錦州地區(qū)冰雹氣候特征及潛勢(shì)預(yù)報(bào)方法研究

周福然　白雪　張翠艷　溫舟　婁芳蕾　徐玉秀

摘要：利用2003—2017年常規(guī)觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)和分析了錦州地區(qū)41次冰雹天氣過程的氣候特征，通過對(duì)物理量和雷達(dá)產(chǎn)品的分析，確定冰雹天氣過程的物理量閾值，得出了冰雹的預(yù)報(bào)方法，確定了短臨預(yù)警指標(biāo)。結(jié)果表明，錦州冰雹日數(shù)年際變化呈總體減少趨勢(shì)，月分布呈雙峰型，日變化十分明顯，冰雹天氣的局地性很強(qiáng)，總體呈現(xiàn)南多北少的特征。T850-T500、TT、SSI、0℃層和-20℃層厚度、K指數(shù)、SI指數(shù)對(duì)錦州地區(qū)冰雹天氣的發(fā)生有較好的指示意義，利用指標(biāo)疊套法進(jìn)行冰雹潛勢(shì)預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞：冰雹;物理量;指標(biāo)疊套法

1緒論

冰雹是一種中小尺度系統(tǒng)，具有尺度小、突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成嚴(yán)重的影響。多年來，國(guó)內(nèi)許多專家致力于冰雹預(yù)報(bào)的研究，且已取得很大進(jìn)展。冰雹天氣過程發(fā)展迅速，目前錦州地區(qū)冰雹天氣還是以監(jiān)測(cè)為主，因此，對(duì)冰雹天氣預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究，建立適合錦州地區(qū)的本地化預(yù)報(bào)方法，為今后預(yù)報(bào)提供參考，從而提高冰雹預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，進(jìn)而減少冰雹災(zāi)害帶來的損失。

2資料和雹日標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)

2.1資料

選取了錦州地區(qū)5個(gè)觀測(cè)站2003—2017年的常規(guī)觀測(cè)資料，高空資料選用的是錦州站的探空資料。

2.2雹日標(biāo)準(zhǔn)

某日中有≥1個(gè)站出現(xiàn)冰雹，將該日定為冰雹日。

3冰雹氣候特征

3.1時(shí)間分布特征

3.1.1冰雹日數(shù)的年際變化從2003—2017年冰雹出現(xiàn)次數(shù)可以看出錦州冰雹日數(shù)呈總體減少趨勢(shì)，其中，2005年、2012年最多，為6次，從圖1可以看出錦州冰雹次數(shù)的年變化較大，年平均冰雹日數(shù)為2.7。

3.1.2冰雹日數(shù)的月分布

錦州地區(qū)冰雹一般出現(xiàn)在春末夏初和秋季，5～6月和9～10月為高發(fā)期，呈雙峰型分布。5～6月降雹概率最大，與春季冷暖空氣活動(dòng)頻繁，0℃層和-20℃層高度比較適宜有關(guān)，受東北冷渦影響，冷暖空氣在錦州地區(qū)交匯，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，水汽條件和熱力條件適宜，配合觸發(fā)機(jī)制，從而形成局地的冰雹天氣。7～8月錦州受高空槽和副熱帶高壓影響，以穩(wěn)定性降雨為主。9～10月冰雹次數(shù)較少，冷空氣勢(shì)力比較弱，0℃層高度比較高，對(duì)冰雹落到地面非常不利。

3.1.3冰雹日數(shù)的日分布

由圖3可以看出錦州冰雹日分布規(guī)律明顯，大多數(shù)出現(xiàn)在中午至傍晚。12～18時(shí)降雹次數(shù)占總降雹數(shù)的84%，其中以12時(shí)和16時(shí)出現(xiàn)最多。這主要是由于中午至傍晚地面受熱對(duì)流旺盛，不穩(wěn)定層結(jié)建立，水汽條件和熱力條件適宜，產(chǎn)生冰雹天氣。

3.1.4冰雹初、終日

冰雹初日一般出現(xiàn)在3月到6月，出現(xiàn)最早的是2008年3月30日，出現(xiàn)在錦州，冰雹終日一般出現(xiàn)在9月到11月，出現(xiàn)最晚的是2010年11月11日，出現(xiàn)在錦州。

3.2空間分布特征

3.2.1冰雹日數(shù)的空間分布

錦州地區(qū)各站冰雹日數(shù)分布地域差異明顯，錦州市出現(xiàn)的次數(shù)最多，為17次，北鎮(zhèn)最少，為5次，總體呈現(xiàn)出南多北少的特征。

3.2.2冰雹局地性特征

若某一日中有大于3個(gè)站出現(xiàn)冰雹，則定義為一次區(qū)域性冰雹過程，若某一日中有小于等于2個(gè)站出現(xiàn)冰雹，則定義為一次局地性冰雹過程，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)41次冰雹天氣過程，有3次區(qū)域性冰雹過程，其余38次均為局地性冰雹天氣過程。

4物理量分析

4.1不穩(wěn)定條件分析

選取錦州站探空資料，將物理量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)T₈₅₀-T₅₀₀、TT、SSI、0℃層和-20℃層厚度、K指數(shù)、SI指數(shù)對(duì)錦州地區(qū)冰雹的潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供了很好的參考。

AT=T₈₅₀-T₅₀₀，AT值越大，表明上冷下暖越顯著，越有利于對(duì)流的發(fā)展。

總指數(shù)TT：表征大氣溫濕特征的指數(shù)，TT越大，表示越不穩(wěn)定。

風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI：表達(dá)了浮力能和垂直風(fēng)切變之間的線性關(guān)系，是一個(gè)無量綱數(shù)。

適當(dāng)?shù)?℃層高度是冰雹增長(zhǎng)和降落的主要條件之一，通過分析錦州站探空資料得出，41次冰雹天氣過程的0℃層高度范圍1300～4400m，平均高度3212m;-20℃層高度范4200～7500m，平均高度6220m;0～-20℃厚度范圍2400～3500m，平均厚度3008m。

K指數(shù)：在反映氣層不穩(wěn)定程度的同時(shí)考慮了中低層的水汽條件，反映對(duì)流層中低層的溫濕分布對(duì)穩(wěn)定度的影響。一般K指數(shù)越大，表示大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。

沙氏指數(shù)SI：是反映大氣狀況的一個(gè)指數(shù)。SI>0表示大氣層結(jié)較穩(wěn)定，SI<0℃，表示大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大。

4.2水汽條件分析

通過分析錦州站探空資料發(fā)現(xiàn)，冰雹發(fā)生前錦州大部分地區(qū)850hPa為濕區(qū)，500hPa降雹處為干區(qū)，滿足上干下濕的不穩(wěn)定條件，可以看出干侵入對(duì)冰雹天氣有指示意義。

4.3垂直風(fēng)切變

垂直風(fēng)切變是維系冰雹發(fā)生發(fā)展的必要條件。通過對(duì)冰雹個(gè)例的分析，冰雹天氣的形成和發(fā)展過程中，存在強(qiáng)烈的垂直風(fēng)切變。

4.4觸發(fā)條件分析

冰雹的主要觸發(fā)條件有地面冷鋒、輻合線、干線。

5冰雹潛勢(shì)預(yù)報(bào)方法的建立

5.1預(yù)報(bào)因子的選取和物理量閾值的確定

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，選取穩(wěn)定性較好、剔除離散度較大的物理量，篩選出T₈₅₀-T₅₀₀、TT、SSI、0℃層和-20℃層厚度AH、K指數(shù)、SI作為錦州地區(qū)冰雹天氣預(yù)報(bào)因子。

5.2冰雹預(yù)報(bào)方法

采用指標(biāo)疊套法進(jìn)行錦州地區(qū)冰雹天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)，采用專家打分設(shè)定每個(gè)因子的權(quán)重，T₈₅₀-T₅₀₀、TT、SSI、ΔH、K以50百分位以上設(shè)定為100%權(quán)重，25百分位到50百分位設(shè)定為50%權(quán)重，SI以50百分位以下設(shè)定為100%權(quán)重，50百分位到70百分位設(shè)定為50%權(quán)重。把6個(gè)預(yù)報(bào)因子的權(quán)重相加，得出累加值的范圍為0～100，越大代表出現(xiàn)冰雹的概率越高。當(dāng)累加值P≥60，預(yù)報(bào)當(dāng)天有冰雹天氣。

6結(jié)論

（1）2003—2017年錦州冰雹日數(shù)年際變化呈總體減少趨勢(shì)，月際變化呈明顯的雙峰型分布，錦州冰雹次數(shù)日變化十分明顯。冰雹的局地性很強(qiáng)，存在地域差異，總體呈現(xiàn)出南多北少的特征。

（2）T850-T500、TT、SSI、0℃層和-20℃層厚度ΔH、K指數(shù)、SI對(duì)冰雹天氣發(fā)生有較好的指示意義，作為預(yù)報(bào)因子，采用指標(biāo)疊套法進(jìn)行冰雹潛勢(shì)預(yù)報(bào)。

作者簡(jiǎn)介：周福然（1986— ），男，蒙古族，遼寧朝陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：短期天氣預(yù)報(bào)。