海北州短時強降水冰雹預報方法研究

裴宗壽

摘 要 分析總結了2004年5-9月和2012年5-9月的短時強降水、冰雹時空分布特征、各自的影響系統、環流特征、物理量場、氣象要素的變化，歸納出了各自的指標和預報、預警方法。

關鍵詞 短時強降水；冰雹；預報方法；青海省海北州

中圖分類號：P457 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2015）15--02

短時強降水和冰雹是海北州主要的災害天氣之一。其中，冰雹常伴有強烈的雷雨和大風，具有來勢迅猛、破壞力強、影響范圍廣而局地性很強的特點。利用海北州近年的雷達回波歷史資料，分析總結冰雹雷達回波特征，為海北地區預報預警冰雹災害提供科學依據。

1 資料的選取及標準

利用海北州氣象站點地面2004年5-9月和2012年5-9月自動氣象站小時氣象要素，統計海晏、門源、剛察、祁連、托勒、野牛溝降水和冰雹及雷達等氣象資料。規定：日降水量≥25 mm為大雨日，日降水量≥50 mm為暴雨日；1 h降水量≥8.0 mm為短時大雨，1 h降水量≥16.0 mm為短時暴雨水。其中，短時大雨和短時暴雨統稱為短時強降水。同時，統計短時強降水天氣出現時伴有的雷暴、冰雹和短時大風等資料。

2 短時強降水和冰雹的時空分布

2.1 時間分布

海北地區短時大雨、短時暴雨和大雨主要集中在7月和8月；而冰雹主要集中在夏季6-8月。短時強降水集中在15：00-23：00；冰雹集中在13：00-20：00。總體來看，對于海北地區來說，午后到前半夜是短時強降水多發的時段。

2.2 空間分布

冰雹的分布有3個中心，一個是青海湖北部的剛察，另一個是祁連山區的托勒、野牛溝，還有一個在青海湖東側的海晏。

2.3 與短時強降水冰雹相伴的天氣

從海北地區6站短時強降水出現時伴隨天氣現象、持續時間和范圍的頻率可知，短時強降水過程中伴有雷暴和冰雹等強對流天氣出現的頻率較高。

3 短時強降水的環流特征及影響系統

3.1 環流特征

造成短時強降水的天氣環流形勢主要有兩槽一脊型、兩脊一槽型、巴湖橫槽型、西風氣流多波動型等4種形勢[1]。

3.2 關鍵區影響系統

在500 hPa高空天氣圖上，把25～45°N，東經80～110°E的范圍定為關鍵區，在關鍵區內將影響系統分為3類，其中高原低渦類是最多的一類，其次高原低槽類，西北氣流類最少。

4 物理量場分析

4.1 散度場

短時強降水和冰雹天氣出現前，散度場上表現的比較零亂，但一般表現為青海省海北地區隨著短時強降水和冰雹天氣的出現，200 hPa散度場上為弱的正散度，500 hPa散度場上為強的正散度，700 hPa散度場上強的負散度。

4.2 垂直速度場

短時強降水和冰雹天氣出現前海北地區500hPa為負垂直速度，中心一般在-0.2 Pa/s的上升速度是非常常見的。

4.3 水汽通量場

短時強降水的水汽主要來源于孟加拉灣和西太平洋。短時強降水發生前高原中部地區96°E附近有一條非常強的自南向北的水汽輸送帶。同時，由于冷空氣入侵到高原北側，在高原東北部和中部之間形成一條東北-西南走向的水汽輻合帶。在水汽輸送帶北部的東北-西南走向水汽輻合帶進一步移近到暴雨區[2]。

5 地面氣象要素變化特征

5.1 地面變壓場分析

造成海北地區短時強降水的中尺度高壓（正變壓）生成的源地從祁連山區托勒附近；柴達木盆地東部的烏蘭、茶卡；青海湖南部的共和、興海附近等地區。生命史一般1～3 h，最長5 h，上述地區生成的地面中尺度天氣系統常造成海北地區的短時強降水，預報時效也只有2～3 h。

5.2 地面變溫場分析

短時強降水出現前3 h開始青海省北部的祁連山區到柴達木盆地東部一帶有負變溫（或弱的正變溫）中心發展東移，隨后青海省的東南部的玉樹、果洛一帶也有負變溫（或弱的正變溫）中心向東北方向移動，兩個負變溫（或弱的正變溫）中心前為正變溫區（即+△T1），正變溫區的中心就是負變溫移動的路徑，短時強降水就出現在變溫遞度較大、等值線較密集的地區。

5.3 單站水汽變化分析

短時暴雨出現前4 h水汽有明顯增加過程，隨著降水的來臨水汽增加不明顯；逐3 h和6 h水汽的變化來看，短時暴雨出現前2 h水汽有明顯增加過程，降水開始后水汽又趨向減少。而短時大雨出現前4 h水汽增加的特征比較明顯，隨著降水的來臨水汽增加和減少的趨勢接近；逐3 h和6 h水汽的變化來看，短時大雨出現前和1 h水汽的變化一致。

5.4 冰雹天氣地面要素場

造成冰雹天氣的中尺度高壓（正變壓）生成的源地有祁連山區托勒、門源附近；柴達木盆地東部的烏蘭、天峻一帶。生命史一般1～2 h，最長3 h，上述地區生成的地面中尺度天氣系統常造成海北地區冰雹天氣，預報時效也只有2～3 h。

5.5 短時強降水冰雹預報預警指標

出現短時強降水和冰雹天氣時與變壓和變溫逐小時變化有非常好的對應關系，因此選擇1 h變壓和變溫做為短時強降水和冰雹預報預警指標是可行的。當△P1≥0.1且△T≤0.1時，有短時強降水和冰雹天氣，利用以上指標試報情況可知，歷史擬合率為67.7%。

6 雷達圖上強對流單體指標

6.1 強降水的雷達回波指標

強降水回波徑向速度指標：強降水的速度回波整齊、對稱。強降水回波頂高指標：強降水回波頂高8～17 km。強降水垂直液態水含量指標：最大垂直液態水含量來看出現強降水時3～30 kg/m2。強降水風廓線產品指標：強降水時暖平流為主的濕度層較厚，可達2～6 km。

6.2 冰雹的雷達回波指標

冰雹回波強度指標：冰雹云的雷達回波強度最強，強的能達60 dBz甚至是65 dBz以上。同時，降雹時強回波中心較強降水處于中空或高度較高。冰雹徑向速度回波指標：冰雹云雷達回波徑向速度大于強降水時回波，分布尺度冰雹云也很小，徑向速度等值線分布較密集，切向梯度也較大。通過分析徑向速度分析風速和風向的變化來確定冰雹云。同時冰雹云的徑向速度回波中多存在中氣旋。冰雹回波頂高指標：冰雹云雷達回波的高度也是最高的，降雹時回波頂高均在工作9 km以上，且回波頂高會出現躍增現象。冰雹垂直液態水含量指標：降雹時最大值均超過25 kg/m2，并且存在突然增大后減小的現象。

7 海北強對流天氣預報、預警方法

7.1 海北強降水天氣預報、預警

7.1.1 高原低槽型

天氣形勢：500 hPa圖上高原低槽在青海省西部，印度半島有南支槽存在，鋒區南壓至海北州上空，地面冷鋒配合。衛星云圖：面積較大的片狀或帶狀云系自西向東移動，但移速較慢，在海北上空停滯時間也較長。雷達回波圖：此種類型天氣雷達回波上以混合云系為主，強度40～45 dBz。

7.1.2 副高東撤型

天氣形勢：500 hPa圖上青海省東部為穩定的西太平洋副高邊緣的584線或586線控制，西部為低槽活動。衛星云圖：通常是由多個強對流云團在青海省西部生成，東移過程中逐漸合并，變成大片云系。雷達回波圖：開始以對流單體為主，強度45 dBz以上，高度也較高達8 km，隨著底層低云的發展，對流單體合并同時與低云疊置，可轉變為混合性降水回波。

7.2 冰雹天氣預報、預警方法

7.2.1 海北冰雹天氣預報、預警

（1）高原冷槽型。天氣形勢：蒙古低壓槽的存在及其配合的冷溫槽的位置和強度，一般應達到-20 ℃左右。若地面配合冷鋒，鋒前暖空氣易形成對流云而產生冰雹。衛星云圖：對流單體發展合并為混合云系，其中有較明顯的對流云存在。雷達回波圖上對流云的強度較強，高度也較高達，強中心的面積較大，混合云中有強對流單體而產生冰雹，而在降雹前都有明顯的弱回波或有界弱回波區。

（2）西北氣流型。天氣形勢：新疆脊處于80～90°E，脊前西北氣流直達90°E附近。衛星云圖：以對流云系為主，有時幾塊對流云相結合增強。雷達回波圖上對流云的強度、高度及強中心的面積值均較小，但對流回波維持時間較長，對流云生消交替發展，有明顯的弱回波區和V型缺口。此類型中冰雹可能與強降水、雷雨大風等天氣一同出現。

7.2.2 海北冰雹臨近預報判據指標

強度大于45 dBz，一般在55 dBz左右；有超級單體特征；多個單體合并為對流云帶或云塊；冰雹云的特征：弱回波區、有界弱回波、“V”字型缺口、中氣旋；回波頂高會出現躍增現象，這一現象出現在地面降雹前，對冰雹的預報有一定的指示意義。

參考文獻

[1]陶詩言，等.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980：1-10.

[2]畢寶貴.“02.6”陜南大暴雨的結構及成因分析[J].高原氣象，2006，25（1）：34-44.

（責任編輯：劉昀）