鮑向東，王國安，王 君，王 迪，郭麗梅

(1.河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，鄭州 450003；2. 河南省人工影響天氣辦公室，鄭州 450003；3. 河南省氣象數(shù)據(jù)探測中心，鄭州 450003；4. 河南省氣象科學(xué)研究所，鄭州 450003；5.河南省氣象臺，鄭州 450003；6.平頂山市氣象局，河南平頂山 467099)

冰雹多由發(fā)展旺盛的對流云產(chǎn)生，具有局地突發(fā)性強、來勢猛、致災(zāi)重等特點，常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟損失。特別是強冰雹，對基礎(chǔ)設(shè)施和人畜安全會產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。針對河南省冰雹等強對流天氣，省內(nèi)氣象工作者也作了較多分析研究，牛淑貞[1-2]、張一平[3]、武威[4]做了一些有意義的工作。國內(nèi)氣象工作者也進(jìn)行了相關(guān)研究[5-10]。隨著社會對人工防雹要求越來越高，有必要利用較長時間序列冰雹資料對河南冰雹天氣進(jìn)行系統(tǒng)分析，歸納對河南冰雹預(yù)報和人工防雹等有參考價值的預(yù)報指標(biāo)，增強冰雹預(yù)報水平與人工防雹作業(yè)能力。

1 冰雹天氣分型

雷暴大風(fēng)、冰雹天氣相伴出現(xiàn)是河南省強對流天氣發(fā)生的主要特征之一。本文在確定冰雹天氣過程時，沒有排除雷暴大風(fēng)等，即冰雹天氣多伴有雷電或雷暴大風(fēng)。實況資料統(tǒng)計顯示，2006—2015年5—9月河南省降雹頻次共156站次，共發(fā)生冰雹天氣過程67次。

依據(jù)河南省冰雹天氣發(fā)生時500 hPa環(huán)流背景，對上述67次冰雹天氣過程進(jìn)行分型，可分為西北氣流型、華北低渦型、低槽型、西南氣流型4種類型。其中：西北氣流型冰雹過程為37次(降雹達(dá)86站次)，占全省冰雹過程總次數(shù)的55.2% (降雹頻次占降雹總頻次的55.1%)；華北低渦型為11次(降雹31站次)，占16.42% (19.9%)；西南氣流型為14次(降雹25站次)，占20.90% (16.0%)；低槽型較少，僅5次(降雹14站次)，占7.46% (9.0%)。

2 河南各型冰雹天氣的環(huán)境參量

2.1 常用環(huán)境參量

按照時空臨近原則選擇探空站，用所有出現(xiàn)冰雹的自動氣象站溫度、露點對臨(鄰)近探空要素進(jìn)行訂正得到常用環(huán)境參量。表征強對流天氣熱力不穩(wěn)定條件的環(huán)境參量較多，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用經(jīng)驗并結(jié)合相關(guān)研究，選取對流有效位能(CAPE)、K指數(shù)、850 hPa與500 hPa溫度差(T850-500)、850 hPa和500 hPa假相當(dāng)位溫差(θse(850-500))、抬升指數(shù)(LI)、14時地面溫度(T14)等6個環(huán)境參量，分析各型冰雹天氣的熱力不穩(wěn)定條件。圖1給出2006—2015年5—9月河南西北氣流型、華北低渦型、低槽型、西南氣流型冰雹過程及其各型平均的各熱力環(huán)境參量及其箱線圖(箱線最高點為最大值，箱線最低點為最小值，箱體上框線為上四分位值即75%分位數(shù)，箱體下框線為下四分位值即25%分位數(shù)，箱內(nèi)中間線為中位線，小圓點為平均值)?？梢?，各型的環(huán)境參量是有區(qū)別的：CAPE值西南氣流型最大，西北氣流型和低槽型差別不大，華北低渦型最?。籏指數(shù)各型相差不大，低槽型、西南氣流型相對西北氣流型、華北低渦型更集中一些；T850-500是西北氣流型最大、其余三型相對較低；θse(850-500)差別不大，低槽型集中、華北低渦型分散；抬升指數(shù)各型差異明顯，低槽型最大，西南氣流型最小最集中，而冰雹日的T14華北低渦型最小，其余各型平均值相差不大。

圖1 2006—2015年5—9月河南各型冰雹天氣熱力環(huán)境參量統(tǒng)計箱線圖(a.CAPE(單位：J/kg)，b.K指數(shù)(單位：℃)，c.T850-500(單位：℃)，d.θse(850-500)(單位：℃)，e.抬升指數(shù)LI(單位：℃)，f.T14(單位：℃)；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表西北氣流型、華北低渦型、低槽型、西南氣流型，Total代表各型平均)

冰雹天氣發(fā)生需要一定的水汽和強的動力條件。圖2給出2006—2015年5—9月河南西北氣流型、華北低渦型、低槽型、西南氣流型冰雹過程及其各型平均的14時地面露點溫度(Td14)、大氣整層可降水量(PW)和0～6 km垂直風(fēng)切變(Δv)三個水汽或動力參量及其箱線圖。

圖2a顯示，冰雹日14時地面露點溫度Td14多在16 ℃以上，集中出現(xiàn)在16～22 ℃。西南氣流型的Td14明顯偏高，多在21 ℃以上，集中出現(xiàn)在21～25 ℃；西北氣流型和華北低渦型的Td14相對較低，多在16～21 ℃。圖2b顯示，冰雹天氣大氣整層可降水量多在2.9～4.0 cm。西南氣流型明顯偏多，集中出現(xiàn)在4.8～5.5 cm，平均在5.0 cm；另外三種類型大氣可降水量相對較小，在2.6～4.0 cm，平均在3.1～3.8 cm。綜上所述，西南氣流型冰雹天氣發(fā)生在水汽條件非常充沛的環(huán)境條件下，其它三種類型冰雹天氣的水汽條件相對較差。

由圖2c 可以看出，河南冰雹天氣的0～6 km垂直風(fēng)切變并不很強，多在20 m/s以下，集中在7.2～14.5 m/s之間(弱到中等)。華北冷渦型和西北氣流型相對較大，75%分位值分別為17 m/s和14.9 m/s (中等以上)，平均值多在9.0 m/s以上；而西南氣流型垂直風(fēng)切變較小，平均在7.7 m/s。總體看 0～6 km 垂直風(fēng)切變統(tǒng)計值偏小，其原因與對流發(fā)生時間與高空探測時間相距較長有較大關(guān)系。一般情況下，08時探空深層垂直風(fēng)切變對午后到傍晚發(fā)生的冰雹天氣可能會有一定程度的低估，這點在業(yè)務(wù)中需注意。

圖2 2006—2015年5—9月河南各型冰雹天氣水汽參量和垂直風(fēng)切變統(tǒng)計箱線圖(a. 14時地面露點溫度Td14 (單位：℃)，b. 大氣整層可降水量PW(單位：cm)，c. 0～6 km垂直風(fēng)切變(單位：m/s);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表西北氣流型、華北低渦型、低槽型、西南氣流型，Total代表各型平均)

2.2 常用環(huán)境參量閾值

為了更好地為冰雹潛勢預(yù)報提供技術(shù)參考和在預(yù)報業(yè)務(wù)中方便實用，根據(jù)上述常用環(huán)境參量箱線圖的25%～75%分位值，以通用的25%分位值作為各環(huán)境參量閾值指標(biāo)，統(tǒng)計出了符合閾值指標(biāo)的降雹頻次占總降雹頻次的比例，即符合率(見表1)。由表1可看出：滿足冰雹天氣環(huán)境參量閾值范圍的符合率在73.1%到87.8%之間，其中Td14和T850-500代表性最好，其符合率分別達(dá)到87.8%和80.8%，即在總降雹樣本中，符合Td14≥16 ℃和T850-500≥27 ℃閾值范圍的分別達(dá)87.8%與80.8%；其它環(huán)境參量符合率均在73.1%～78.8%，也有很好的代表性?？梢?，表1環(huán)境參量都在閾值以上的冰雹天氣個例超過70%以上，說明表中各環(huán)境參量具有非常好的代表性和業(yè)務(wù)使用價值。

表2為河南各型冰雹天氣環(huán)境參量閾值，從中可以看出，不同的天氣類型，其閾值還是有差別的，如各型CAPE、K指數(shù)、θse(850-500)、抬升指數(shù)、T14、Td14等環(huán)境參量閾值差異相對較大，其它環(huán)境參量T850-500、大氣整層可降水量、0～6 km垂直風(fēng)切變等相對差異不大。

表1 2006—2015年河南冰雹環(huán)境參量閾值和符合率

注：CAPE、T850-500、θse(850-500)、LI、T14、Td14、PW、Δv分別表示對流有效位能、850 hPa和500 hPa溫差、850 hPa和500 hPa假相當(dāng)位溫差、抬升指數(shù)、14時地面溫度、14時地面露點溫度、大氣整層可降水量、0～6 km垂直風(fēng)切變，下同。

表2 河南冰雹各型環(huán)境參量閾值

3 結(jié)論

(1)河南冰雹天氣的形勢為西北氣流、華北低渦、低槽和西南氣流四種類型。其中：67個個例中西北氣流型最多，達(dá)37次過程(86站次)，占總數(shù)的55.2%(55.1%)；其次是西南氣流型14次過程(25站次)，占20.90%(16.0%)；華北低渦型11次過程(31站次)，占總數(shù)16.42%(19.9%)；低槽型較少，僅5次過程(14站次)，占7.46%(9.0%)。

(2)統(tǒng)計并對比分析了不同天氣類型下多種環(huán)境參量特征，歸納出河南冰雹天氣常用環(huán)境參量閾值，主要環(huán)境參量閾值為：對流有效位能CAPE≥1 137 J/kg，850 hPa與500 hPa溫度差≥27 ℃，850 hPa與500 hPa假相當(dāng)位溫差≥5.5 ℃，抬升指數(shù)≤-4.5 ℃，大氣整層可降水量≥2.9 cm，14時地面露點溫度≥16 ℃等，可作為河南冰雹天氣潛勢預(yù)報依據(jù)。