祁雁文

（內蒙古通遼市氣象局，內蒙古 通遼 028000）

基于雷達回波指標的內蒙古通遼地區(qū)冰雹天氣預報模型

祁雁文

（內蒙古通遼市氣象局，內蒙古 通遼 028000）

通過對內蒙古通遼市新一代天氣雷達建站以來至2013年發(fā)生在通遼地區(qū)的冰雹天氣過程的分析，總結出冰雹天氣的9項預報指標。為了將以上確定的預報指標應用到實際的短時、臨近預報工作當中，分別對各項指標的性能進行分析，并應用客觀預報方法將上述指標組合在一起。采用指標加權集成法，根據(jù)每一個指標的相對重要性，賦予指標不同的權重，然后帶權集成，建立預報模型方程，得到一個各項指標的結合參數(shù)，作為未來是否會有冰雹出現(xiàn)的判斷依據(jù)，以期提高冰雹的預報預警能力。

三體散射；弱回波區(qū)；指標加權集成法；結合參數(shù)；優(yōu)序圖法

冰雹是一種中小尺度天氣現(xiàn)象，產生在有不穩(wěn)定氣流的積雨云中。內蒙古通遼市是農業(yè)大市，自古就是內蒙古的小糧倉，是國家重要的商品糧基地，同時該市也是強對流天氣的頻發(fā)區(qū)。冰雹是通遼地區(qū)夏季的主要氣象災害之一，也是氣象預報的難點之一。冰雹是對農業(yè)生產危害最為嚴重的氣象災害，提高冰雹的短時、臨近預報準確率和時效性，可以保護糧食生產，對提高本地區(qū)農業(yè)、工業(yè)生產，保護人們的生命財產安全，促進地方經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定都有十分重要的現(xiàn)實和長遠意義。由于冰雹具有突發(fā)性、局地性、不確定性和隨機性以及持續(xù)時間短的特點，長期以來預報效果都不是十分理想。國內外氣象學者應用多普勒雷達產品對產生暴雨、冰雹等災害性天氣的中小尺度系統(tǒng)特征進行了大量的分析研究［1-6］，形成了大量預報指標和概念模型，為預報員提供了豐富的理論指導。但由于冰雹的地域性很強，各地預報冰雹的指標也有所不同，通遼新一代天氣雷達建成運行了多年，積累了一定數(shù)量的歷史個例資料。該文通過對通遼市新一代天氣雷達建站以來至2013年發(fā)生在通遼地區(qū)的冰雹天氣過程的分析，總結出冰雹天氣的9項預報指標，為了將以上確定的預報指標應用到實際的短時、臨近預報工作當中，應用客觀預報方法將這些指標組合在一起，采用指標加權集成法，根據(jù)每一個指標的相對重要性，賦予指標不同的權重，然后帶權集成，建立預報模型方程，得到一個各項指標的結合參數(shù)，作為未來是否會有冰雹出現(xiàn)的判斷依據(jù)，以期提高冰雹的預報預警能力。

1 通遼地區(qū)冰雹天氣雷達回波9項判別指標

1.1 指標一 由于鉤狀回波、“V”型缺口和三體散射（又稱長釘狀回波）是冰雹天氣特有的雷達回波特征，所以當出現(xiàn)這3種回波時，表明一定有冰雹天氣發(fā)生。而當反射率因子圖上出現(xiàn)弓形回波（或有時伴有陣風鋒）、“人”字形回波（LEWP）或菱形回波這幾種特殊形態(tài)的回波時，則高度警示可能會有冰雹天氣發(fā)生。

1.2 指標二 強回波（對于非汛期，是指≥50 dBz或45 dBz的回波；對于汛期，是指≥50 dBz的回波）伸展的高度大于-20℃層等溫線的高度。該項指標除對于2次冰雹過程外［即2011年9月13日扎魯特旗的冰雹過程，由于剖面誤差或該站距離通遼（54135）探空站較遠，數(shù)據(jù)有誤差的緣故，還有2012年6月9日科爾沁區(qū)的冰雹過程，由于雷達靜錐區(qū)存在的緣故］，其他個例均滿足，有時提前時間量可以長達1 h。所以該結論可以作為判斷是否會產生冰雹天氣的一個非常有指示意義的指標。

1.3 指標三 在強度的垂直剖面圖上，在垂直結構上，低層有較大的弱回波區(qū)（WER），中、高層有明顯的回波懸垂；或者在低層呈現(xiàn)出明顯的有界弱回波區(qū)（BWER）和中高層的回波懸垂，在圖像上呈現(xiàn)出低層的回波“穹窿”結構［7］，則表明出現(xiàn)冰雹的可能性極大。以上特征可以作為預報冰雹天氣的一個重要指標。

1.4 指標四 如果在徑向速度圖上出現(xiàn)“V”型缺口，則表明一定會有冰雹天氣發(fā)生。若探測到明顯的輻合場或輻合帶，在高懸的強回波這一特征前提下，并且伴隨有“中氣旋”或弱雷暴尺度的渦旋，表明發(fā)生冰雹天氣的可能性極大。若同時還伴有“逆風區(qū)”，表明出現(xiàn)冰雹天氣的概率會更高。以上特征可以作為冰雹天氣的一個重要預報指標。

1.5 指標五 在速度的垂直剖面圖上，如果能夠分析出風暴頂?shù)妮椛ⅲ蛘唢L暴頂?shù)妮椛⑴浜系蛯拥妮椇?，則表明冰雹天氣出現(xiàn)的可能性極大。因此，風暴頂?shù)妮椛⒒蝻L暴頂輻散+低層的輻合的特征也可以作為預報冰雹的有利指標。

1.6 指標六 回波頂高如果在9 km以上，表明極有可能出現(xiàn)冰雹，要立即發(fā)布冰雹天氣的預報預警信息。但如果在非汛期，不需要等到9 km以上，有時回波頂高發(fā)展到5 km以上，也有可能出現(xiàn)冰雹，還需要結合其他特征指標綜合判別。

1.7 指標七 在垂直風廓線（VWP）產品上，如果測站上空表現(xiàn)為濕層較淺薄，形成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結結構，且在低層有明顯的低空急流和強的垂直風切變，那么就要提高警惕考慮是否會有冰雹發(fā)生，但還需結合其他指標綜合判別。如果同時還伴有高空急流的存在，則冰雹出現(xiàn)的可能性會大大提高。所以風廓線產品的以上特征也可以作為預報冰雹的一個較重要的指標。

1.8 指標八 如果在汛期（6—8月）的中氣旋產品上可以探測到中氣旋信息（有黃色圓圈表示）時，往往預示著有冰雹天氣要發(fā)生了。因此，中氣旋產品信息的出現(xiàn)是判斷冰雹天氣的一個特別重要的指標。

1.9 指標九 如果VIL產品的值有一個明顯的躍增過程，躍增至60（63）kg/m2或以上，則表明一定會有冰雹天氣的發(fā)生。如果在非汛期 （4月、5月、9月），VIL值突然增大，躍增至20（23）～35（38）kg/m2以上時，也要考慮是否會有冰雹天氣的發(fā)生，VIL值數(shù)值越大，出現(xiàn)冰雹的可能性就越大，但是還需結合其他指標綜合來判斷。

2 判別指標的結合及檢驗評估

2.1 各項指標的性能分析 通過對歷史個例中的12個隨機樣本進行抽查，得出以下結論：指標一和指標四中的鉤狀回波、“V”型缺口和三體散射（又稱長釘狀回波）是冰雹天氣特有的雷達回波特征，所以當出現(xiàn)這3種回波時，表明一定有冰雹天氣發(fā)生。

其中，指標一中的弓形回波（或有時伴有陣風鋒）、“人”字形回波（LEWP）或菱形回波對于所有的個例都滿足，性能很好。指標二除了對于2次過程外［即2011年9月13日扎魯特旗的冰雹過程，由于剖面誤差或該站距離通遼（54135）探空站較遠，數(shù)據(jù)有誤差的緣故；還有2012年6月9日科爾沁區(qū)的冰雹過程，由于雷達靜錐區(qū)存在的緣故］其他個例均滿足，有時提前時間量可以長達1 h，性能很好。指標三對于所有的個例均成立，性能很好。對于指標四，所有的個例都滿足輻合場或輻合帶，55.6%的個例有 “中氣旋”或弱雷暴尺度的渦旋特征，22.2%的個例伴有“逆風區(qū)”特征，性能很好。指標五所有的個例都滿足，性能很好。指標六汛期的個例都滿足，性能很好。關于指標七，66.7%的個例滿足濕層較淺薄，形成“上干下濕”的不穩(wěn)定層結結構，且在低層有明顯的低空急流和強的垂直風切變。38.9%的個例滿足高空急流的特征。關于指標八，64.3%的個例滿足。指標九VIL產品的值躍增至60（63）kg/m2或以上，對于汛期的個例都滿足，性能很好。

綜合以上，得出：指標一中的弓形回波（或有時伴有陣風鋒）、“人”字形回波（LEWP）或菱形回波、指標二、指標三、指標四、指標五、指標六，它們的性能很好，在實際的預報中基本不會出現(xiàn)漏報。指標七：絕大多數(shù)冰雹過程都具備這樣的特點，用該指標來預報冰雹，漏報的可能性不大，但會出現(xiàn)一些空報。指標八：漏報的可能性不大，但會出現(xiàn)一些空報，如會出現(xiàn)大風、龍卷、短時強降水、下?lián)舯┝鞯绕渌沙墕误w風暴產生的天氣的空報。其次，用雷達探測中氣旋本身會有局限性，一是雷達無法探測遠距離處的中氣旋的下部，甚至完全探測不到中氣旋。二是雷達對于中氣旋識別的難度隨著距離的增大而增加，超過一定距離（比如200 km）以外，基本無法識別中氣旋。因此，該指標也只能作為輔助指標來應用。指標九基本不會出現(xiàn)漏報，但只適用于汛期。

2.2 各項指標的結合參數(shù) 以上每項預報指標都是產生冰雹天氣的必要條件，在目前的科學技術水平下，不可能找到所有產生冰雹天氣的必要條件從而構成其充要條件，所以空報是不可避免的；又由于預報指標閾值的確定不可能做到完全科學合理，所以漏報也是不可避免的［8］。

優(yōu)序圖法：是通過對多個指標或目標進行兩兩相對比較，最后給出重要性次序或優(yōu)先次序。該方法既能處理定性問題，又能處理定量問題。

現(xiàn)在將研究的9項指標分別放入棋盤圖的第1列和第1行，然后根據(jù)指標的重要性（按照指標二、指標三、指標一、指標四、指標九、指標六、指標五、指標八、指標七的順序依次遞減）進行比較，如果Xi比Xj重要，則表格填1，反之填0，同樣重要填0.5，如表1所示。

表1 各指標排序結果

表2 各指標權重系數(shù)

將權重系數(shù)代入概率預報方程，得：Y=0.16X1+ 0.21X2+0.19X3+0.14X4+0.06X5+0.09X6+0.01X7+ 0.04X8+0.11X9，式中X1、X2……分別代表指標一至指標九，當個例的特征值達到和超過某一指標的閾值時，Xi=1，否則Xi=0。

2.3 各項指標的結合參數(shù)的檢驗評估 用該方程對13個歷史個例進行回報檢驗，得出以下結論：

①2008年5月21日扎魯特旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09=0.85，即出現(xiàn)冰雹的概率為85%。

②2008年6月6日庫倫、青龍山的冰雹過程：Y=0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.04+0.11= 0.99，即出現(xiàn)冰雹的概率為99%。

③2008年7月26日巴雅爾的冰雹過程（資料不全）：Y=0.16+0.21+0.19+0.06+0.01=0.63，即出現(xiàn)冰雹的概率為63%。

④2008年8月24日扎魯特旗的冰雹過程：滿足指標一中的鉤狀回波、“V”型缺口和三體散射特征，有冰雹天氣發(fā)生。即出現(xiàn)冰雹的概率為100%。

⑤2009年7月22日科左后旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.01+0.04+0.11= 1.00，即出現(xiàn)冰雹的概率為100%。

⑥2009年 7月 30日開魯?shù)谋⑦^程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.01+0.11=0.97，即出現(xiàn)冰雹的概率為97%。

⑦2011年8月1日科左中旗的冰雹過程：滿足指標一中的鉤狀回波、“V”型缺口特征。即出現(xiàn)冰雹的概率為100%。

⑧2011年9月13日扎魯特旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.19+0.14+0.06+0.09+0.01+0.11=0.76，即出現(xiàn)冰雹的概率為76%。

⑨2012年6月9日科區(qū)的冰雹過程 （由于靜錐區(qū)的存在影響探測）：Y=0.16+0.19+0.14+0.06+ 0.09+0.11=0.75，即出現(xiàn)冰雹的概率為75%。

⑩2013年 5月 19日開魯?shù)谋⑦^程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.06+0.09+0.11=0.82，即出現(xiàn)冰雹的概率為82%。

?2013年8月4日扎魯特旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.01+0.04=0.90，即出現(xiàn)冰雹的概率為90%。

?2013年8月4日科左后旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.11=0.96，即出現(xiàn)冰雹的概率為96%。

?2014年 7月 3日奈曼旗的冰雹過程：Y= 0.16+0.21+0.19+0.14+0.06+0.09+0.11=0.96，即出現(xiàn)冰雹的概率為96%。

4 小結

經過檢驗，只有個例③：2008年7月26日巴雅爾的冰雹過程，預報概率與歷史的擬合率低于70%，為63%。這是由于巴雅爾站距離雷達站較遠（超出200 km），除了基本反射率因子產品外其余產品均探測不到，影響了預報。其他個例的預報概率與歷史的擬合率均大于等于75%，甚至達99%～100%。即使對于個例⑨：2012年6月9日科區(qū)的冰雹過程來說，由于雷達靜錐區(qū)的存在而影響探測結果和數(shù)據(jù)，但其預報概率與歷史的擬合率也達到75%。因此得出以上的預報概率方程即預報模型效果較好，可以投入應用，并且希望在今后應用的過程中，不斷積累新的個例，不斷總結發(fā)現(xiàn)新的因子，不斷檢驗，不斷完善，不斷修正各指標之間的配比，使得預報準確率越來越高，提高冰雹的短時臨近預報能力。

［1］伍志方，葉愛芬，胡勝，等.中小尺度天氣系統(tǒng)的多普勒統(tǒng)計特征［J］.熱帶氣象學報，2004，20（4）：391-400.

［2］俞小鼎，張愛民，鄭媛媛，等.一次系列下?lián)舯┝魇录亩嗥绽仗鞖饫走_分析［J］.應用氣象學報，2006，17（4）：385-393.

［3］康鳳琴，張強，馬勝萍，等.青藏高原東北邊緣冰雹形成機理［J］.高原氣象，2004，23（6）：749-757.

［4］李金輝，樊鵬.冰雹云提前識別及預警的研究［J］.南京氣象學院學報，2007（1）：114-119.

［5］李秀琳，賈金海.VIL產品在人工防雹中的應用［J］.陜西氣象，2008（3）：13-15.

［6］王令，鄭國光，康玉霞，等.多普勒天氣雷達徑向速度圖上的雹云特征［J］.應用氣象學報，2006（3）：281-286.

［7］俞小鼎.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用［M］.北京：氣象出版社，2006.

［8］章國材.強對流天氣分析與預報［M］.北京：氣象出版社，2011：125.

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Meteorological Forecast Model for Hail Weather in Tongliao Region of Inner Mongolia Based on Radar Echo Index

QI Yan-wen
（Tongliao Municipal Meteorological Bureau of Inner Mongolia，Tongliao 028000，China）

Based on the analysis of the hail weather process occurred in Tongliao region of Inner Mongolia from the establishment of the new weather radar station to the year of 2013,a total of 9 forecast indexes for hail weather were found.In order to apply the obtained forecast indexes to the practical work of short-term forecast and nowcasting,the performance of the indexes was analyzed,and the indexes were combined by objective forecasting method.The index weighted integrated method was used in this study.In this method,the indicators were endowed with different weights according to their relative significance and were then integrated with weights.The forecast model equations were subsequently established and a binding parameter of the indicators was obtained which was used as a judgment basis for the occurrence of hail.The established forecast model may be helpful for improving the forecasting and warning capability for the hail weather in Tongliao region.

three-body scattering；weak echo area；index weighted integrated method；binding parameter；superiority chart

P426.64；P457.6

A文章順序編號：1672-5190（2016）09-0059-04

2016－07－12

項目來源：2016年內蒙古自治區(qū)氣象局青年基金項目（nmqnqx201612）。

祁雁文（1983—），女，工程師，主要從事短期、短時臨近天氣預報工作。

（責任編輯：錢英紅）