滨州地区冰雹天气分型和物理量指标研究及应用

摘要

滨州地区位于黄河下游、鲁北平原，地处黄河三角洲腹地，北临渤海湾，是山东的北大门。冰雹天气是当地多发灾害性天气之一，局地性强，预报难度大，往往会造成重大的社会和经济损失。以往针对滨州地区冰雹的研究局限于单个冰雹个例过程的常规天气分析和雷达探测资料应用，关于冰雹气候特征分析、天气分型等工作还没有深入开展，而且也没有建立冰雹预报方法尤其是客观的预报方法。因此，为了加强对滨州地区冰雹的研究，进一步加深对当地冰雹气候特征及成因的认识、提高冰雹预报准确率和预警的提前量，以便达到更好的服务和防御效果，本文针对滨州地区2001～2011年所有冰雹天气过程，收集整理了高低空天气实况和物理量场等资料，运用天气学、统计学方法研究了降雹的时空分布特征、天气尺度系统特征、物理量总体特征，遴选出了具有代表性的物理量指标，在天气分型的基础上建立了滨州地区冰雹潜势物理量指标预报方法。主要研究成果如下：
　　（1）滨州地区冰雹天气具有独有的时空分布特征。2001～2011年，滨州地区总降雹日数为96天，年平均为8.7天，年降雹日数总体呈现明显减少的趋势；每年降雹出现在4～10月份，降雹集中在5～7月，其中6月份降雹日数最多，7月次之；降雹最早出现日期为4月7日，最晚出现日期为10月14日；降雹日变化为午后14时～夜间02时降雹最多,08～14时次之,夜间02～08时降雹最少。从冰雹空间分布特征来看，降雹局地性强，一天仅1县降雹的占44.79％，有2县降雹的占26.04%，3县降雹的占15.63%，4个及以上县（区）降雹的仅占13.54%。
　　（2）通过统计分析得出，大部分冰雹过程均造成不同程度的气象灾害，灾害损失大都超过100万元。其中，损失100万元以下的6个降雹日，100～1000万元的25个降雹日，1000万元～1亿元的21个降雹日，有3次降雹过程造成损失1亿元以上。一般冰雹直径达到1厘米以上、持续时间超过2分钟就可能造成雹灾，而且大多数会伴有大风、暴雨等灾害。11年间滨州地区降雹最大冰雹直径为6厘米。
　　（3）普查滨州地区降雹的天气形势，主要总结出四类主要天气类型：①低涡型降雹、②低槽型降雹、③横槽型降雹、④西北气流型降雹；另外,在切变线、高压脊边缘和西南气流影响下偶尔也有冰雹天气，但都是小范围降雹。其中，①低涡型降雹是指500hPa上在37～45o N、105～135?E范围内有冷性低涡活动,滨州受其影响产生冰雹，根据低涡中心分布给出了低涡降雹类第一关键区和第二关键区。②低槽型降雹是指500hPa在35～45oN、105～120o E范围内有低压槽自西向东移动影响滨州,且低层有低槽、切变或倒槽等低值系统相配合，几乎每次低槽型降雹850hPa都伴随有强的暖脊；低槽型降雹大都发生在白天，午后到傍晚最多，很少出现在夜间；将低槽型降雹又可分为四种：前倾槽、阶梯槽、较深低槽、与中低纬系统共同作用的槽；前倾槽、阶梯槽型降雹往往造成2个县（区）以上降雹，另外两种大都造成1～2个县（区）降雹。③横槽型降雹指500hPa上贝加尔湖附近存在高压脊（有时较弱），我国东北或俄罗斯东部存在低涡或高空槽，在内蒙古东南部到华北上空存在横槽，在西北引导气流下，横槽携带较强冷空气在华北附近转竖南摆，影响暖下垫面的滨州，形成强对流不稳定，造成降雹；横槽型降雹范围广、破坏性大，大部分横槽降雹过程出现2个县（区）以上降雹。④西北气流型降雹表现为500hPa上两种环流形势：第一种是贝加尔湖附近有高压脊，我国东北到俄罗斯东部有槽或冷涡，脊前自内蒙古到山东有强西北气流；第二种是贝加尔湖高压脊不明显，自新疆到山东为一致的西北气流，在贝加尔湖或贝加尔湖东部为低值系统加强西北气流；700hPa以上风速较大，850hPa上表现为一稳定强暖脊，存在风场切变或者西南风加强，与高空构成强垂直风切变和上冷下暖层结不稳定形势，造成滨州降雹。
　　（4）应用统计学方法，通过变异系数、散点图、箱线图、直方图等对K指数、SI指数等13类物理指标进行了分析，得出0℃层高度、-20℃层高度以及两者间厚度、T850-500、K指数、总指数TT、风暴强度指数SSI、强天气威胁指数SWEAT等8种物理量，它们集中程度高，稳定性较好；并从是否致灾、区域大小、直径大小、出现时间、影响系统等不同类别分别统计了物理量指标特征；利用单指标拟合方法确定了6月、7～8月和其它月份三类冰雹预报物理量指标组合，建立了滨州地区冰雹潜势客观预报方法。
　　（5）结合建立的冰雹潜势客观预报方法，采用PHP、HTML5、AJAX、MySQL等技术开发了滨州地区冰雹潜势预报系统，将预报方法与现代信息技术融合起来，实现了研究结果查询、历史冰雹过程图文资料浏览查看，数据录入到潜势预报结果输出的直观显示，为进一步做好当地冰雹预报、服务及防御提供了新的技术支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容与章节安排

第二章 资料和方法

2.1 资料说明

2.2 研究方法

第三章 滨州地区冰雹天气的时空分布特征

3.1 冰雹时空分布统计标准

3.2 滨州地区降雹时间变化特征

3.3 滨州地区降雹地理分布特征

3.4 本章小结

第四章 滨州地区冰雹天气过程环流形势与天气系统分型

4.1 降雹天气形势和系统分型依据

4.2 降雹形势和系统普查分型结果

4.3 各类降雹天气型年际变化特征

4.4 各类降雹天气型逐月变化特征

4.5 各类降雹天气形势特征

4.6 本章小结

第五章 滨州地区冰雹过程物理量特征及其阈值确定

5.1 滨州地区降雹物理量总体特征

5.2 物理量的分类分月特征

5.3 物理量阈值的选取

5.4 本章小结

第六章 冰雹潜势预报方法和潜势预报业务系统建立

6.1 分月物理量指标的建立

6.2 物理量指标预报方法的确定及检验

6.3 滨州地区冰雹潜势预报系统

6.4 本章小结

第七章 总结与讨论

7.1主要结论

7.2 论文特色与创新点

7.3 存在不足和下一步工作计划

参考文献

在学期间学术成果

致谢