的垂直累计液态含水量最大，达45 kg/m2，在锦州市出现冰雹天气。可见，垂直累积液态含水量可作为冰雹天气的预警指标之一。2014年6月18日18：00垂直累計液态含水量见图5。

3.4 径向速度

通过分析冰雹个例的基本径向速度可知，出现冰雹天气时基本径向速度资料上一般伴有风场的辐合，风场辐合主要以辐合线及逆风区为主。逆风区是指在低仰角没有速度模糊的基本径向速度图中，凡在同一方向的速度区中出现另一种方向的速度区为逆风区，且逆风区不能穿越测站原点。辐合线、逆风区、径向速度模糊都是冰雹回波的典型风场结构，可作为锦州市冰雹预警指标之一。从2014年6月18日18：00雷达径向速度图（见图6）可得出，风暴中心处存在一个气旋式辐合，在锦州上空存在一条明显的西风急流，表明存在辐散，这种低层辐合、高层辐散的特征及低层存在气旋是冰雹形成的有利条件。

4 结论

①2003—2017年，锦州市冰雹日数呈总体减少的趋势，锦州市冰雹次数的年变化较大，年平均出现2.7个冰雹日。锦州市冰雹天气总体呈现出南多北少的特征，局地性很强。

②结合多普勒雷达产品，归纳出冰雹天气雷达预警指标，回波强度大于50 dBZ、回波顶高超过11 km以及垂直累积液态水含量超过35 kg/m2可以作为锦州市冰雹预警指标。

参考文献：

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