基于天氣雷達的隴縣冰雹易發區研究

龐 翻，張雪松

(寶雞市氣象局，陜西 寶雞 721006)

1 引言

隴縣是國家級扶貧開發農業縣，地處寶雞西北部山區，烤煙是隴縣山區脫貧致富的主要特色產業，但冰雹災害在隴縣尤為嚴重，成為了隴縣烤煙的最大自然威脅，其人工影響天氣作業的耗彈量占全市的2/3以上。因此，研究隴縣冰雹易發區分布對隴縣烤煙的種植區規劃和脫貧攻堅有現實的指導意義。

劉曉璐等利用逐日觀測資料分析了冰雹天氣的時空分布特征[1]，路亞奇等對冰雹的天氣特征進行了分析[2]，統計出隴東冰雹天氣概念模型，確立了物理量及雷達產品特征的預報指標，進行了效果檢驗。張磊等[3]，馬鴻青等[4]分別研究了歸納出南疆阿克蘇冰雹天氣發生前的環境條件和雹云雷達回波判識指標、典型冰雹日常用物理量參數的閾值，段藝萍等用模糊邏輯判斷方法確定防雹作業區域[5]。本文試圖通過常規資料確定出冰雹發生的預報指標，并利用指標對雷達解析后的1 km×1 km格點數據進行篩選和統計分析，得到隴縣精細化的冰雹易發區分布，且進行易發區分布的合理性探討，為政府部門提供種植區規劃的科學指導。

2 資料選取與處理

所用資料為1980～2016年寶雞隴縣各鄉鎮冰雹資料，2000～2016年西安探空站資料和2011～2015 年寶雞多普勒雷達資料。對多普勒雷達6個仰角每6 min的基本反射率產品進行解析，解析為1 km×1 km的格點數據，格點數據包含經緯度、時間、回波強度、高度數據信息。合并同一時刻、同一格點上的6個仰角數據，保留最大回波強度，及其所附帶的經緯度、高度數據。

3 算法的設計

通過隴縣各鄉鎮冰雹觀測資料和西安探空站資料分析出隴縣發生冰雹時0 ℃層的最低高度，結合俞小鼎等指出的冰雹雷達回波強度必須≥45 dBz這個指標[6]，利用這兩個閾值指標對解析后的多普勒雷達數據進行篩選，篩選出可能發生冰雹的格點數據，對格點數據進行統計分析，得到隴縣地區可能發生冰雹的等值線圖，對冰雹高值區進行分析，進而確定冰雹易發區。

4 冰雹易發區分析

4.1 0 ℃層高度和數據篩選

利用2000～2016年隴縣各鄉鎮冰雹日觀測資料和相對應日西安探空站資料的0 ℃層高度進行統計，發現隴縣發生冰雹時，0 ℃層高度最低為4 km。結合冰雹發生的閾值指標：強度≥45 dBz、高度>4 km，對雷達整合后的格點數據產品進行篩選，得到隴縣可能發生冰雹的格點數據，對數據進行統計分析。

4.2 格點數據分析

4.2.1 全數據分析

通過2011～2015 年符合閾值指標的隴縣格點數據等值線圖(圖1)可以看到，其高值區在隴縣關山牧場西部。首先，其高值區的范圍和冰雹實況資料嚴重不符；其次，分析關山牧場西部這塊經緯度內的數據發現，其發生頻次值在1000～8000之間。假設一次冰雹過程為12 min，5年1000頻次相當于每年100次冰雹過程，這也和冰雹實況資料嚴重不符。因此，可以判斷出此區域符合閾值指標的格點數據為雜波導致。

圖1 隴縣2011～2015 年全數據格點頻次空間分布

4.2.2 部分數據分析

由于不可信的高頻次格點數據的影響，使隴縣冰雹易發頻次等值線失真。因此，去掉1000頻次以上的格點數據。另外，去掉既不影響高易發頻次，又使等值線合理的50頻次以下的數據，繪圖如圖2。通過圖2可以發現，隴縣冰雹易發區總體趨勢為北多南少，外圍多中間少。隴縣冰雹高易發區域主要有5個：第一區，火燒寨鄉—李家河鄉—河北鄉；第二區，固關鎮；第三區，東風鎮—八渡鎮；第四區，隴縣縣城；第五區，關山鄉。且高易發區頻次從第一區到第五區依次降序排列。

圖2 隴縣2011～2015 年部分數據格點頻次空間分布

5 合理性分析

5.1 和冰雹實況資料對比

1980～2016年間，隴縣各鄉鎮發生冰雹次數在3～43次之間，隴縣冰雹空間特征為北多南少(圖3)，由北向南遞減。其中，新集川最多，為43次，其次為火燒寨34次，河北、李家河、固關數量相當，為30次，最少為杜陽鎮3次。這和圖2所示隴縣冰雹易發區的總體趨勢基本一致，圖3中溫水鎮和杜陽鎮的低值中心和圖2也有較好的對應關系。

圖3 隴縣1980～2016年各鄉鎮冰雹次數空間分布

5.2 和地形對比分析

通過對比圖2和圖4可以發現，第一區、第二區、第三區和谷道地形一一對應，第四區為谷道匯合處，這和杜繼穩等指出的“山區地貌對冰雹的約束作用：雹云逢山口而入；雹云沿谷道而行；谷道匯合處雹云相接并加強”吻合[7]。但是，第五區和地形對應不明顯。

圖4 隴縣GIS高程圖

6 結語

通過常規資料分析出隴縣發生冰雹時0 ℃層的最低高度這個閾值指標，結合冰雹的雷達回波強度必須≥45 dBz這個閾值條件，對解析后的1 km×1 km多普勒雷達數據進行篩選、統計分析可以得到隴縣精細化的冰雹易發區分布，易發區的總體特征為北多南少、外圍多中間少，具體呈現為5個高易發區，且易發區特征基本通過合理性驗證。

由于冰雹觀測資料的局限性、雜波分析時區域集中性，以及本方法的非全面性，可能會導致結論與實際之間存在誤差，在所難免。