新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶冰雹天氣的多普勒天氣雷達產(chǎn)品預警指標初探

（石河子氣象局，石河子市，832000） 魏 勇 魯學浩

新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶的地形、地貌特征復雜，氣候條件獨特多變，冰雹等氣象災害頻發(fā)。新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶共有8個團場（136團、134團、133團、121團、150團、148團、149團、147團），是石河子墾區(qū)防雹的前沿團場，更是石河子墾區(qū)防雹重點區(qū)域，據(jù)統(tǒng)計石河子墾區(qū)70%左右的冰雹天氣發(fā)生在沙漠邊緣地帶的團場，為了更好的應對石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶嚴峻的人影防雹形勢，迫切要求我們做好對石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶的冰雹天氣的預警指標的研究和建立工作，更加科學有效的進行人影防雹，減少冰雹災害，提高為農(nóng)服務效益及氣象防災減災的綜合能力，對保障石河子墾區(qū)的農(nóng)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，具有十分重要的意義。

1 雷達組合反射率因子（CR）和反射率因子剖面（RCS）及回波頂高特征

通過對2006～2015年發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶20次冰雹天氣的組合反射率因子（CR）、反射率因子剖面（RCS）及回波頂高特征進行統(tǒng)計分析得出：石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶冰雹出現(xiàn)時，回波強度一般大于60dBz，回波頂高度大于9k，且冰雹的大小和回波強度、回波頂高度及大于55dBz強回波的范圍成正比；-20℃等溫線以上超過45dBz的反射率因子的出現(xiàn),能夠提前近15—30min提示冰雹預警。由于春、夏兩季特征層高度的差別，同時為了體現(xiàn)石河子人影防雹以防為主的中心理念。將春季石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶對流云的雷達回波強度定為45dBz，回波頂高度定為7km，-20℃等溫線以上超過45dBz的反射率因子的出現(xiàn)，作為春季冰雹預警指標；將夏季石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶對流云的雷達回波強度定為50dBz，回波頂高度定為8km，-20℃等溫線以上超過45dBz的反射率因子的出現(xiàn)，作為夏季冰雹預警指標。通過2016年石河子墾區(qū)防雹的實踐檢驗，2016年出現(xiàn)了30次對流天氣，通過早期防御，提前作業(yè)，石河子墾區(qū)僅出現(xiàn)了2場冰雹天氣，造成少量的冰雹災情，而這2場冰雹天氣造成災害的原因是強對流單體已在上游地區(qū)產(chǎn)生了成熟的冰雹云,到達石河子墾區(qū)的防區(qū)時已經(jīng)開始降雹，造成了局地的雹災。

2 基本徑向速度（V）特征

通過對發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶20次冰雹天氣的基本徑向速度特征進行了統(tǒng)計和分析得出：低層輻合，高層輻散預示強對流天氣的發(fā)生；逆風區(qū)的出現(xiàn)預示強對流天氣進一步的發(fā)展和加強，當對流單體的強中心進入“逆風區(qū)”后，強烈的輻合上升運動不斷將低層豐沛的暖濕氣流帶往中高層，對流發(fā)展繼續(xù)增強，維持時間增長，強度和強回波范圍迅速增大，從而形成冰雹等強對流天氣；當中氣旋出現(xiàn)時，一般預示超級風暴單體的出現(xiàn)，風切變達到極值，冰雹云發(fā)展成熟，從而產(chǎn)生冰雹天氣。通過統(tǒng)計分析得出：速度場特征能提前15min到30min對強對流天氣提示預警，對冰雹天氣預警有一定的指示意義。

3 垂直累積液態(tài)含水量VIL

垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是判別強降水及其降水潛力、強對流天氣造成的暴雨、暴雪和冰雹等災害性天氣的有效工具之一[1]。通過對發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶20次冰雹天氣的垂直累積液態(tài)含水量VIL特征進行了統(tǒng)計和分析得出：垂直累積液態(tài)水含量(VIL)從陡增到陡降的過程和冰雹天氣形成和減弱過程有著密切的關系。20次冰雹天氣的垂直累積液態(tài)水含量(VIL)最小值的15kg·m-2，所以當VIL陡增到大于15kg·m-2時，強對流天氣形成冰雹的概率較大。冰雹的大小和降雹區(qū)與組合反射率CR和VIL值的中心值的大小和強中心區(qū)域有著很好的相對應的關系。

4 風暴跟蹤信息（STI）特征

準確的風暴識別和跟蹤是雷達及強天氣預警的基本組成部分。多普勒天氣雷達提供的風暴跟蹤信息產(chǎn)品反映了所探測到的每個風暴單體各種跟蹤信息，包括風暴單體現(xiàn)在的位置、過去1小時中的實況位置和未來1小時每隔15分鐘的位置以及風暴移動的速度和方向等信息[2]。通過對發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶20次冰雹天氣過程中風暴跟蹤信息（STI）產(chǎn)品進行對比分析，發(fā)現(xiàn)風暴跟蹤信息（STI）產(chǎn)品對冰雹預報有一定的指示作用。需要注意的是如果在風暴跟蹤信息(STI)圖中出現(xiàn)多個風暴單體，一定要選擇和在雷達反射率因子（Z）圖的強中心所對應得風暴中心進行跟蹤觀測，這樣就可以很好跟蹤和預測強對流風暴的發(fā)展和移動方向；通過將風暴跟蹤信息（STI）產(chǎn)品和和組合反射率CR產(chǎn)品結合使用，能提前預報強對流天氣移動的速度和方向，從而有利于冰雹天氣的臨近預警。由此可知，風暴跟蹤信息產(chǎn)品對于短時間內(nèi)的預報強對流天氣移動的速度和方向以及降水落區(qū)具有很好的指示作用。

5 中氣旋（M）產(chǎn)品

中氣旋產(chǎn)品是用來顯示與三種方位切變類型的識別有關的信息，即非相關切變，三維的相關切變及中氣旋[2]。我們對發(fā)生在新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶20次冰雹天氣過程的中氣旋（M）產(chǎn)品進行對比分析得出：當單個體掃中的中尺度氣旋產(chǎn)品出現(xiàn)中氣旋時，誤報率較高。但在基本徑向速度場出現(xiàn)低層輻合高層輻散特征時，同時在中氣旋產(chǎn)品中連續(xù)3次以上在相同的區(qū)域出現(xiàn)中氣旋，出現(xiàn)冰雹等強對流天氣的概率在90%以上。將中氣旋（M）產(chǎn)品和徑向速度配合使用時對冰雹天氣的預警有定的指導作用。

6 冰雹指數(shù)(HI)和1h累積降水量(OHP)

新一代天氣雷達的冰雹探測算法HDA(Hail Detection Algorithm)是通過尋找風暴單體中凍結層之上的高反射率因子以獲得導出產(chǎn)品—冰雹指數(shù)HI[3]。在HI圖中，小的空的或?qū)嵉木G色三角是來表示冰雹概率POH，而大的空的或?qū)嵉木G色三角是來表示強冰雹概率POSH，無論大小三角形顯示都必須超過“最小顯示闕值”，而且三角是空心的還是實心的都要取決于“填充闕值”，其空心和實心的闕值通常分別為30%和50%。通過對20次冰雹天氣過程中冰雹指數(shù)產(chǎn)品的統(tǒng)計分析，得出冰雹指數(shù)對冰雹預警有一定的指示意義，但誤報較多。當出現(xiàn)POH=100、POSH=100、SMEH≥3cm的實心冰雹指數(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)時，對應的強對流單體有產(chǎn)生冰雹的可能，應進行連續(xù)觀測。將冰雹指數(shù)HI產(chǎn)品結合垂直累積液態(tài)含水量VIL產(chǎn)品及組合反射率CR產(chǎn)品綜合使用，將對提高冰雹等強對流天氣預報的準確性和時效性具有很大的幫助。同時通過對20次冰雹天氣過程中1h累積降水量(OHP)產(chǎn)品進行統(tǒng)計分析，得出OHP值的躍增和強對流云的發(fā)展有對應關系，同時OHP值大值區(qū)和強對流天氣產(chǎn)生的降水落區(qū)和冰雹落區(qū)有一定聯(lián)系，對冰雹落區(qū)有一定的指示意義。

7 總結

新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶的雷達組合反射率因子（CR）和反射率因子剖面（RCS）及回波頂高的預警指標為：春季對流云的雷達回波強度為45dBz，回波頂高度為7km，-20℃等溫線以上超過45dBz的反射率因子的出現(xiàn)；夏季對流云的雷達回波強度為50dBz，回波頂高度為8km，-20℃等溫線以上超過45dBz的反射率因子的出現(xiàn)。

新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶速度場的變化特征，對冰雹天氣的臨近預警有一定指導意義。

新疆石河子墾區(qū)沙漠邊緣地帶的垂直累積液態(tài)水含量(VIL)的陡增到陡降的過程和冰雹天氣形成和減弱有著密切的關系，VIL值大于15kg·m-2時，將有冰雹出現(xiàn)的可能；VIL值的大小與冰雹的直徑成正比，其高值區(qū)范圍的大小與降水量成正比。

中尺度氣旋產(chǎn)品、冰雹指數(shù)HI產(chǎn)品和1h累積降水量等產(chǎn)品都能在石河子地區(qū)沙漠邊緣地帶出現(xiàn)冰雹天氣出現(xiàn)前一定提示作用，在實際工作中有一定的指導意義。

[1]付雙喜,安林,康鳳琴,等.VIL在識別冰雹云中的應用及估測誤差分析[J]高原氣象,2004,23(6):810-814.

[2]俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用[M].氣象出版社,2006:93-96.

[3]OTB,OSF.WSR-88DOPERATIONSCOURSE,1997.5:T0PlC8.102-108.