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      基于天氣雷達(dá)的隴縣冰雹易發(fā)區(qū)研究

      2019-04-12 05:29張雪松
      綠色科技 2019年6期
      關(guān)鍵詞:易發(fā)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹

      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(jiān)有現(xiàn)實(shí)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(shí)空分布特征[1],路亞奇等對冰雹的天氣特征進(jìn)行了分析[2],統(tǒng)計(jì)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(bào)指標(biāo),進(jìn)行了效果檢驗(yàn)。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(bào)指標(biāo),并利用指標(biāo)對雷達(dá)解析后的1 km×1 km格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和統(tǒng)計(jì)分析,得到隴縣精細(xì)化的冰雹易發(fā)區(qū)分布,且進(jìn)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(gè)仰角每6 min的基本反射率產(chǎn)品進(jìn)行解析,解析為1 km×1 km的格點(diǎn)數(shù)據(jù),格點(diǎn)數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度、時(shí)間、回波強(qiáng)度、高度數(shù)據(jù)信息。合并同一時(shí)刻、同一格點(diǎn)上的6個(gè)仰角數(shù)據(jù),保留最大回波強(qiáng)度,及其所附帶的經(jīng)緯度、高度數(shù)據(jù)。

      3 算法的設(shè)計(jì)

      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(shí)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(qiáng)度必須≥45 dBz這個(gè)指標(biāo)[6],利用這兩個(gè)閾值指標(biāo)對解析后的多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,篩選出可能發(fā)生冰雹的格點(diǎn)數(shù)據(jù),對格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行分析,進(jìn)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(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)隴縣發(fā)生冰雹時(shí),0 ℃層高度最低為4 km。結(jié)合冰雹發(fā)生的閾值指標(biāo):強(qiáng)度≥45 dBz、高度>4 km,對雷達(dá)整合后的格點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行篩選,得到隴縣可能發(fā)生冰雹的格點(diǎn)數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

      4.2 格點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(diǎn)數(shù)據(jù)為雜波導(dǎo)致。

      圖1 隴縣2011~2015 年全數(shù)據(jù)格點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(gè):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(diǎn)頻次空間分布

      5 合理性分析

      5.1 和冰雹實(shí)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(qiáng)”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(shí)0 ℃層的最低高度這個(gè)閾值指標(biāo),結(jié)合冰雹的雷達(dá)回波強(qiáng)度必須≥45 dBz這個(gè)閾值條件,對解析后的1 km×1 km多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、統(tǒng)計(jì)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(gè)高易發(fā)區(qū),且易發(fā)區(qū)特征基本通過合理性驗(yàn)證。

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

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