山东省冰雹短时预报判据分析_精品文档.pdf

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收稿日期:

2001-08-10基金项目:

山东省科委/中尺度强风暴灾害性天气监测警报服务技术研究0项目作者简介:

杨传凤（1963）,女,山东海阳人,学士,工程师。

2002年第1期2002年3月山东气象第22卷总第87期山东省冰雹短时预报判据分析杨传凤,杨晓霞,车培珍（山东省气象中心,山东济南,250031）摘要:

对山东省气象台711天气雷达探测的19861998年48月34次主要冰雹天气过程进行分析,研究了产生冰雹天气的省域地面中尺度流场和降雹前3小时以内的雷达回波特征,得出相关性较好的预报判据,为制作冰雹短时预报提供了科学依据。

关键词:

中尺度流场;雷达回波;冰雹;短时预报中图分类号:

P426164;P45611文献标识码:

B文章编号:

1005-0582（2002）01-0012-03引言冰雹是由中小尺度天气系统产生的,它具有持续时间短、局地性强等特点。

天气雷达是监测预报冰雹等强对流天气的有效工具,不仅能探测出雹云的结构特征,而且能跟踪监测雹云的发生和发展,准确作出冰雹落区预报。

本文着重研究雹云发生、发展的地面中尺度流场及雷达回波特征,研究相关性较好的预报判据,为我省冰雹短时预报提供科学依据。

1降雹特征山东地形复杂,鲁中为呈东北）西南走向的泰沂山区,胶东半岛是伸入黄、渤海的丘陵地区,鲁西北和鲁西南为坦荡的黄泛平原。

受地理位置和地形影响,我省冰雹时空分布极不均匀,年际变化较大。

以一日内全省123个观测站中有1个以上测站出现降雹（在站点或不在站点）作为一个雹日,19501999年全省共出现雹日1332天,年平均雹日2616天,其中3站以上降雹的年平均雹日为1116天,占总雹日的4316%;由图1可见:

最多年有23次（1993年）,极小年仅3次（1952,1983年）。

多雹区主要分布在鲁中山区、鲁西北平原及半岛中部的丘陵地区。

本文着重研究19861998年48月34次主要降雹过程（2020时3个以上相邻测站降雹）的特征。

选取3055bN,105135bE作为关键区,以降雹当日08时500hPa天气系统为主、850hPa和地面天气系统为辅进行天气图普查,结果如表1。

可见,低涡、横槽和低槽是我省主要降雹天气系统,各类降雹系统主要特征见文献1。

表119861998年48月主要降雹过程影响系统系统冷性低涡低槽横槽其它次数16864百分比%4711231517161118图119501999年3站以上降雹次数逐年变化曲线2地面中尺度流场对降雹的作用分析31次（有3次缺资料）降雹过程中每1或3小时的省域地面天气图和雷达资料,研究中尺度流场和雷达回波特征,结果表明地面中尺度流场对强对流降雹回波发生、发展具有/触发0和/促发0两种作用。

211触发作用触发作用是指中尺度流场作为一个扰动因子,触发大气中不稳定能量释放产生强对流天气。

分析发现在有利于强对流天气发生、发展的环流形势下,多个对流回波单体最初在地面流场的中尺度辐合区、辐合线或涡旋系统附近生成,然后逐渐发展产生冰雹天气。

这种形式降雹共有12次（其中低涡类7次、横槽类2次、低槽类2次、其它类1次）,占3817%。

如1993年7月26日,在高空低涡系统影响下,由地面中尺度辐合系统触发产生强对流回波,12时在鲁中生成中尺度辐合区,13时雷达监测回波单体在辐合区内生成。

14时回波范围增大,回波强度明显加强,强度最强的单体恰好在辐合区附近。

与之对应的长清、平阴降雹40分钟,雹粒4cm,风力10级;辐合系统在向东南移动过程中,又引发泰#12#安、沂源等地降雹;14时50分与辐合区对应的济宁也出现了风雹天气。

此次过程泰安、潍坊等市的13个县、市遭受暴风雨和冰雹袭击。

盛夏期间由于中小尺度天气系统活动频繁,地面流场上常出现西北风与西南风、东南风与西南风几股方向不同的气流交汇,形成走向不同的/人0字形辐合线。

在/人0字形顶端附近,对流回波发展旺盛而产生冰雹天气。

此形式降雹有7次（其中低涡类2次、横槽类1次、低槽类3次、其它类1次）,占2216%。

1992年8月15日14时省域地面流场上,中尺度辐合线成/人0字形排列,在/人0字形顶端有强对流涡旋回波系统对应,导致济南、章丘、济阳遭强风雹袭击。

212促发作用促发是指已经形成的对流单体,在其活动过程中受到流场的冲击,而促使回波尺度和强度迅猛向降雹阶段发展而产生冰雹天气。

这类过程有9次（其中低涡类5次、横槽类2次、低槽类2次）,占2910%。

如1997年6月13日,14时05分在济南东南方有块状回波单体生成,回波强度为35dBz左右,处于不明显发展状态,15时15分回波移到地面辐合线的上空时,受辐合区中的上升气流的冲击,回波迅猛发展加强,15时25分出现/V0字形结构,强度达到57dBz,云高13km,高显出现纺锤体形状,15时35分莱芜、新泰等地出现雹径35cm的冰雹,降雹20分钟。

以上两种作用共占31次降雹过程的9013%,另有3次降雹（917%）中尺度流场特征不明显。

可见,分析中尺度流场能为冰雹天气短时预报提供一定依据。

3雹云雷达回波特征24研究34次主要降雹过程的雷达回波参数及雹云形态特征,对准确判别冰雹云,作好强对流天气的短时预报有重要意义。

311雹云主要回波参数特征及判据不同系统影响下雹云的雷达回波主要参数是不同的,如表2。

表2各类影响系统雹云的雷达回波参数及判据Z/dBzH回/kmH强/kmH0/kmT顶/eM低涡类（16次）横槽类（6次）低槽类（8次）其它类（4次）最大值571015101211511-6915219最小值4910919615318-5314116平均值54101218915412-5619213最大值671016131312515-7012311最小值49181015612315-5416119平均值53101314910319-5912215最大值551015171113419-6515218最小值50101013710315-5114119平均值52151410819319-5416213最大值541513151110417-6310217最小值50101110617318-5215118平均值50151215818410-5610213判据4596310515-501153.1.1回波强度Z同一系统不同降雹过程的回波强度有时差别较大,如横槽类最大值为6710dBz,最小值为4918dBz,二者相差1712dBz。

但各类系统影响下的雹云回波强度平均值差别不大,在4dBz以内。

从人工消雹的要求出发,以宁空无漏的为原则,我们把回波强度Z45dBz作为有无冰雹天气的判据之一,同时也可作为追踪雹云发展的必要条件之一。

31112回波高度H回统计发现,34次降雹回波高度都高于9km,但各月回波顶高差异较大,而且越接近夏季,回波顶越高,这是因为形成雹胚和冰雹增长的必要条件之一是云顶应达到和超过自然冻结温度（一般为-20e,所在高度一般为9km左右）,在此把回波高度H回9km作为有冰雹的另一判据。

31113强回波区高度H强30dBz强回波区高度具有更好的指示意义。

雷达探测证实,在雹云中上部上升气流最强,且这支强上升气流所达高度越高,强对流天气越激烈,冰雹越大。

34次降雹过程强回波高度H强均大于6km,因此把H强6km作为判别雹云的又一必要条件。

31114零度层高度H0零度层高度是云中水分冻结的下限。

零度层高度越高,冰雹增长所需的负温区越薄,不利于冰雹形成;零度层高度越低,地面气温较低,也不利于对流发展。

34次降雹零度层高度均在310515km之间,以此作为判据之一。

31115回波云顶温度T顶回波云顶温度达到或超过自然冻结温度才能保障冰雹胚胎的形成和增长,T顶值越低,越有利于冰雹生成。

34次降雹回波云顶温度均小于-50e,因此T顶-50e作为预报冰雹产生的充分条件。

31116回波负正温区比M#13#冰雹的形成要求云内有一定厚度的负温区（H回-H0）,负温区越厚,越有利于冰雹的增长。

但由于不同月份、季节,负温区厚度与降雹的关系不同,而负正温区比M=（H回-H0）/H0一般不受月份制约。

统计发现,当M115时,无降雹出现,故把M115作为判别雹云的判据。

综上所述,回波参数对冰雹的预报具有很好的指示性,当对流回波参数满足上述六项判据,且回波强度越强、高度越高、云顶温度越低、负正温区比越大,对流云发展越旺盛,越有利于降雹。

312不同天气系统影响下雹云回波的形态特征回波的形状是指回波的分布和排列状况,有零散孤立的、群状、带状、/人0字形螺旋带,强风暴回波常具有一些特殊的形态,如钩状、指状、V形缺口等,回波的形状与天气系统有密切的联系。

31211低涡降雹回波特征冷性低涡降雹具有连续性。

随着低涡的东移,冰雹落区逐渐偏东偏南。

低涡影响的首次降雹的雷达回波结构多表现为一条东北）西南向的带状回波随冷锋东移南下,在移动的锋面上产生雷雨、大风及冰雹等强对流天气。

以后数日的连续降雹多表现为块状回波。

需要指出的是,低涡首次降雹后（冷锋过后）,我省常处在500hPa槽后,在早晨的雷达回波图上几乎探测不到云的存在,但午后由于对流的增强,块状回波单体易在地面辐合区附近生成。

回波单体不断发展并沿高层引导气流移动,发展极快。

当回波单体汇聚、合并时还具有突发性质,在20分钟内,回波强度能达到50dBz左右,高度可达12km。

当雷达方位、仰角适宜时,在PPI上还能探测到雹云指状、钩状、/V0型缺口等独特的结构形态。

31212低槽降雹回波特征降雹前山东西部有南北向或东北）西南向的冷锋回波带随低槽东移。

回波带移速较均匀,一般3040km/h。

当回波带中对流单体的强度在45dBz以下时,多产生雷雨;若在50dBz以上,回波高度在13km以上,一般会产生冰雹。

降雹多集中在带的北部,北强南弱较明显。

有时可观测到/人0字形或波动形回波带。

/人0字形回波带的顶端处因对流单体合并加强,其强度常达到5055dBz而产生降雹天气,这种回波带较前一种回波带降雹范围大。

31213横槽降雹回波特征横槽形势下对流回波单体大都呈离散的带状,有时对流单体也会组成一条完整、连续的东西向或东北）西南向排列的回波带。

对流单体多以新陈代谢的方式传播,当回波带处于强盛发展阶段时,带的中段时常会出现一个尺度和强度都极突出的主体回波,主体回波降雹时强度常达到55dBz,高度达13km。

PPI观测发现主体回波有时呈东西向的条状或波动形条状结构形态,有时也观测到/V0形缺口或水平尺度大于25km的超级单体。

沿降雹主体回波前进方向作垂直剖面,RHI上常表现为粗大高耸的柱体,有时能探测到弱回波穹窿、尖顶状假回波等独特的形态。

回波带的显著特点是移速极不均匀,时快时慢,快时达到70km/h,慢时常处准静止状态。

需要指出,无论何种天气系统影响,雹云回波在发展前常表现为孤立小单体,然后快速发展壮大,成为轮廓清晰、结构密实的块状回波;有时多个小单体汇聚合并加强,形成带状或波动形回波带。

对这些迅速发展的对流回波,当回波参数满足上述六项判据时,雷达应加密跟踪监测,一旦雷达PPI上出现指状、钩状、V形缺口、入流缺口、/人0字型、回波空洞、弓形回波;或者RHI上出现悬挂回波、纺锤体、回波墙、云钻、弱回波穹窿、尖顶状假回波等独特的回波形态结构,即可识别为雹云。

4历史验证利用以上判据对19992000年16次主要主要降雹过程进行验证,结果是:

环流形势场上出现低涡降