新疆石河子垦区沙漠边缘地带冰雹天气的多普勒天气雷达产品预警指标初探

（石河子气象局，石河子市，832000） 魏 勇 鲁学浩

新疆石河子垦区沙漠边缘地带的地形、地貌特征复杂，气候条件独特多变，冰雹等气象灾害频发。新疆石河子垦区沙漠边缘地带共有8个团场（136团、134团、133团、121团、150团、148团、149团、147团），是石河子垦区防雹的前沿团场，更是石河子垦区防雹重点区域，据统计石河子垦区70%左右的冰雹天气发生在沙漠边缘地带的团场，为了更好的应对石河子垦区沙漠边缘地带严峻的人影防雹形势，迫切要求我们做好对石河子垦区沙漠边缘地带的冰雹天气的预警指标的研究和建立工作，更加科学有效的进行人影防雹，减少冰雹灾害，提高为农服务效益及气象防灾减灾的综合能力，对保障石河子垦区的农业的持续、稳定发展，具有十分重要的意义。

1 雷达组合反射率因子（CR）和反射率因子剖面（RCS）及回波顶高特征

通过对2006～2015年发生在新疆石河子垦区沙漠边缘地带20次冰雹天气的组合反射率因子（CR）、反射率因子剖面（RCS）及回波顶高特征进行统计分析得出：石河子垦区沙漠边缘地带冰雹出现时，回波强度一般大于60dBz，回波顶高度大于9k，且冰雹的大小和回波强度、回波顶高度及大于55dBz强回波的范围成正比；-20℃等温线以上超过45dBz的反射率因子的出现,能够提前近15—30min提示冰雹预警。由于春、夏两季特征层高度的差别，同时为了体现石河子人影防雹以防为主的中心理念。将春季石河子垦区沙漠边缘地带对流云的雷达回波强度定为45dBz，回波顶高度定为7km，-20℃等温线以上超过45dBz的反射率因子的出现，作为春季冰雹预警指标；将夏季石河子垦区沙漠边缘地带对流云的雷达回波强度定为50dBz，回波顶高度定为8km，-20℃等温线以上超过45dBz的反射率因子的出现，作为夏季冰雹预警指标。通过2016年石河子垦区防雹的实践检验，2016年出现了30次对流天气，通过早期防御，提前作业，石河子垦区仅出现了2场冰雹天气，造成少量的冰雹灾情，而这2场冰雹天气造成灾害的原因是强对流单体已在上游地区产生了成熟的冰雹云,到达石河子垦区的防区时已经开始降雹，造成了局地的雹灾。

2 基本径向速度（V）特征

通过对发生在新疆石河子垦区沙漠边缘地带20次冰雹天气的基本径向速度特征进行了统计和分析得出：低层辐合，高层辐散预示强对流天气的发生；逆风区的出现预示强对流天气进一步的发展和加强，当对流单体的强中心进入“逆风区”后，强烈的辐合上升运动不断将低层丰沛的暖湿气流带往中高层，对流发展继续增强，维持时间增长，强度和强回波范围迅速增大，从而形成冰雹等强对流天气；当中气旋出现时，一般预示超级风暴单体的出现，风切变达到极值，冰雹云发展成熟，从而产生冰雹天气。通过统计分析得出：速度场特征能提前15min到30min对强对流天气提示预警，对冰雹天气预警有一定的指示意义。

3 垂直累积液态含水量VIL

垂直累积液态含水量（VIL）是判别强降水及其降水潜力、强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气的有效工具之一[1]。通过对发生在新疆石河子垦区沙漠边缘地带20次冰雹天气的垂直累积液态含水量VIL特征进行了统计和分析得出：垂直累积液态水含量(VIL)从陡增到陡降的过程和冰雹天气形成和减弱过程有着密切的关系。20次冰雹天气的垂直累积液态水含量(VIL)最小值的15kg·m-2，所以当VIL陡增到大于15kg·m-2时，强对流天气形成冰雹的概率较大。冰雹的大小和降雹区与组合反射率CR和VIL值的中心值的大小和强中心区域有着很好的相对应的关系。

4 风暴跟踪信息（STI）特征

准确的风暴识别和跟踪是雷达及强天气预警的基本组成部分。多普勒天气雷达提供的风暴跟踪信息产品反映了所探测到的每个风暴单体各种跟踪信息，包括风暴单体现在的位置、过去1小时中的实况位置和未来1小时每隔15分钟的位置以及风暴移动的速度和方向等信息[2]。通过对发生在新疆石河子垦区沙漠边缘地带20次冰雹天气过程中风暴跟踪信息（STI）产品进行对比分析，发现风暴跟踪信息（STI）产品对冰雹预报有一定的指示作用。需要注意的是如果在风暴跟踪信息(STI)图中出现多个风暴单体，一定要选择和在雷达反射率因子（Z）图的强中心所对应得风暴中心进行跟踪观测，这样就可以很好跟踪和预测强对流风暴的发展和移动方向；通过将风暴跟踪信息（STI）产品和和组合反射率CR产品结合使用，能提前预报强对流天气移动的速度和方向，从而有利于冰雹天气的临近预警。由此可知，风暴跟踪信息产品对于短时间内的预报强对流天气移动的速度和方向以及降水落区具有很好的指示作用。

5 中气旋（M）产品

中气旋产品是用来显示与三种方位切变类型的识别有关的信息，即非相关切变，三维的相关切变及中气旋[2]。我们对发生在新疆石河子垦区沙漠边缘地带20次冰雹天气过程的中气旋（M）产品进行对比分析得出：当单个体扫中的中尺度气旋产品出现中气旋时，误报率较高。但在基本径向速度场出现低层辐合高层辐散特征时，同时在中气旋产品中连续3次以上在相同的区域出现中气旋，出现冰雹等强对流天气的概率在90%以上。将中气旋（M）产品和径向速度配合使用时对冰雹天气的预警有定的指导作用。

6 冰雹指数(HI)和1h累积降水量(OHP)

新一代天气雷达的冰雹探测算法HDA(Hail Detection Algorithm)是通过寻找风暴单体中冻结层之上的高反射率因子以获得导出产品—冰雹指数HI[3]。在HI图中，小的空的或实的绿色三角是来表示冰雹概率POH，而大的空的或实的绿色三角是来表示强冰雹概率POSH，无论大小三角形显示都必须超过“最小显示阙值”，而且三角是空心的还是实心的都要取决于“填充阙值”，其空心和实心的阙值通常分别为30%和50%。通过对20次冰雹天气过程中冰雹指数产品的统计分析，得出冰雹指数对冰雹预警有一定的指示意义，但误报较多。当出现POH=100、POSH=100、SMEH≥3cm的实心冰雹指数产品出现时，对应的强对流单体有产生冰雹的可能，应进行连续观测。将冰雹指数HI产品结合垂直累积液态含水量VIL产品及组合反射率CR产品综合使用，将对提高冰雹等强对流天气预报的准确性和时效性具有很大的帮助。同时通过对20次冰雹天气过程中1h累积降水量(OHP)产品进行统计分析，得出OHP值的跃增和强对流云的发展有对应关系，同时OHP值大值区和强对流天气产生的降水落区和冰雹落区有一定联系，对冰雹落区有一定的指示意义。

7 总结

新疆石河子垦区沙漠边缘地带的雷达组合反射率因子（CR）和反射率因子剖面（RCS）及回波顶高的预警指标为：春季对流云的雷达回波强度为45dBz，回波顶高度为7km，-20℃等温线以上超过45dBz的反射率因子的出现；夏季对流云的雷达回波强度为50dBz，回波顶高度为8km，-20℃等温线以上超过45dBz的反射率因子的出现。

新疆石河子垦区沙漠边缘地带速度场的变化特征，对冰雹天气的临近预警有一定指导意义。

新疆石河子垦区沙漠边缘地带的垂直累积液态水含量(VIL)的陡增到陡降的过程和冰雹天气形成和减弱有着密切的关系，VIL值大于15kg·m-2时，将有冰雹出现的可能；VIL值的大小与冰雹的直径成正比，其高值区范围的大小与降水量成正比。

中尺度气旋产品、冰雹指数HI产品和1h累积降水量等产品都能在石河子地区沙漠边缘地带出现冰雹天气出现前一定提示作用，在实际工作中有一定的指导意义。

[1]付双喜,安林,康凤琴,等.VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析[J]高原气象,2004,23(6):810-814.

[2]俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].气象出版社,2006:93-96.

[3]OTB,OSF.WSR-88DOPERATIONSCOURSE,1997.5:T0PlC8.102-108.