雹暴短期預報技術研究

孫令東

（巴彥淖爾市氣象局，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 預報所用的資料

1.1 天氣圖資料

包括環流形勢、天氣系統、指標站及各等壓面圖上的各種氣象要素和物理量場資料。

1.2 單站資料

多使用本地區代表站的探空、測風和地面資料。一般僅用前期的單站資料做預報是不夠的，必須考慮未來的變化，所以常和天氣圖資料配合使用。

1.3 數值預報產品資料

包括各等壓面上的各種氣象要素場和物理量場的數值預報產品。

1.4 衛星云圖資料

主要是根據云圖上出現的小范圍對流云團的亮度和范圍，預報降雹的可能性，有的方法根據云圖提出降雹云系模型和一些預報判據。

1.5 雷達探測資料

利用雷達資料制作冰雹的短時預報，其近幾年也有很大的發展，比如提出了多種識別冰雹云的方法，包括簡單指標法、多因子綜合相關法等；對雹云降雹部位、可能降雹回波的識別及降雹時間和降雹強度的預報也進行了很多工作。

2 統計學方法

預報因子的選擇是很重要的，冰雹天氣預報的質量雖然與預報方法有關，但因子選擇是統計預報的基礎。選擇因子時，應從冰雹形成的物理原因、天氣背景、地理特征、氣候和季節等因素出發，以預報員經驗、大量的個例分析及統計分析結果為線索，選用有物理基礎的、相關較好、歷史概括率高、穩定可靠的因子作為預報因子。建立指標時，要遵守“指標準確率要高于氣候概率”的原則，最好高于10%以上，否則將失去預報意義。由于冰雹形成的環境是多種多樣的，影響因子很多，所以除了適當分型外，還應按照冰雹形成的動力、熱力、水汽及云霧物理條件等方面綜合考慮。

近幾年來，許多氣象臺站在日常預報中，幾乎使用了所有的常用統計預報方法，比如逐步回歸法、判別分析法、多因子交叉相關方法；把單個預報因子組成復合預報因子、再組成定性判別的回歸方程，取得了較好的預報效果。其中，多張點聚圖通過法、逐次得分判別法、非線性函數及肯定度函數法，不僅對小概率事件統計預報方法增添了新的內容，而且在理論和方法上也有新的提高和改進，對提高預報水平起到了一定作用。

3 天氣學方法

通常情況下，應用降雹天氣系統模式預報降雹，一般以500 hPa形勢為主，結合要素分布，建立多種冰雹預報模式，其中包括西北氣流型、冷渦型、冷槽型、階梯槽型、橫槽切變型、暖切變型等，模式中的要素有500 hPa急流、850 hPa溫度露點差、500 hPa干舌、850 hPa溫度減500 hPa溫度及地面和低層系統的配置等指標。也可利用數值預報資料產品，建立同時性的冰雹預報的天氣學模式。

4 積云動力學方法

4.1 物理方法

根據冰雹生成的原理、過程、條件及降落到地面前的影響因素而建立的預報方法。雖然目前對冰雹形成的機制還缺乏充分了解，但這種方法還是有一定物理基礎的，認為冰雹的形成與最大上升速度、過冷卻水滴含量及溫度狀況有密切關系。近年來，各地的氣象工作者找出了一些適合當地的預報指標，利用單站探空曲線，計算最大上升速度Wmax，并以Wmax和Tmax（Wmax高度處的溫度）為坐標，制作點聚圖，預報冰雹的有無。

4.2 積云模式法

近年來，已逐步把各種積云模式用到雹暴分析和預報中，進行冰雹大小和有無預報。有的對定常、非定常及考慮地形影響的積云模式進行試驗，并用一維定常積云模式，計算與降雹有關的各種物理量，用于冰雹預報，采用點聚圖過濾法，分月份找出冰雹預報指標。

5 天氣型的模糊集合和模糊運算

取Xi（xij）為實況圖起報區上影響系統的模糊集，Yi（yij）為數值預報圖起報區上影響系統模糊集。i為模糊集的序數，j為元素的時間序列，每次預報只要取該時次的元素參加運算即可。

5.1 選取模糊集和隸屬度條件

X1（x1j）：850 hPa有正槽槽線及槽前為非冷平流。X2（x2j）：地面有正槽及鋒面。

X3（x3j）：從低層低槽到赤峰500 hPa為西北氣流。

Y1（y1j）：850 hPa有正槽槽線（由風向切變判斷），槽前風速＜12 m/s，且△T24≥0℃。

Y2（y2j）：地面有正槽區，低槽前相應的850 hPa西南風速＜12 m/s。

Y3（y3j）：500 hPa 在 40～48°N、112～123°E，起報區為西北氣流。

Y12（y12j）：700 hPa起報區至少部分ω＜0.

5.2 建立模糊運算

思路：①850 hPa和地面的條件是等價的，兩者之一滿足就可以。②使用實況圖單獨作預報的準確率在70%～80%，用日本的天氣形勢數值預報圖作預報的準確率估計在80%左右，可認為兩者權重相同。因此，認定其中一個條件模糊、另一個條件符合，則預報有雹；若一個條件不符合，另一個條件符合，則預報無雹。③高、低空條件和700 hPa垂直速度條件需同時滿足。根據上述思路，模糊運算為：

隸屬度規定為：

同理，建立其它天氣型的模糊運算，隸屬度規定同上。

5.3 前傾槽型

X4（x4j）：同X1.

X5（x5j）：同X2.

X6（x6j）：500 hPa有槽，槽前高壓脊明顯，槽線位置比850 hPa槽線或地面冷鋒超前3個緯距以上。

Y4（y4j）：同yl.

Y5（y5j）：同y2.

Y6（y6j）：500 hPa 在 40～48°N、112～125°E，起報區有槽，槽前高壓脊明顯，槽線位置比850 hPa槽線或地面冷鋒超前3個緯距以上。

模糊運算為：

5.4 冷渦型

X7（x7j）：850 hPa 在 45～50°N、115～120°E（包括貝加爾湖地區）起報區有冷低壓中心。

X8（x8j）：500 hPa在上述預報區內有冷低壓中心，且850 hPa中心近于重合，其東南側氣流的氣旋性曲率比前一時次加大。

Y7（y7j）：850 hPa 有冷渦。

Y8（y8j）：500 hPa冷渦中心近于和850 hPa冷渦重合。

模糊運算為：

5.5 重疊槽和后傾槽型

X9（x9j）：850 hPa有從西北或偏北方向移來的正槽，且槽前為非冷平流。

X10（x10j）：地面有正槽及從西北或偏北方向移來的冷鋒。

X11（x11j）：500 hPa有低槽，槽前高壓脊明顯，500 hPa和850 hPa槽線重疊（水平距離≤2個緯距）或后傾，且T500＜－6℃。

Y9（y9j）：850 hPa有正槽從西北或偏北方向移來，槽前風速＜12 m/s，且△T24＞0℃。赤峰南側沒有低值系統和正槽結合。

Y10（y10j）：地面有正槽及從西北或偏北方向移來的冷鋒，赤峰南側沒有低值系統和正槽結合，且850 hPa槽前風速＜12 m/s。

Y1l（yllj）：500 hPa 有槽。

模糊運算為：

上述4種天氣型只要其中一型運算結果為1，則預報有雹；如果都小于1，則預報無雹。

［1］毛恒青，王建.集合預報業務使用現狀和趨勢［J］.氣象，2000，26（06）：24-29.

［2］李澤春，陳德輝.氣象中心集合數值預報業務系統的發展及應用［J］.應用氣象學報，2002，13（01）：1-15.