清远市冰雹天气个例库的研发及应用

清远市气象局 张靖彬，何迪，顾晓，姚斯里

冰雹天气对人们的生命财产会造成威胁，清远市位于广东省的中北部、南岭山脉南侧与珠江三角洲的结合带上，毗邻广州市，由于清远市季风气候显著，进退交替变化强烈，加上地形的复杂性，所以气象灾害出现频繁，冰雹是其中之一。清远地形对局地气候的影响较明显，特别是北部地形山区较多，在高山迎风坡，当地面加热条件满足，垂直对流发展强烈时，当地的积雨云就会发展成为冰雹云，造成冰雹灾害，由于冰雹形成和发展快，常常会给一些地区的农业生产造成损失，提高冰雹的预报预警能力，能有效减少冰雹天气造成的危害。

实践表明，对大量历史上灾害性天气个例的发生条件、结束原因等因素的统计分析有利于提高对其发生发展演变规律的认识。为了方便查询、调取、总结，研发一个针对清远冰雹天气个例库系统，包含各类灾害性天气高低空和地面天气图，有利于预报员分析各类灾害性天气。同时，将冰雹天气的天气学成因输入到该系统，便于存档及新预报员学习。

一、资料与方法

收集清远近10年以来有冰雹灾情记录报告为研究对象，主要根据冰雹灾情记录，由当地气象信息员现场确定的冰雹记录，建立清远冰雹天气统计资料库。在同一天内记录到多个地区或多个时段的冰雹时，记为一个冰雹日。

对记录的冰雹个例进行时间和空间的统计分析，运用探空、地面资料对出现的冰雹天气进行分型，利用MICAPS资料计算0℃及-20℃层高度、CAPE、K指数及SI指数等物理量进行对比分析，运用配料法分析出现冰雹天气的关键因子，将数据融入清远冰雹天气统计资料库，库中还包含灾害性天气发生日的高低空和地面天气图及相应的天气学分析结果，采用Micaps资料绘图，包括500hPa、700hPa、850hPa和地面天气图。

二、清远市冰雹天气个例库的研发

（一）系统概述

“清远市冰雹天气个例库”包含2012-2021年发生在清远的冰雹天气数据，目前共记有21个个例，系统包括冰雹天气个例发生的时间、天气描述、天气图及天气形势分析内容等。

（二）技术路线与原理

使用WEB开发，提供程序供用户访问使用，对数据进行浏览、查询及显示。使用EXTJS2.0框架开发WEB程序前端，ASP.NET开发程序后台。历史个例数据采用EXCEL表格保存，作为整个系统的数据库。当新的冰雹过程出现后，管理员可以直接在WEB服务器，按照个例整理的文件格式和图片路径，不断添加新的冰雹个例，同时在EXCEL表格添加新的个例。通过此系统，可以查询到2012年以来清远发生冰雹天气的时间、天气详细情况描述、高空及地面天气图等详细资料。

技术内容：主要是应用EXTJS2.0框架的各种类和对象，构建美观易操作的WEB页面， 实 现RIA（Rich Internet Application ，富网络应用）。包括有下拉框、文本框、表格、图片框、按钮等。同时利用AJAX技术进行WEB程序前台和后台数据交互，将后台业务运行结果显示在前台WEB页面当中。

技术方法及路线：采用B/S结构，客户端为WEB程序，采用IE浏览器的兼容模式运行平台。B/S架构维护比C/S容易，维护和升级系统只需对WEB后台修改即可。同时操作系统自带IE浏览器，客户端不需要安装其他额外的程序和插件。

后台数据库：EXCEL表格保存，应用ASP.NET调用ADO.NET和Microsoft.jet.oledb.4.0访问，使用SQL语音对数据库进行操作。

（三）清远市冰雹天气个例库系统

打开WEB页面，左边为对个例的查询，主要有3个查询条件。在日期下拉框中自动读取后台已经收集的个例出现日期，即选择按个例日期查询。另外一个下拉框是选择按个例月份查询。最后一个是文本框，为关键字模糊查询，即查询实况天气描述中出现了关键字的记录。

查询结果在页面右面以表格形式显示，内容有个例的编号、出现日期、出现的月份、天气描述，以及零度层高度、负20度层高度、CAPE值、K指数值、SI指数值等各种冰雹天气出现时的重要指标值。双击任一条查询记录弹出窗口显示更详细信息，主要是显示该个例的相关天气形势图，包括有改条记录的实况描述，还有各层次天气图、TlogP图、冰雹实况图等。

新增个例目前主要依靠管理员手动新增，因后台数据库为EXCEL表格，图片也是按一定格式和路径存放在服务器，录入新个例时比较方便，普通预报员即可快速完成。以后可在系统新增个例录入功能。

三、清远市冰雹天气个例库的应用

通过对冰雹天气的个例收集与总结分析，提高了预报员的预报能力，积累了预报经验，通过系统的个例查询，为预报员判断冰雹天气提供了科学的依据。

（一）清远冰雹时空分布特征

从近10年的统计数据来看，清远冰雹的时空分布主要有以下特征：①对近10年的冰雹进行了简单的分析，近十年频数是趋于增多（图1）。②从冰雹出现的月份来看，冰雹主要出现在初春到初夏，进入夏天急剧减少，2月最早，最迟7月也有出现，但是数量少，主要集中在3月到4月（图2）。③从冰雹出现的时段看，呈现双峰期，频数最多的时段是从午后开始，集中在傍晚到前半夜的时间段，另一个时间是在早上（图3）。④有较明显的地区差异，主要出现在我市北部地区，而南部地区相对较少。

图1 近10年冰雹频次

图2 冰雹出现月份的频次

图3 冰雹出现时段的频次

（二）清远冰雹天气形势特征

在特定的天气背景下，将产生有利于冰雹发展的环流形势，李怀宇[1]等对2004年-2013年广东冰雹天气的形势进行了分析，总结出了广东冰雹天气的天气形势主要有3种典型的类型：锋面低槽线型、暖区槽型、高架雷暴型，其他类型还有副高边缘型、季风槽、热带气旋外围。对近10年清远冰雹进行分型，其中出现冰雹天气最多的是锋面低槽线型，其次是暖区槽型，最少是高架雷暴型。冰雹个例库的建设也按照不同的天气形势进行了分型，方便预报员快速分辨容易出现冰雹的天气，下面选取了一些有影响的冰雹天气进行分析。

2016年4月17日，清远连南观测站12点37分至12点45分录得冰雹，最大直径30毫米。本次过程属于典型的锋面低槽线型，500hpa上有高空槽过境，提供了动力抬升条件（如图4），700hpa南风急流输送能量与水汽，提供不稳定条件（如图5），850hpa有切变南压，中层触发对流（如图6），200hpa处于急流轴南侧，高层辐散有利于强天气的发生。地面有冷空气渗透激发强对流天气。

图4 清远市冰雹出现次数

通过对个例库的冰雹过程进行总结和分析，提高了单位预报员的能力，预报员在强对流天气过程时，可与个例库中的天气形势进行对比分析，找出两者的相同与不同之处，为预报员判断此次过程是否能出现冰雹提供了科学的依据。

（三）清远冰雹天气物理量统计分析

在有利的环流形势下，冰雹还需要有适宜的环境特征才能生长，因此对冰雹天气的环境参数进行统计分析，通过配料法找出对判别冰雹天气有意义的参数和特征。樊李苗[2]等根据2005-2009年资料分析得出全国冰雹天气0℃层和-20℃层高度分别约为4300m和7000m；张琳娜[3]等分析了2000-2009年北京地区冰雹的环境参数特征，发现0℃层高度约为3000-4500m，-20℃层约为6000-7500m，并指出了一些具有意义的气象指标；张信华[4]等根据不同季节选取冰雹天气物理量值和确定阈值。

本文选取0℃和-20℃层高度、CAPE、K指数、SI指数环境参数进行统计分析（表1）。

表1 冰雹天气个例环境参数

①冰雹天气的0℃层高度介于之间3900-4800m，平均值为4365.5m，-20℃层高度介于之间，平均值为7300-8300m，平均值为7719m。②冰雹天气的K指数介于之间7到42之间，跨度较大，但大部分都在30以上，平均值为33.4。③冰雹天气的SI指数介于1--6之间，大部分为负值，平均值为-2℃。④冰雹天气CAPE的分布范围跨度也较大，大部分数值超过1000，平均值为1171.6。

四、成果

清远市冰雹个例库的建立可以提高清远市冰雹天气的分析和预报能力，清远地处粤北山区，冰雹天气多发，通过个例库不断扩充与整理，可以为本地冰雹天气的预报及服务工作提供有力的技术保障与支撑，减轻此类气象灾害带来的损失，助力当地经济社会的发展。本成果通过后续研究，可以扩充暴雨、雷雨大风等强对流天气的个例收集，提供更完整的灾害性天气背景分析，为本地区气象防灾减灾提供更科学的依据，有利于增加气象服务收益，促进气象防灾减灾工作的开展，应用前景广阔。