基于天气雷达的陇县冰雹易发区研究

庞 翻，张雪松

(宝鸡市气象局，陕西 宝鸡 721006)

1 引言

陇县是国家级扶贫开发农业县，地处宝鸡西北部山区，烤烟是陇县山区脱贫致富的主要特色产业，但冰雹灾害在陇县尤为严重，成为了陇县烤烟的最大自然威胁，其人工影响天气作业的耗弹量占全市的2/3以上。因此，研究陇县冰雹易发区分布对陇县烤烟的种植区规划和脱贫攻坚有现实的指导意义。

刘晓璐等利用逐日观测资料分析了冰雹天气的时空分布特征[1]，路亚奇等对冰雹的天气特征进行了分析[2]，统计出陇东冰雹天气概念模型，确立了物理量及雷达产品特征的预报指标，进行了效果检验。张磊等[3]，马鸿青等[4]分别研究了归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标、典型冰雹日常用物理量参数的阈值，段艺萍等用模糊逻辑判断方法确定防雹作业区域[5]。本文试图通过常规资料确定出冰雹发生的预报指标，并利用指标对雷达解析后的1 km×1 km格点数据进行筛选和统计分析，得到陇县精细化的冰雹易发区分布，且进行易发区分布的合理性探讨，为政府部门提供种植区规划的科学指导。

2 资料选取与处理

所用资料为1980～2016年宝鸡陇县各乡镇冰雹资料，2000～2016年西安探空站资料和2011～2015 年宝鸡多普勒雷达资料。对多普勒雷达6个仰角每6 min的基本反射率产品进行解析，解析为1 km×1 km的格点数据，格点数据包含经纬度、时间、回波强度、高度数据信息。合并同一时刻、同一格点上的6个仰角数据，保留最大回波强度，及其所附带的经纬度、高度数据。

3 算法的设计

通过陇县各乡镇冰雹观测资料和西安探空站资料分析出陇县发生冰雹时0 ℃层的最低高度，结合俞小鼎等指出的冰雹雷达回波强度必须≥45 dBz这个指标[6]，利用这两个阈值指标对解析后的多普勒雷达数据进行筛选，筛选出可能发生冰雹的格点数据，对格点数据进行统计分析，得到陇县地区可能发生冰雹的等值线图，对冰雹高值区进行分析，进而确定冰雹易发区。

4 冰雹易发区分析

4.1 0 ℃层高度和数据筛选

利用2000～2016年陇县各乡镇冰雹日观测资料和相对应日西安探空站资料的0 ℃层高度进行统计，发现陇县发生冰雹时，0 ℃层高度最低为4 km。结合冰雹发生的阈值指标：强度≥45 dBz、高度>4 km，对雷达整合后的格点数据产品进行筛选，得到陇县可能发生冰雹的格点数据，对数据进行统计分析。

4.2 格点数据分析

4.2.1 全数据分析

通过2011～2015 年符合阈值指标的陇县格点数据等值线图(图1)可以看到，其高值区在陇县关山牧场西部。首先，其高值区的范围和冰雹实况资料严重不符；其次，分析关山牧场西部这块经纬度内的数据发现，其发生频次值在1000～8000之间。假设一次冰雹过程为12 min，5年1000频次相当于每年100次冰雹过程，这也和冰雹实况资料严重不符。因此，可以判断出此区域符合阈值指标的格点数据为杂波导致。

图1 陇县2011～2015 年全数据格点频次空间分布

4.2.2 部分数据分析

由于不可信的高频次格点数据的影响，使陇县冰雹易发频次等值线失真。因此，去掉1000频次以上的格点数据。另外，去掉既不影响高易发频次，又使等值线合理的50频次以下的数据，绘图如图2。通过图2可以发现，陇县冰雹易发区总体趋势为北多南少，外围多中间少。陇县冰雹高易发区域主要有5个：第一区，火烧寨乡—李家河乡—河北乡；第二区，固关镇；第三区，东风镇—八渡镇；第四区，陇县县城；第五区，关山乡。且高易发区频次从第一区到第五区依次降序排列。

图2 陇县2011～2015 年部分数据格点频次空间分布

5 合理性分析

5.1 和冰雹实况资料对比

1980～2016年间，陇县各乡镇发生冰雹次数在3～43次之间，陇县冰雹空间特征为北多南少(图3)，由北向南递减。其中，新集川最多，为43次，其次为火烧寨34次，河北、李家河、固关数量相当，为30次，最少为杜阳镇3次。这和图2所示陇县冰雹易发区的总体趋势基本一致，图3中温水镇和杜阳镇的低值中心和图2也有较好的对应关系。

图3 陇县1980～2016年各乡镇冰雹次数空间分布

5.2 和地形对比分析

通过对比图2和图4可以发现，第一区、第二区、第三区和谷道地形一一对应，第四区为谷道汇合处，这和杜继稳等指出的“山区地貌对冰雹的约束作用：雹云逢山口而入；雹云沿谷道而行；谷道汇合处雹云相接并加强”吻合[7]。但是，第五区和地形对应不明显。

图4 陇县GIS高程图

6 结语

通过常规资料分析出陇县发生冰雹时0 ℃层的最低高度这个阈值指标，结合冰雹的雷达回波强度必须≥45 dBz这个阈值条件，对解析后的1 km×1 km多普勒雷达数据进行筛选、统计分析可以得到陇县精细化的冰雹易发区分布，易发区的总体特征为北多南少、外围多中间少，具体呈现为5个高易发区，且易发区特征基本通过合理性验证。

由于冰雹观测资料的局限性、杂波分析时区域集中性，以及本方法的非全面性，可能会导致结论与实际之间存在误差，在所难免。