清遠(yuǎn)市冰雹天氣個例庫的研發(fā)及應(yīng)用

清遠(yuǎn)市氣象局 張靖彬，何迪，顧曉，姚斯里

冰雹天氣對人們的生命財產(chǎn)會造成威脅，清遠(yuǎn)市位于廣東省的中北部、南嶺山脈南側(cè)與珠江三角洲的結(jié)合帶上，毗鄰廣州市，由于清遠(yuǎn)市季風(fēng)氣候顯著，進(jìn)退交替變化強烈，加上地形的復(fù)雜性，所以氣象災(zāi)害出現(xiàn)頻繁，冰雹是其中之一。清遠(yuǎn)地形對局地氣候的影響較明顯，特別是北部地形山區(qū)較多，在高山迎風(fēng)坡，當(dāng)?shù)孛婕訜釛l件滿足，垂直對流發(fā)展強烈時，當(dāng)?shù)氐姆e雨云就會發(fā)展成為冰雹云，造成冰雹災(zāi)害，由于冰雹形成和發(fā)展快，常常會給一些地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失，提高冰雹的預(yù)報預(yù)警能力，能有效減少冰雹天氣造成的危害。

實踐表明，對大量歷史上災(zāi)害性天氣個例的發(fā)生條件、結(jié)束原因等因素的統(tǒng)計分析有利于提高對其發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律的認(rèn)識。為了方便查詢、調(diào)取、總結(jié)，研發(fā)一個針對清遠(yuǎn)冰雹天氣個例庫系統(tǒng)，包含各類災(zāi)害性天氣高低空和地面天氣圖，有利于預(yù)報員分析各類災(zāi)害性天氣。同時，將冰雹天氣的天氣學(xué)成因輸入到該系統(tǒng)，便于存檔及新預(yù)報員學(xué)習(xí)。

一、資料與方法

收集清遠(yuǎn)近10年以來有冰雹災(zāi)情記錄報告為研究對象，主要根據(jù)冰雹災(zāi)情記錄，由當(dāng)?shù)貧庀笮畔T現(xiàn)場確定的冰雹記錄，建立清遠(yuǎn)冰雹天氣統(tǒng)計資料庫。在同一天內(nèi)記錄到多個地區(qū)或多個時段的冰雹時，記為一個冰雹日。

對記錄的冰雹個例進(jìn)行時間和空間的統(tǒng)計分析，運用探空、地面資料對出現(xiàn)的冰雹天氣進(jìn)行分型，利用MICAPS資料計算0℃及-20℃層高度、CAPE、K指數(shù)及SI指數(shù)等物理量進(jìn)行對比分析，運用配料法分析出現(xiàn)冰雹天氣的關(guān)鍵因子，將數(shù)據(jù)融入清遠(yuǎn)冰雹天氣統(tǒng)計資料庫，庫中還包含災(zāi)害性天氣發(fā)生日的高低空和地面天氣圖及相應(yīng)的天氣學(xué)分析結(jié)果，采用Micaps資料繪圖，包括500hPa、700hPa、850hPa和地面天氣圖。

二、清遠(yuǎn)市冰雹天氣個例庫的研發(fā)

（一）系統(tǒng)概述

“清遠(yuǎn)市冰雹天氣個例庫”包含2012-2021年發(fā)生在清遠(yuǎn)的冰雹天氣數(shù)據(jù)，目前共記有21個個例，系統(tǒng)包括冰雹天氣個例發(fā)生的時間、天氣描述、天氣圖及天氣形勢分析內(nèi)容等。

（二）技術(shù)路線與原理

使用WEB開發(fā)，提供程序供用戶訪問使用，對數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢及顯示。使用EXTJS2.0框架開發(fā)WEB程序前端，ASP.NET開發(fā)程序后臺。歷史個例數(shù)據(jù)采用EXCEL表格保存，作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)新的冰雹過程出現(xiàn)后，管理員可以直接在WEB服務(wù)器，按照個例整理的文件格式和圖片路徑，不斷添加新的冰雹個例，同時在EXCEL表格添加新的個例。通過此系統(tǒng)，可以查詢到2012年以來清遠(yuǎn)發(fā)生冰雹天氣的時間、天氣詳細(xì)情況描述、高空及地面天氣圖等詳細(xì)資料。

技術(shù)內(nèi)容：主要是應(yīng)用EXTJS2.0框架的各種類和對象，構(gòu)建美觀易操作的WEB頁面， 實 現(xiàn)RIA（Rich Internet Application ，富網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。包括有下拉框、文本框、表格、圖片框、按鈕等。同時利用AJAX技術(shù)進(jìn)行WEB程序前臺和后臺數(shù)據(jù)交互，將后臺業(yè)務(wù)運行結(jié)果顯示在前臺WEB頁面當(dāng)中。

技術(shù)方法及路線：采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端為WEB程序，采用IE瀏覽器的兼容模式運行平臺。B/S架構(gòu)維護比C/S容易，維護和升級系統(tǒng)只需對WEB后臺修改即可。同時操作系統(tǒng)自帶IE瀏覽器，客戶端不需要安裝其他額外的程序和插件。

后臺數(shù)據(jù)庫：EXCEL表格保存，應(yīng)用ASP.NET調(diào)用ADO.NET和Microsoft.jet.oledb.4.0訪問，使用SQL語音對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

（三）清遠(yuǎn)市冰雹天氣個例庫系統(tǒng)

打開WEB頁面，左邊為對個例的查詢，主要有3個查詢條件。在日期下拉框中自動讀取后臺已經(jīng)收集的個例出現(xiàn)日期，即選擇按個例日期查詢。另外一個下拉框是選擇按個例月份查詢。最后一個是文本框，為關(guān)鍵字模糊查詢，即查詢實況天氣描述中出現(xiàn)了關(guān)鍵字的記錄。

查詢結(jié)果在頁面右面以表格形式顯示，內(nèi)容有個例的編號、出現(xiàn)日期、出現(xiàn)的月份、天氣描述，以及零度層高度、負(fù)20度層高度、CAPE值、K指數(shù)值、SI指數(shù)值等各種冰雹天氣出現(xiàn)時的重要指標(biāo)值。雙擊任一條查詢記錄彈出窗口顯示更詳細(xì)信息，主要是顯示該個例的相關(guān)天氣形勢圖，包括有改條記錄的實況描述，還有各層次天氣圖、TlogP圖、冰雹實況圖等。

新增個例目前主要依靠管理員手動新增，因后臺數(shù)據(jù)庫為EXCEL表格，圖片也是按一定格式和路徑存放在服務(wù)器，錄入新個例時比較方便，普通預(yù)報員即可快速完成。以后可在系統(tǒng)新增個例錄入功能。

三、清遠(yuǎn)市冰雹天氣個例庫的應(yīng)用

通過對冰雹天氣的個例收集與總結(jié)分析，提高了預(yù)報員的預(yù)報能力，積累了預(yù)報經(jīng)驗，通過系統(tǒng)的個例查詢，為預(yù)報員判斷冰雹天氣提供了科學(xué)的依據(jù)。

（一）清遠(yuǎn)冰雹時空分布特征

從近10年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，清遠(yuǎn)冰雹的時空分布主要有以下特征：①對近10年的冰雹進(jìn)行了簡單的分析，近十年頻數(shù)是趨于增多（圖1）。②從冰雹出現(xiàn)的月份來看，冰雹主要出現(xiàn)在初春到初夏，進(jìn)入夏天急劇減少，2月最早，最遲7月也有出現(xiàn)，但是數(shù)量少，主要集中在3月到4月（圖2）。③從冰雹出現(xiàn)的時段看，呈現(xiàn)雙峰期，頻數(shù)最多的時段是從午后開始，集中在傍晚到前半夜的時間段，另一個時間是在早上（圖3）。④有較明顯的地區(qū)差異，主要出現(xiàn)在我市北部地區(qū)，而南部地區(qū)相對較少。

圖1 近10年冰雹頻次

圖2 冰雹出現(xiàn)月份的頻次

圖3 冰雹出現(xiàn)時段的頻次

（二）清遠(yuǎn)冰雹天氣形勢特征

在特定的天氣背景下，將產(chǎn)生有利于冰雹發(fā)展的環(huán)流形勢，李懷宇[1]等對2004年-2013年廣東冰雹天氣的形勢進(jìn)行了分析，總結(jié)出了廣東冰雹天氣的天氣形勢主要有3種典型的類型：鋒面低槽線型、暖區(qū)槽型、高架雷暴型，其他類型還有副高邊緣型、季風(fēng)槽、熱帶氣旋外圍。對近10年清遠(yuǎn)冰雹進(jìn)行分型，其中出現(xiàn)冰雹天氣最多的是鋒面低槽線型，其次是暖區(qū)槽型，最少是高架雷暴型。冰雹個例庫的建設(shè)也按照不同的天氣形勢進(jìn)行了分型，方便預(yù)報員快速分辨容易出現(xiàn)冰雹的天氣，下面選取了一些有影響的冰雹天氣進(jìn)行分析。

2016年4月17日，清遠(yuǎn)連南觀測站12點37分至12點45分錄得冰雹，最大直徑30毫米。本次過程屬于典型的鋒面低槽線型，500hpa上有高空槽過境，提供了動力抬升條件（如圖4），700hpa南風(fēng)急流輸送能量與水汽，提供不穩(wěn)定條件（如圖5），850hpa有切變南壓，中層觸發(fā)對流（如圖6），200hpa處于急流軸南側(cè)，高層輻散有利于強天氣的發(fā)生。地面有冷空氣滲透激發(fā)強對流天氣。

圖4 清遠(yuǎn)市冰雹出現(xiàn)次數(shù)

通過對個例庫的冰雹過程進(jìn)行總結(jié)和分析，提高了單位預(yù)報員的能力，預(yù)報員在強對流天氣過程時，可與個例庫中的天氣形勢進(jìn)行對比分析，找出兩者的相同與不同之處，為預(yù)報員判斷此次過程是否能出現(xiàn)冰雹提供了科學(xué)的依據(jù)。

（三）清遠(yuǎn)冰雹天氣物理量統(tǒng)計分析

在有利的環(huán)流形勢下，冰雹還需要有適宜的環(huán)境特征才能生長，因此對冰雹天氣的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過配料法找出對判別冰雹天氣有意義的參數(shù)和特征。樊李苗[2]等根據(jù)2005-2009年資料分析得出全國冰雹天氣0℃層和-20℃層高度分別約為4300m和7000m；張琳娜[3]等分析了2000-2009年北京地區(qū)冰雹的環(huán)境參數(shù)特征，發(fā)現(xiàn)0℃層高度約為3000-4500m，-20℃層約為6000-7500m，并指出了一些具有意義的氣象指標(biāo)；張信華[4]等根據(jù)不同季節(jié)選取冰雹天氣物理量值和確定閾值。

本文選取0℃和-20℃層高度、CAPE、K指數(shù)、SI指數(shù)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析（表1）。

表1 冰雹天氣個例環(huán)境參數(shù)

①冰雹天氣的0℃層高度介于之間3900-4800m，平均值為4365.5m，-20℃層高度介于之間，平均值為7300-8300m，平均值為7719m。②冰雹天氣的K指數(shù)介于之間7到42之間，跨度較大，但大部分都在30以上，平均值為33.4。③冰雹天氣的SI指數(shù)介于1--6之間，大部分為負(fù)值，平均值為-2℃。④冰雹天氣CAPE的分布范圍跨度也較大，大部分?jǐn)?shù)值超過1000，平均值為1171.6。

四、成果

清遠(yuǎn)市冰雹個例庫的建立可以提高清遠(yuǎn)市冰雹天氣的分析和預(yù)報能力，清遠(yuǎn)地處粵北山區(qū)，冰雹天氣多發(fā)，通過個例庫不斷擴充與整理，可以為本地冰雹天氣的預(yù)報及服務(wù)工作提供有力的技術(shù)保障與支撐，減輕此類氣象災(zāi)害帶來的損失，助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會的發(fā)展。本成果通過后續(xù)研究，可以擴充暴雨、雷雨大風(fēng)等強對流天氣的個例收集，提供更完整的災(zāi)害性天氣背景分析，為本地區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)提供更科學(xué)的依據(jù)，有利于增加氣象服務(wù)收益，促進(jìn)氣象防災(zāi)減災(zāi)工作的開展，應(yīng)用前景廣闊。