龐 翻，張雪松

(寶雞市氣象局，陜西 寶雞 721006)

1 引言

隴縣是國家級扶貧開發(fā)農(nóng)業(yè)縣，地處寶雞西北部山區(qū)，烤煙是隴縣山區(qū)脫貧致富的主要特色產(chǎn)業(yè)，但冰雹災(zāi)害在隴縣尤為嚴(yán)重，成為了隴縣烤煙的最大自然威脅，其人工影響天氣作業(yè)的耗彈量占全市的2/3以上。因此，研究隴縣冰雹易發(fā)區(qū)分布對隴縣烤煙的種植區(qū)規(guī)劃和脫貧攻堅有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

劉曉璐等利用逐日觀測資料分析了冰雹天氣的時空分布特征[1]，路亞奇等對冰雹的天氣特征進行了分析[2]，統(tǒng)計出隴東冰雹天氣概念模型，確立了物理量及雷達(dá)產(chǎn)品特征的預(yù)報指標(biāo)，進行了效果檢驗。張磊等[3]，馬鴻青等[4]分別研究了歸納出南疆阿克蘇冰雹天氣發(fā)生前的環(huán)境條件和雹云雷達(dá)回波判識指標(biāo)、典型冰雹日常用物理量參數(shù)的閾值，段藝萍等用模糊邏輯判斷方法確定防雹作業(yè)區(qū)域[5]。本文試圖通過常規(guī)資料確定出冰雹發(fā)生的預(yù)報指標(biāo)，并利用指標(biāo)對雷達(dá)解析后的1 km×1 km格點數(shù)據(jù)進行篩選和統(tǒng)計分析，得到隴縣精細(xì)化的冰雹易發(fā)區(qū)分布，且進行易發(fā)區(qū)分布的合理性探討，為政府部門提供種植區(qū)規(guī)劃的科學(xué)指導(dǎo)。

2 資料選取與處理

所用資料為1980～2016年寶雞隴縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹資料，2000～2016年西安探空站資料和2011～2015 年寶雞多普勒雷達(dá)資料。對多普勒雷達(dá)6個仰角每6 min的基本反射率產(chǎn)品進行解析，解析為1 km×1 km的格點數(shù)據(jù)，格點數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度、時間、回波強度、高度數(shù)據(jù)信息。合并同一時刻、同一格點上的6個仰角數(shù)據(jù)，保留最大回波強度，及其所附帶的經(jīng)緯度、高度數(shù)據(jù)。

3 算法的設(shè)計

通過隴縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹觀測資料和西安探空站資料分析出隴縣發(fā)生冰雹時0 ℃層的最低高度，結(jié)合俞小鼎等指出的冰雹雷達(dá)回波強度必須≥45 dBz這個指標(biāo)[6]，利用這兩個閾值指標(biāo)對解析后的多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)進行篩選，篩選出可能發(fā)生冰雹的格點數(shù)據(jù)，對格點數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到隴縣地區(qū)可能發(fā)生冰雹的等值線圖，對冰雹高值區(qū)進行分析，進而確定冰雹易發(fā)區(qū)。

4 冰雹易發(fā)區(qū)分析

4.1 0 ℃層高度和數(shù)據(jù)篩選

利用2000～2016年隴縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹日觀測資料和相對應(yīng)日西安探空站資料的0 ℃層高度進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)隴縣發(fā)生冰雹時，0 ℃層高度最低為4 km。結(jié)合冰雹發(fā)生的閾值指標(biāo)：強度≥45 dBz、高度>4 km，對雷達(dá)整合后的格點數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行篩選，得到隴縣可能發(fā)生冰雹的格點數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

4.2 格點數(shù)據(jù)分析

4.2.1 全數(shù)據(jù)分析

通過2011～2015 年符合閾值指標(biāo)的隴縣格點數(shù)據(jù)等值線圖(圖1)可以看到，其高值區(qū)在隴縣關(guān)山牧場西部。首先，其高值區(qū)的范圍和冰雹實況資料嚴(yán)重不符；其次，分析關(guān)山牧場西部這塊經(jīng)緯度內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其發(fā)生頻次值在1000～8000之間。假設(shè)一次冰雹過程為12 min，5年1000頻次相當(dāng)于每年100次冰雹過程，這也和冰雹實況資料嚴(yán)重不符。因此，可以判斷出此區(qū)域符合閾值指標(biāo)的格點數(shù)據(jù)為雜波導(dǎo)致。

圖1 隴縣2011～2015 年全數(shù)據(jù)格點頻次空間分布

4.2.2 部分?jǐn)?shù)據(jù)分析

由于不可信的高頻次格點數(shù)據(jù)的影響，使隴縣冰雹易發(fā)頻次等值線失真。因此，去掉1000頻次以上的格點數(shù)據(jù)。另外，去掉既不影響高易發(fā)頻次，又使等值線合理的50頻次以下的數(shù)據(jù)，繪圖如圖2。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，隴縣冰雹易發(fā)區(qū)總體趨勢為北多南少，外圍多中間少。隴縣冰雹高易發(fā)區(qū)域主要有5個：第一區(qū)，火燒寨鄉(xiāng)—李家河鄉(xiāng)—河北鄉(xiāng)；第二區(qū)，固關(guān)鎮(zhèn)；第三區(qū)，東風(fēng)鎮(zhèn)—八渡鎮(zhèn)；第四區(qū)，隴縣縣城；第五區(qū)，關(guān)山鄉(xiāng)。且高易發(fā)區(qū)頻次從第一區(qū)到第五區(qū)依次降序排列。

圖2 隴縣2011～2015 年部分?jǐn)?shù)據(jù)格點頻次空間分布

5 合理性分析

5.1 和冰雹實況資料對比

1980～2016年間，隴縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生冰雹次數(shù)在3～43次之間，隴縣冰雹空間特征為北多南少(圖3)，由北向南遞減。其中，新集川最多，為43次，其次為火燒寨34次，河北、李家河、固關(guān)數(shù)量相當(dāng)，為30次，最少為杜陽鎮(zhèn)3次。這和圖2所示隴縣冰雹易發(fā)區(qū)的總體趨勢基本一致，圖3中溫水鎮(zhèn)和杜陽鎮(zhèn)的低值中心和圖2也有較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖3 隴縣1980～2016年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹次數(shù)空間分布

5.2 和地形對比分析

通過對比圖2和圖4可以發(fā)現(xiàn)，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū)和谷道地形一一對應(yīng)，第四區(qū)為谷道匯合處，這和杜繼穩(wěn)等指出的“山區(qū)地貌對冰雹的約束作用：雹云逢山口而入；雹云沿谷道而行；谷道匯合處雹云相接并加強”吻合[7]。但是，第五區(qū)和地形對應(yīng)不明顯。

圖4 隴縣GIS高程圖

6 結(jié)語

通過常規(guī)資料分析出隴縣發(fā)生冰雹時0 ℃層的最低高度這個閾值指標(biāo)，結(jié)合冰雹的雷達(dá)回波強度必須≥45 dBz這個閾值條件，對解析后的1 km×1 km多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)進行篩選、統(tǒng)計分析可以得到隴縣精細(xì)化的冰雹易發(fā)區(qū)分布，易發(fā)區(qū)的總體特征為北多南少、外圍多中間少，具體呈現(xiàn)為5個高易發(fā)區(qū)，且易發(fā)區(qū)特征基本通過合理性驗證。

由于冰雹觀測資料的局限性、雜波分析時區(qū)域集中性，以及本方法的非全面性，可能會導(dǎo)致結(jié)論與實際之間存在誤差，在所難免。