多普勒雷達產品在山區防雹中的應用

張小勇 王建華 劉慶 單興亞 張亞東 郭衛青

摘要 根據建始其近5年多普勒天氣雷達冰雹數據資料，總結出冰雹天氣在建始發生的時間、空間分布規律以及雷達技術指標，為冰雹預報、預警及人影作業提供參考資料。研究結果表明：（1）建始冰雹多發生于春、夏兩季，春季主要發生在3、4月，夏季主要發生在7中旬至8月上旬;（2）建始冰雹受地形影響比較明顯，受巫山山脈和武夷山脈、清江及中、小條河流的共同影響，形成了幾個大的明顯的山谷、河谷，這些山谷、河谷在春、夏成了比較固定的冰雹路徑及落區;（3）春季冰雹和夏季冰雹其雷達特征有明顯的不同;（4）通過對2013—2018年建始多普勒雷達冰雹天氣產品資料以和實際冰雹情況資料分析，得出建始冰雹技術指標：當冰雹開始發展時，反射因子（R）≥40 dBz，組合反射率因子（CR）≥45 dBz，夏季降冰雹之前，6～15 min內垂直液態水含量VIL值將會有一個明顯的“躍增”變化，一般增至30 kg/m2以上，春季降雹時（CR）≥45 dBz，夏季降雹時（CR）≥55 dBz;（5）利用雷達指揮人影作業時，當CR≥45 dBz，且45 dBz面積逐漸增大、增強時，應該向作業點發出預警。

關鍵詞 雷達數據;冰雹預警;雷達特征

中圖分類號：P482 文獻標識碼：A 文章編號：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

建始地處鄂西南山區，冰雹災害頻發，是恩施州煙葉主要產區，常年種植面積6 666.67 hm2以上，為建始縣農村經濟收入的主要來源。冰雹災害對煙葉生產影響巨大，做好人工消雹工作是保障煙葉生產的關鍵。而怎樣運用雷達有效地指揮人影作業，從而減少冰雹災害對農業經濟的影響是研究的重點。在縣級氣象臺站中用的最多、最直觀就是雷達產品，山區冰雹活動與影響有其特殊規律，在對其進行雷達應用分析時，技術指標應有區別，但如何利用雷達技術特征對冰雹進行預報、預警是基層臺站的一個難點[1]。

通過對發生在建始境內的冰雹災害影響特征進行分析，總結出冰雹在建始境內爆發雷達技術特征，用于冰雹的預報、預警業務中，從而提高基層氣象臺冰雹天氣業務服務能力。在關鍵時節，將雷達技術指標用于預報、預警、人影指揮中，有目的地展開針對性氣象服務，提高防雹作業成功率，減少冰雹對農作物的影響，為當地經濟發展提供保障。

1 時間特征

建始地處鄂西南山區，其獨特地理位置，導致冰雹災害頻發。每年春季西南氣流向西向東移動的過程中（圖1），受山脈地勢走向影響和地面冷空氣共同作用下（圖2），易在東北部喇叭口（三里鄉、茅田鄉、長梁鎮交匯位置）形成冰雹、大風天氣。統計近幾年數據可知，每年春季都有10次以上冰雹天氣在春季發生;夏季每當副高北抬、西伸時，其外圍氣流，由清江沿山體向上運動時，受山勢影響，極易在建始東北部（龍坪鄉、高坪鎮附近）形成大風、冰雹天氣（圖3）。通過統計6年建始縣各月發生冰雹次數和人影作業次數，可以得出冰雹發生主要時間是在每年的春季和夏季，其中春季主要發生在3月、4月，夏季主要發生在7月中旬至8月上旬（表1）。因此在這兩個關鍵時節，結合本地雷達產品就可以較好的進行冰雹預警、預報服務，也可以較好地指揮人影作業。

2 地形特點

建始縣是全國少有境內有兩大山脈的縣市，巫山山脈、武夷山脈及清江共同造就了建始縣獨一無二氣候特征。以清江為界，將建始縣分為南、北兩個部分，清江以南屬于武陵山脈，清江以北屬于巫山山脈。巫山山脈從建始縣北部與重慶市奉節、巫山兩縣交界地帶入境，繞伸東南，構成縣境山脈主干，再分成數支，呈北東—南西走向伸展至清江北岸;武陵山脈由東南—西北走向，縣境與恩施市、鶴峰縣交界地帶延展至清江以南。境內群山起伏、溝壑縱橫、溶洞遍布，槽、坦、平壩星羅棋布，縣境地貌形態大體呈“八山半水分半田”的特征，獨特的地形、地貌，使其在不同季節形成了冰雹災害相對穩定的落區。統計近幾年人影作業和降雹次數可以看出冰雹發生的主要區域（表2、3），再利用GIS理信息，計算出各地冰雹風險系數，得出冰雹災害發生的重點區域（圖4）。

從圖中看出，建始縣發生冰雹的區域主要集中幾個大的山谷和河谷之中，結合冰雹發生的季節特點可知：建始春季冰雹主要發生在西、北部，即長梁—茅田—三里交匯的形成的喇叭口處和紅巖寺度浪溝附近的山口處;夏季冰雹主要集中在高坪、龍坪、茅田西北部，掌握了這些冰雹發生的區域，就可以做到有的放矢，針對關鍵區域展開重點服務。

3 冰雹雷達特征

通過對2013—2018年8次較為明顯的冰雹案例的雷達特征（表4）進行統計分析，可以得出建始縣冰雹的一些雷達特征。

3.1 冰雹云的基本反射率特征與回波頂高特征

通過對比表4的數據可知，在多普勒雷達上，春季冰雹主要以帶狀、塊狀和弓形回波為主，夏季冰雹主要以塊狀、鉤狀回波為主。春季冰雹云反射率特征是：開始時中心回波強度CR在40 dBz左右，回波頂高度在9～13 km，無明顯形特征出現;夏季冰雹云特征是初始回波中心強度CR在45 dBz左右，云頂高度比春季冰雹略高。在日常業務中，當觀察到CR值超過45 dBz，云頂高度達到9 km以上，且45 dBz面積范圍在不斷增大變強大時，值班員就可以發布冰雹預警，并通知炮點準備人影作業[2]。

3.2 雹云基本速度特征

統計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的雹云徑向速度全部大于等于10 m/s（圖5），且春季冰雹云從發展到開始降雹的30 min內，冰雹徑向速度均無明顯增加;夏季冰雹徑向速度變化較快。當速度增加到20m/s1左右，可以作為夏季冰雹出現的一個預報提前量。多普勒雷達的基本速度場出現輻合、逆風區、中氣旋等特征時，對冰雹的預警時間有提前作用，可以作為大冰雹的預警指標。

3.3 冰雹云垂直液態含水量特征

垂直液態含水量產品是預判強對流、冰雹等災害性天氣的有效工具之一。通過分析可以發現，春季降雹VIL值較小，增幅也較小且液態含水量值較小VIL一般維持在35～45 kg/m2（圖6a）;夏季冰雹中，在降雹之前30 min內，液態含水量大多有顯著“躍增”變化，VIL值從15～25 kg/m2陡然上升到40 kg/m2以上（圖6b），或是在降雹之前，VIL增加量達到30～40 kg/m2。初始液態含水量較小的情況下，躍增量越大冰雹持續時間越長。垂直積分液態含水量對冰雹特別敏感，是判斷雹云的重要指標之一，可作為臨近預報的一個重要依據。

3.4 中氣旋產品（M）特征

通過數據分析可知，建始縣山區冰雹天氣多受外部天氣系統影響，局地對流發展成冰雹天氣相對較少，出現中氣旋的次數十分罕見，一旦出現，發展成超級單體的可能性就非常大，因此可以作為超級單體風暴的特征，觀測到中氣旋，就可以發布強天氣警報[3-5]。以2014年3月27日（圖7）和2016年4月15日冰雹天氣為例，在其雷達速度產品上出現了一個明顯的中氣旋，隨后出現明顯的超級單體風暴。因此，中氣旋的出現對大風、冰雹的預警具有10 min左右的提前量，可以作為冰雹預警的一個重要指標。

3.5 冰雹指數（HI）產品特征

從收集到8個典型例子可以看出，每次降雹在組合反射圖上都有冰雹指示，對冰雹預警有指導作用，且當冰雹圖標越大，持續時間越長，出現冰雹的可能性就越大，因而，冰雹指數對預報冰雹有一定的指示意義，降雹時回波一般會出現連續多個體掃的實心三角形標志。在日常工作中，當冰雹指數連續多個體掃為實心時，出現冰雹的概率較大，配合其他產品就可以很好的預報冰雹天氣。

3.6 雹云的基本反射率垂直剖面特征

利用探空資料統計8次冰雹天氣發現，其0℃層高度基本在4 km左右，-20℃層高度7 km以上，當高懸強回波在45 dBz以上，且回波延伸至7 km以上，可以作為預報冰雹出現的一個必要條件。

3.7 雷達指揮人影作業

結合建始冰雹出現的特點，春季冰雹出之前往往有3～5 d的連續高溫，使地面溫度上升，加之南支槽和北方的冷空氣共同影響下，易在傍晚出現冰雹天氣;夏季冰雹多出現在副高北抬、西伸時，外圍氣流自動向西，在雷達雷上可以看到明顯的自東向西運動的云塊，結合上游天氣，可以提前幾個小時通知炮點做好準備[6]。通過近5年作業成功的經驗，可知最佳作業時段是45～55 dBz;當雷達回波強度<45 dBz時，對流不明顯;當雷達回波>55 dBz時，由于山區地形原因，即使作業了也有冰雹掉下。

4 結語

（1）冰雹在建始主要發生在春季和夏季，其中主要月份是3月、4月、7中旬、8月上旬;發生的主要地點是龍坪—高坪一帶和紅巖寺—三里—茅田一帶的山谷中，結合雷達圖，可以對這些重點區域展開有針對地服務。

（2）在日常工作中，當觀察到CR值超過45 dBz，云頂高度達到9 km以上，且45 dBz面積范圍在不斷增大變強，VIL值躍增至40～45 kg/m2，冰雹指數實心三角持續3個體掃以上，就預示有冰雹出現，可以向全縣10個防雹作業點發出人工消雹作業的指令。

（3）在建始人防雹作業的最佳時段是雷達圖在45～55 dBz;結合天氣背景，可以有效地指揮炮點展開人影作業。

參考文獻

[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（6）：810–814.

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[3] 符琳，李維京，張培群，等.近50年我國冰雹年代際變化及北方冰雹趨勢的成因分析[J].氣象，2011，37（6）：669–676.

[4] 閔晶晶，曹曉鐘，段宇輝，等.近30年京津冀地區冰雹的氣候特征和突變分析[J].氣象，2012，38（2）：189–196.

[5] 楊淑華，梁進秋，張玉芳，等.冰雹天氣的多普勒雷達特征統計分析[J].自然災害學報，2014，23（3）：101–106.

[6] 王存亮，魏勇，郭金強.石河子一次強冰雹天氣的多普勒天氣雷達特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2011，5（5）：43–46.

責任編輯：黃艷飛