包頭市冰雹氣候特征及防雹作業量統計分析

摘 要：利用1981—2020年包頭市7個國家氣象觀測站的降雹數據進行分析，結果表明包頭市各旗（縣、區）降雹頻次存在明顯的地域差異及季節性變化。同時，分析了近10年地面人工防雹作業個例、地面資料及雷達回波資料，修訂完善防雹路徑圖，總結冰雹天氣作業指標，為防雹工作提供參考。

關鍵詞：冰雹氣候特征；防雹作業量；回波特征

中圖分類號：P482 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

包頭市位于內蒙古自治區的中西部，陰山山脈橫亙其中部，形成北部丘陵高原、中部山岳和南部平原3個地貌單元。地貌復雜，地形多變，整個地區呈現出北高南低，西高東低的傾斜地形，復雜的地理位置和氣候條件導致災害性天氣的發生，其中冰雹災害是影響包頭市農業生產的主要災害之一。

冰雹災害具有突發性、局地性、破壞大等特點，對農業生產和人們生活造成嚴重危害[1-2]。隨著科學技術的不斷發展，人工防雹受到關注。但如何科學、高效地開展防雹作業，仍是亟待解決的問題。以包頭市為例，包頭市氣象局利用近10年的地面人工防雹作業個例、地面資料及雷達回波資料進行分析，總結當地冰雹災害特征和人工防雹情況，以期提高防雹工作水平。

1 資料方法

選取包頭市7個旗（縣、區）1981—2020年氣象觀測站冰雹觀測資料進行統計分析，具體包括冰雹發生的地域分布、時間變化、發生路線等。同時，利用2013—2023年各旗縣防雹用彈量及作業期間收集的白云C波段713雷達、高新X波段雙偏振雷達回波資料（要素包括雷達回波強度、云頂高度、垂直累積液態水等），總結分析雷達回波判別指標。

2 冰雹的時空分布特征

2.1 冰雹出現日數及其空間分布特征

據統計分析，包頭市各旗（縣、區）降雹頻次存在明顯的地域差異，1981—2020年，全市降雹日數共計412 d，

降雹日數最多的為希拉穆仁（地處包頭市東北部），約為80 d，其次為白云鄂博礦區、固陽縣，降雹日數最少的為滿都拉（地處包頭市北部），約為38 d。全市7個國家氣象觀測站年平均降雹日數為1.5 d，其中山南國家氣象觀測站平均為1.5 d，山北國家氣象觀測站平均為1.6 d。全市海拔最高的國家氣象觀測站為希拉穆仁（海拔1 602.3 m），最低的為土右（海拔998.6 m），除滿都拉（海拔1 225.2 m），其余地區均隨海拔的增加，降雹日數也在增加。研究表明，地形越復雜，海拔越高，越容易遭受冰雹襲擊。

2.2 冰雹日數的月、日變化特征

由1可知，包頭市各旗（縣、區）降雹天氣集中發生在4—10月，其余月份均無降雹。其中，降雹天氣多發生在夏季，春季和秋季偶有發生。各月冰雹日數呈單峰形特征，結合表1可知，峰值出現在7月，占冰雹總天數的25.0%，其次是8月和6月。

降雹時間段主要集中在12：00～21：00，占全天發生冰雹概率的91.7%；14：00～19：00發生冰雹的概率占全天的65.9%。其中，16：00～17：00發生冰雹概率最高，其次為18：00～19：00。而02：00～03：00和08：00～09：00這2個時間段顯示未發生冰雹，即冰雹出現頻率為0。

根據材料信息，冰雹主要發生在午后至傍晚的時間段內。午后地表溫度升高，層結不穩定，有利的動力和熱力條件極易導致冰雹天氣發生[3-5]。夏季，16：00

～17：00溫度最高，這時間段也是做好防雹作業的重要時段。

3 包頭市防雹作業統計及防雹路徑

3.1 人工防雹作業情況

作為包頭市農業生產大旗，土右旗耕地面積廣闊，冰雹天氣會阻礙農業生產，情況嚴重時可能造成糧食絕收。且土右旗基本都是水澆地，作物產量高，因此防雹作業點相對較多。然而，達茂旗以旱地為主，大部分區域為牧區，僅達茂旗南部與固陽縣、武川縣接壤的區域種植農作物，因此開展防雹作業的站點相對較少，僅在南部農作物區設立了防雹作業站點。

3.2 人工防雹作業統計

3.2.1 降雹及防雹初、終日期

歷年統計結果顯示，包頭市冰雹最早出現日期為日4月1日（出現在青山區），最晚出現日期為10月20日（出現在固陽縣）；而防雹作業最早日期為5月10日（土右旗），最晚作業日期為9月26日（固陽縣）。結果顯示包頭市防雹作業時間段與降雹發生時間基本一致。

3.2.2 平均年防雹作業量

各旗（縣、區）單站年平均防雹作業量折線圖顯示，2013—2023年，土右旗單站年平均防雹作業量255發、東河區196發、固陽縣28發、達茂旗19發。其中，土右旗、固陽縣、達茂旗單站年平均防雹作業量變化幅度相對較小，而東河區單站年平均防雹作業量變化幅度比較大（圖1）。

3.3 防雹作業路徑

通過防雹作業量和雹云移動方向，確定了土右旗雹云從西北向東南移動的路徑有2條：一條是從大青山經公山灣到美岱召、缸房營子，該路徑雹云強度大，

因此該路徑的防雹作業量也較大；另一條是從大青山經耳沁堯到溝門南。

固陽縣的冰雹路徑有2條：一條冰雹云路徑為西起巴彥淖爾市的云團至西北向東南移動，經紅泥井、西斗鋪、壩梁到五卜壕村、興順西、兌九灣村，該路徑的雹云強度較大；另一條是從白靈淖北邊（達茂旗與固陽縣交界處）生起的冰雹云經卜塔亥到銀號與南營子之間。

達茂旗冰雹路徑也有2條：一條是從白云鄂博東部山區生成，經烏克、坤兌灣向東南移動，一般經過希拉穆仁；另一條源于大蘇吉北部山中，經小文公鄉到西營盤或岔岔村，到岔岔村附近的雹云一般也會經過希拉穆仁，這也是希拉穆仁降雹日數較多的原因。

東河區冰雹路徑只有1條，由大青山出發，經石拐到東園。

4 雷達特征分析

4.1 冰雹天氣反射率因子特征

冰雹根據大小分為四類：弱冰雹（直徑＜5 mm）、中等強度冰雹（5 mm≤直徑＜20 mm）。強冰雹（20 mm

≤直徑＜50 mm）、特強冰雹（直徑≥50 mm）[6-9]。

對包頭市近年的21次冰雹天氣過程進行分析，雷達回波形狀和結構主要有2種：一種為颮線（呈線性狀排列的對流單體族，其長和寬之比＞5），共8例；另一種為塊狀單體回波，共13例。強雹云的X波段雷達回波中心強度普遍＞50 dBz，白云C波段713雷達回波強度均＞55 dBz，且呈懸垂結構，出現回波穹窿。

例如，2021年7月16日包頭市土右旗出現強冰雹，

對強回波做距離高度掃描（RHI掃描），顯示呈穹窿狀，＞45 dBz的強回波的高度超過10 km，＞55 dBz的強回波出現在距地面4～8 km處，距地面3 km以下的最弱回波為35 dBz左右，這說明弱回波區有上升運動。

Lemon（1998）發現在三體散射出現后的10～30 min內，地面有可能出現直徑＞2.5 cm的冰雹，同時往往伴隨災害性大風（針對S波段）。與S波段雷達相比，C波段雷達回波中出現三體散射的機會更多，但并不一定表明大冰雹的存在，小冰雹也有可能產生三體散

射[10-13]。而高新X波段雙偏振雷達觀測到三體散射的次數更多，不僅降小雹時會出現三體散射，而且降小冰粒時也會出現三體散射。

例如，在2021年7月7日、2021年7月16日、2023年8月20日，高新雷達監測到三體散射，后期炮手均反饋當天出現冰雹或小冰粒，這表明X波段雷達對冰雹的短臨預報具有良好的指示意義。在三體散射出現后，白云C波段713雷達僅監測到有大冰雹，而未監測到小冰雹，這可能是由于作為指揮雷達的白云C波段713雷達沒有進行組網，未開展24 h實時監測。又如，2020年8月9日，達茂旗境內超級單體強度達到

65 dBz以上。14：29，白云雷達監測到三體散射特征，14：40，三體散射特征明顯。而當天達茂旗氣象觀測站記錄到2020年8月9日14：37～14：39有降雹，三體散射出現后大約10 min降雹。這與Lemon的理論相符。

由于云中大冰雹、大水滴等大粒子對雷達波的強度衰減作用，雷達探測時電磁波不能穿透主要的大粒子（冰雹區），在大粒子區的后半部分形成的“V”形缺口[14]。“V”形缺口是判別冰雹的重要指標之一，一般僅在超級單體回波圖中能夠監測到“V”形缺口。

例如，2020年8月9日在包頭市出現超級單體回波（圖2），14：12～14：18，白云雷達顯示“V”形缺口明顯；14：24，對回波進行RHI掃描，顯示掃描圖呈傾斜懸垂結構、回波墻、穹窿狀；15：36，RHI掃描監測到旁瓣回波等特征。又如，2022年7月27日，高新X雷達01：05

監測到“V”形缺口；01：37，監測到三體散射，后據炮手反饋02：12何家圐圙村有小雹，02：15美岱召鎮有災。

4.2 回波頂高度特征

雷達回波頂高度（ET）是在反射率因子（≥18 dBz）

被探測到時，顯示以最高仰角為基礎的回波頂高度[15]。

包頭市2022—2023年9次冰雹過程中，X波段雙偏振雷達回波頂高的最大值均＞12 km，其中5次中雹過程中，回波頂高超過15～17 km。回波頂高能反映出對流延伸的高度，較高的回波頂高可以為雹胚生長提供足夠長的路徑。回波頂高也為冰雹的短時預報提供一定的參考依據[16]。

4.3 垂直累積液態水特征

X波段雙偏振雷達每6 min進行一次體掃，降小雹及冰粒過程中，垂直累積液態含水量（VIL）中心值＞10 kg/m2；降中雹時，VIL中心值一般＞30 kg/m2。近三年，包頭市僅監測到1次VIL中心值＞55 kg/m2（出現在2022年7月24日的包頭市區），2個體掃后，VIL中心值從40 kg/m2增至65 kg/m2。達到最大值后，VIL中心值變為60 kg/m2以上；2次體掃后，VIL中心值變為35 kg/m2以上。

5 結論

（1）包頭市冰雹地域特征明顯，除滿都拉，各國家氣象觀測站的冰雹日數均隨海拔的上升而增加。冰雹季節性變化顯著，主要集中在6—9月，峰值出現在7月。冰雹日變化特征明顯，一天中主要的降雹時段為14：00～19：00，發生冰雹概率占全天的65.9%。

（2）歷年統計結果顯示，冰雹的最早初日出現在4月

1日，最晚終日出現在10月20日，而最早作業日期為5月10日，最晚作業日期為9月26日。單站年平均防雹作業量分別為土右旗255發、東河區196發、固陽縣28發、達茂旗19發。

（3）強冰雹的X波段雷達回波中心強度普遍＞

50 dBz，白云C波段713雷達回波強度均＞55 dBz。高新X波段雙偏振雷達更容易監測到三體散射，對冰雹的短臨預報具有良好的指示意義。一般在超級單體回波圖中更容易監測到雹云回波出現的“V”形缺口。小雹及冰粒VIL中心值一般＞10 kg/m2，中雹VIL中心值一般＞30 kg/m2。ET值普遍＞12 km。

參考文獻

[1] 劉艷杰，周玉都，馬庚雪.河北廊坊冰雹天氣特征統計分析[J].氣象與環境科學，2018，41（1）：108-115.

[2] 王云江，姜世榮，周信荔，等.基于雷達回波特征和物理量場特征的彝良縣冰雹天氣預警方法研究[J].農業災害研究，2024，14（1）：109-111.

[3] 林輝，黃奕丹，程晶晶，等.漳州市冰雹天氣特征及物理量指標探究[J].甘肅科技縱橫，2023，52（12）：7-12.

[4] 林彤，鄧佩云，周楠，等.六盤山一次災害性冰雹天氣過程分析[J].寧夏工程技術，2023，22（4）：302-311.

[5] 田白，馬中元，陳鮑發，等.2022年3月14日江西及周邊地區冰雹回波特征分析[J].氣象，2023，49（12）：1521-1531.

[6] 王世杰，馬林，王思揚.2018年6月山東省中東部一次大范圍強冰雹天氣分析[J].農業災害研究，2023，13（11）：115-118.

[7] 肖云，馬中元，袁春，等.一次中尺度溫度和濕度鋒區對冰雹回波系統的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2023，17（5）：71-78.

[8] 武冰路，趙京波，紀策，等.多源觀測資料在冰雹監測預警中的應用[J].沙漠與綠洲氣象，2023，17（5）：79-85.

[9] 余加貴，馬紅，馬勛豪.2022年春季滇東北2次冰雹過程的雙偏振雷達特征對比分析[J].農業災害研究，2023，13（11）： 253-255.

[10] 廖冬梅.鳳山縣冰雹災害風險評估與區劃[J].農業災害研究，2023，13（11）：305-307.

[11] 黃奕丹，蔡樂天，程晶晶，等.漳州市一次強冰雹天氣過程分析[J].氣象水文海洋儀器，2023，40（3）：70-72.

[12] 陸秋霖，李秀昌，林確略，等.玉林市2023年3月25日冰雹過程雙偏振雷達特征分析[J].氣象研究與應用，2023，44

（3）：84-89.

[13] 陳芳，曾曉珊，王方芳，等.冰雹數值模擬及對災損評估研究：以獼猴桃為例[J].中國農學通報，2023，39（23）：62-69.

[14] 呂健，劉圣楠，王俊人，等.一次秋季冰雹過程的環境場和雙偏振雷達特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2023，17（4）： 53-60.

[15] 尹麗云，李俊，李辰，等.云南不同季節和區域冰雹云回波特征和預警指標對比[J].災害學，2023，38（4）：71-79，113.

[16] 張煒月，鄭秀麗，王禮軍.1993—2022年福州地區冰雹天氣物理量特征及雷達回波分析[J].海峽科學，2023（6）：3-7，12.

收稿時間：2024-03-15

作者簡介：張慧（1981—），女，內蒙古呼和浩特人，工程師，主要從事大氣物理與人工影響天氣研究。