第七師墾區雹云特征及預警信息化措施的研究

（兵團第七師氣象局，新疆 奎屯 833200）

第七師地處歐亞大陸腹地、西天山北麓中段，屬典型的干旱、半干旱氣候區域，平均海拔在400～500 m，具有典型的北溫帶大陸性氣候特征，且晝夜溫差大，該區域冰雹、大風、霜凍、洪澇等氣象災害頻發，其中，冰雹是主要的氣象災害之一，給當地農業生產造成了較嚴重損失。

1 雹云路徑分布

冰雹是第七師主要氣象災害之一，為了減少冰雹對農牧業生產的影響，第七師在多年的人工防雹工作中總結出“三轉變”、“五統一”和“三道防線”，“兩不”、“三打”和“兩跟隨”的防雹措施。本文對1991—2014年24年間553次對流天氣過程資料進行了統計分析，第七師墾區強對流天氣走向主要有3條路徑，即由西向東或由西北向東南、西南向東或東偏北方向移動。

1.1 西北路徑（出現概率為38.9%）

自第七師一二六團西或西北面 （托里山區）生成。該路徑雹云主要受西北氣流影響，自托里山區形成發展，主要特點：（1）受地形影響云體出山后加強迅速；（2）影響面積大；（3）生命期長，主要影響一二六團、一二七團、一二八團及下游各團場。

1.2 正西路徑（出現概率為37.4%）

自第七師一二五團西或（西偏北）面（甘家湖牧場）生成。該路徑雹云主要受低槽分裂短波影響，在當地局地生成發展，特點是：（1）多為中空發展；（2）云體發展迅速；（3）易二次加強發展當地水庫；（4）生命期短，主要影響一二五團、一二四團下雙河及下游各團場。

1.3 西南路徑（出現概率為23.6%）

自第七師一二四團西、西南方向生成。該路徑雹云受西南氣流影響，主要特點：（1）北挺（西或西南向東北方向移動）云體發展迅猛，常產生降雹；（2）影響范圍大；（3）生命期長，主要影響一二四團、一二五團及下游各團場。

2 強對流天氣分布及過雹面積統計分析

2.1 強對流天氣出現概率

表1 第七師墾區1991—2014年各月對流天氣及降雹日次

1991—2014年，第七師墾區共出現對流天氣553次（見表1），平均每年39.5日次，降雹天氣共出現120日次，平均每年5日次；第七師墾區出現的對流及降雹天氣主要集中在5月、6月、7月和8月4個月中，其中6～8月出現對流天氣和降雹天氣最多；第七師墾區強對流天氣3～5年為1個周期；1991—2014年，降雹天氣次數呈現遞增趨勢 （圖略）。近年來，隨著全球氣溫變暖，極端天氣出現的次數越來越多，第七師墾區降雹天氣明顯增多，給第七師防雹減災工作帶來新的困難和挑戰。

對第七師墾區強對流天氣降雹時間段進行統計（包括冰粒和軟雹，將同一時間段不同地點發生的冰雹記為1次），降雹時間在15：00～17：00占15%，17：00 ～ 20：00 占 38%，20：00 ～ 22：00 占 23%，22：00～01：00占17%，經數據分析得出，第七師墾區降雹時間段主要集中在15：00～01：00，在此時間段內需根據第七師防雹措施，加強對雹云的防范和催化作業準備工作，提前進行早期和大劑量催化作業。

2.2 冰雹過雹面積

第七師1991—2014年24年間過雹面積累計達15.25萬 hm2， 其中 1993年 7月 4日、1998年 7月29日、2001年 8月 11日、2005年 6月 26日、2011年6月22日和2012年6月17日的降雹天氣，給第七師農牧業生產造成了重大經濟損失。

3 XDR-X天氣雷達回波特征

3.1 PPI回波特征

根據第七師氣象局雷達站XDR-X天氣雷達2005—2014年的20日次強雹云天氣雷達回波特征，分析得出第七師墾區雹云回波結構塊狀回波有：“鉤”狀（圖 1a）、“V”字形（圖 1b）、強單體和超級單體雹云回波（圖 1e、1f））；帶狀回波有：颮線（圖 1c）、“弓形”回波（圖1d）等，其中帶狀回波出現較多，共計出現12日次，占到60%，一般多為東北到西南走向，影響范圍大，持續時間較長。塊狀回波往往發展迅猛，15～20 min雹云強度可由30dbz躍增到50dbz以上。

3.2 RHI回波特征

圖1 XDR-X天氣雷達PPI回波特征

圖2XDR-X天氣雷達RHI回波特征

用XDR-X天氣雷達RHI回波分析20日次強對流雹云特征，主要歸納為4種RHI回波特征（見圖2）：一是中空發展雹云回波（圖2a），回波初始位置多在4 km以上，由于回波偏弱，不容易被觀測員觀測到，但這種雹云單體往往發展迅猛，經常在15～20 min內發展成熟，多出現在第七師墾區一二五團西面甘家湖牧場上空。圖2a資料選自2010年7月10日雹云天氣，該雹云單體生成于奎屯水庫上空，在初始階段被XDR-X天氣雷達探測識別，由于地面水汽充足，動力條件良好，云體發展極為迅速，在短短20 min時間內云體強度達到50 dbz，強中心高度達到8 km，云頂高12 km，第七師聯防指揮部辦公室按照第七師防雹措施對雹云實施早期和持續大劑量催化作業，作業后降暴雨夾冰粒和軟雹，無災害發生，取得明顯經濟效益。二是“穹隆”狀雹云回波（圖2b），可以看到明顯弱回波區，在發展加強的過程中雹云右前側發展加強，左后側伴有降水現象，是典型的雹云特征，此類雹云天氣經常會造成較大農牧業災害。圖2b資料選自2011年6月28日雹云天氣，該雹云天氣14：00自一二四團正西形成向東偏北方向移動，雹云在移動過程中不斷加強，第七師聯防指揮部辦公室指揮各相關防雹點利用高炮和流動火箭對雹云實施了大劑量催化作業，作業后普降暴雨夾軟雹，作業效果良好。三是“紡錘狀”雹云回波（圖2c），在發展過程中，回波高度達到10 km以上，強中心高度可以伸展達到6～9 km，強度達50～70 dbz，強回波區位于回波中上位置，并且在短時間內強中心高度、寬度有躍增現象，伴有沉悶的雷聲和閃電。圖2c資料選自2013年7月4日雹云天氣，該雹云單體自第七師墾區一二六團西北方向生成，向東南方向移動，具有典型超級單體雹云特征，雷達測得云體高度12 km，強中心高度8～10 km，強中心寬度5～8 km，強度50～60 dbz，第七師聯防指揮部辦公室指揮一二六團火箭車和炮點采取超劑量作業，調集一二三團、一二七團火箭車進行增援作業，對雹云實施了大劑量催化作業，作業后降暴雨夾冰雹，密度小，僅個別農作物葉子破碎，防雹作業效果顯著。四是降水（雹）后回波（見圖2d），強中心明顯下塌，最強區域處于雹云回波底層，伴隨著降水逐漸開始減弱消散。

4 強對流天氣預警指標

（1）強對流天氣系統變化快，局地突發性強，在預警預報上有很大難度[1]。通過研究短時強對流天氣出現前探空指標和雷達探測指標，統計出第七師墾區0°層平均高度5月份為2 895.5 m，6月份為3 559.7 m，7月份為3 883.4 m，8月份為3 755.5 m，9月份為2 536.0 m；K平均值（雷雹天氣）5月份≥24.1、6月份≥28.6、7月份≥28.1、8月份≥27.8、9月份≥25.0；SI平均值（雷雹天氣）5月份≤2.9、6月份≤0.9、7月份≤1.4、8月份≤1.1、9月份≤3.1。根據統計結果，與第七師墾區發生雷暴天氣做對比，顯示K、SI指數值與強對流天氣發生有較好的相關性，但是，單純依靠K、SI指數預警對流天氣有時也會出現漏報，如第七師墾區2013年7月19日16：50出現在一二三團和一二七團的降雹天氣，當日08時K=13、SI=3.75，說明對流天氣預警還不能完全依靠探空指標，必須結合其它氣象資料進行綜合分析和判斷。（2）Cape值是風暴潛在強度的一個重要指標，cape值越大，出現對流天氣概率越大。通過第七師2004—2014年102次強對流天氣實況統計分析，有21次cape值>100，55次cape值<100，24次cape值=0， 得出08時cape值大小對冰雹天氣指示意義不大。冰雹天氣發生前需要在較短時間集聚較大能量，墾區冰雹天氣基本上發生在 15：00～01：00之間，08時的 cape值距強對流天氣發生時的間隔時間較長，使其預警的效果不明顯。目前把cape值做第七師強對流天氣產生的預警指標還不成熟，有待進一步分析和研究。（3）選取XDR-X雷達資料中的最大強度、強中心高度、強中心高度PPI在5min內的躍增、Y模式指標值>50dbz對雹云識別分析。發現當回波高度達到8 500 m以上，回波強中心最大強度>50dbz，40dbz強度的云體高度達到7500m；PPI高度顯示，當40dbz強度的云體水平寬度達到7km，云體結構多呈現弓型、指狀、鉤狀或“V”型缺口的形狀時，云體發展迅速，此時云體高度增長速率在1887.5m/s以上，這種情況可判斷為冰雹云。對第七師強對流天氣雷達探測回波進行分析，一般回波高度＞8500m，40dbz高度＞7500m，40dbz水平寬度≥7km，高度增長速率為1887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波強中心最大強度≥50 dbz，均滿足以上指標。

5 小結

（1）第七師雷達探測出現的雹云在PPI回波特征主要以“鉤”狀、“V”字形、帶狀、“弓”形、強單體和超級單體回波為主；其次在RHI回波特征主要以中空發展雹云回波、穹窿狀雹云回波和紡錘狀雹云回波等為主。（2）雖然K和SI指數對第七師出現對流天氣預警有很好的相關性，但對流天氣預警不能完全依靠探空指標，還要結合其它氣象資料綜合分析和判斷；08時cape值資料與午后出現強對流天氣間隔時間較長，對午后出現的強對流天氣預警不明顯。（3）第七師降雹天氣一般回波高度 ＞8 500 m，40 dbz高度 ＞7 500 m，40 dbz水平寬度 ≥7 km，高度增長速率為1 887.5 m/s，Y模式值≥50 dbz，回波強中心最大強度≥50 dbz，可滿足以上指標。（4）采取早期集中連續催化作業，充分利用流動防雹火箭車的機動性，做到化雹為雨的效果。