清鎮(zhèn)市一次典型冰雹過程防雹效果分析

清鎮(zhèn)市一次典型冰雹過程防雹效果分析

摘要：本文利用2020年4月10日的貴陽多普勒天氣雷達(dá)資料對冰雹云過程開展分析，重點(diǎn)選取回波頂高和強(qiáng)度、垂直累積液態(tài)含水量、徑向速度以及云體體積、等雷達(dá)因子作為反映冰雹云生消過程中降雹特征參數(shù)識別因子，并使用物理檢驗(yàn)方法，對比分析作業(yè)前后這些特征參量的變化，檢驗(yàn)人工防雹作業(yè)效果。Keys：典型冰雹過程防雹效果分析引言冰雹是清鎮(zhèn)市春季的主要?dú)庀鬄?zāi)害性天氣之一，每年都有不同程度的冰雹天氣過程發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和群眾生活帶來嚴(yán)重影響，同時(shí)，作為貴陽市冰雹災(zāi)害防御的“西大門”，清鎮(zhèn)市防雹工作在貴陽市人工防雹作業(yè)工作中尤為重要。為進(jìn)一步履行好氣象防災(zāi)減災(zāi)的工作職責(zé)，做好冰雹災(zāi)害的防范和應(yīng)對工作，切實(shí)發(fā)揮好氣象防災(zāi)減災(zāi)在脫貧攻堅(jiān)中的第一道防線作用，最大限度避免因?yàn)?zāi)致貧、因?yàn)?zāi)返貧現(xiàn)象，提高防雹作業(yè)科學(xué)性，對2020年4月10日清鎮(zhèn)市典型冰雹過程防雹效果進(jìn)行分析。目前，根據(jù)短時(shí)預(yù)報(bào)來確定防雹作業(yè)點(diǎn)也是人工影響天氣的一大難點(diǎn)[1]。匡順?biāo)牡葘Ρ夂虻姆治黾叭斯し辣⒉季忠沧髁搜芯?。對冰雹發(fā)生的路徑和源地和移動(dòng)方向作出分析等[2]。楊曉平對冰雹天氣預(yù)測預(yù)警和人工防雹作業(yè)條件作了研究。結(jié)合目前人影作業(yè)點(diǎn)分布，設(shè)計(jì)清鎮(zhèn)市人工影響天氣作業(yè)炮站優(yōu)化布局方案。冰雹云移動(dòng)路徑方面。國內(nèi)專家學(xué)者針對冰雹云移動(dòng)路徑開展相關(guān)研究，得到區(qū)域冰雹云移動(dòng)特征，龔乃虎等[3]利用平?jīng)龅貐^(qū)1973-1978年82塊雹云雷達(dá)觀測資料，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對冰雹云回波移動(dòng)路徑進(jìn)行了分析，根據(jù)冰雹云回波移動(dòng)路徑、密集程度、活動(dòng)范圍劃分了冰雹云回波五個(gè)活動(dòng)區(qū)。孫磊等[4]利用臨夏州6個(gè)氣象觀測站48年氣候觀測和歷年天氣圖資料對臨夏州冰雹云團(tuán)移動(dòng)路徑進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)臨夏州冰雹云團(tuán)的移動(dòng)主要從西北向東南方向移動(dòng)，與高空引導(dǎo)氣流基本一致。曹立新等[5]對阿克蘇地區(qū)1996-2003年的冰雹落區(qū)個(gè)例的雷達(dá)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出強(qiáng)冰雹天氣背景下的冰雹路徑。岑啟林等[6]利用2a雷達(dá)觀測資料對貴州興義市冰雹云多普勒雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析，歸納了冰雹云5條移動(dòng)路徑。人工防雹效果檢驗(yàn)方面?？陀^、科學(xué)、準(zhǔn)確地評價(jià)人工防雹的效果是開展人工防雹作業(yè)的一個(gè)重要工作?，F(xiàn)有的人工防雹效果檢驗(yàn)主要有統(tǒng)計(jì)、物理和數(shù)值模擬檢驗(yàn)三種。黃美元、章澄昌、王雨曾等[7-9]認(rèn)為統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)與試驗(yàn)區(qū)大小、試驗(yàn)期的長短、雹災(zāi)情況、試驗(yàn)方案、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法等有關(guān)，存在一定的局限性。李大山等[10-11]提出物理檢驗(yàn)即分析作業(yè)前后雹云宏微觀物理量的變化，根據(jù)云降水形成及其催化作業(yè)的物理機(jī)制，找出相應(yīng)的物理響應(yīng)，分析作業(yè)效果，提出作業(yè)效果的物理學(xué)證明。周毓荃等[12]認(rèn)為數(shù)值模擬檢是根據(jù)云和降水形成的熱力、動(dòng)力和微物理過程，以及人工防雹催化作業(yè)原理，建立一套描寫其過程的數(shù)值模式，定量預(yù)報(bào)催化與不催化情況云的發(fā)展，并與實(shí)測結(jié)果比較，從而判斷作業(yè)效果。本文擬使用物理檢驗(yàn)的方法，重點(diǎn)選取能夠反映冰雹云形成、發(fā)展、成熟、降雹的變化過程，且使用識別降雹特征的因子作為特征物理量，對比分析作業(yè)前后這些特征參量的變化幅度，確定防雹作業(yè)效果是否有效。近年來，隨著天氣雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，人工防雹的技術(shù)理論研究取得了很多新的進(jìn)展[13-14]，為科學(xué)開展人工防雹提供了更好的基礎(chǔ)和依據(jù)?，F(xiàn)將2020年4月10日的一次典型的冰雹過程的防御作出分析。1、冰雹過程概況2020年4月10日08時(shí)-11日08時(shí)（北京時(shí)，下同）受高空槽、中低層低渦切變、地面熱低壓共同影響，貴州中西部地區(qū)出現(xiàn)了一次明顯的強(qiáng)對流天氣，全省有10縣（域）降雹，降雹的主要時(shí)段是16:30-19:30，同時(shí)清鎮(zhèn)市也有4個(gè)人影炮站出現(xiàn)5次降雹（如表1），最大冰雹直徑出現(xiàn)在流長炮站為12mm，冰雹密度500粒/m2，在流長鄉(xiāng)有災(zāi)情。表12020年4月10日清鎮(zhèn)市降雹信息降雹時(shí)間降雹地點(diǎn)冰雹直徑（mm）冰雹密度（粒/m2）19:03-19:07流長1250019:12-19:14犁倭31019:06-19:07麥格13019:19-19:20麥格11019:16-19:17高樂3202、冰雹云移動(dòng)路徑及作業(yè)情況17：40在畢節(jié)納雍縣中南部有多單體對流云生成，并逐步發(fā)展向東偏南方向移動(dòng)，到18:02（圖1）在畢節(jié)織金縣西部發(fā)展加強(qiáng)為三個(gè)強(qiáng)回波單體（A、B、C），三個(gè)對流單體東移逐步合并加強(qiáng)成冰雹云，期間導(dǎo)致織金縣兩地降雹（三塘、官寨），18:29形成一條東北-西南向的帶狀回波（圖2），18:35雹云回波前端開始影響清鎮(zhèn)西部邊緣，隨后繼續(xù)東南移動(dòng)，主要影響清鎮(zhèn)市中南部，19:03-19:20導(dǎo)致4個(gè)人影炮站出現(xiàn)5次降雹，19:51此雹云主體移出本市。3.天氣形勢和防雹潛力區(qū)預(yù)報(bào)3.1云系特征及演變分析人影模式預(yù)報(bào)結(jié)果：4月10日13時(shí)-11日08時(shí)，我省中北部地區(qū)有對流云系生成、發(fā)展，并逐漸南壓，主要影響我省中東部，云系具有冷暖混合云結(jié)構(gòu)，最大垂直累積過冷水超過5mm。典型時(shí)刻云系分布特征見圖1。圖12020年4月10日19時(shí)云帶(左)和垂直累積過冷水(右)分布3.2云垂直結(jié)構(gòu)和作業(yè)條件云體垂直結(jié)構(gòu)分析顯示：10日13時(shí)-11日08時(shí)，我省中東部地區(qū)有對流云系覆蓋。云系過冷水主要位于0～-20℃層（4000-7500米），過冷水最大含量可達(dá)5g/kg，云頂高度達(dá)9km以上，有發(fā)展為冰雹云的潛勢。典型時(shí)刻云系垂直結(jié)構(gòu)和作業(yè)條件見圖2。圖22020年04月10日19時(shí)云系垂直結(jié)構(gòu)左圖：云水（填色陰影），冰晶（紅色等值線），等溫線（紫色等值線）。右圖：雪＋霰（填色陰影），雨（紅色等值線），等高線（紫色等值線）。3.3探空資料分析從整層均比較濕潤，低層存在4m/s的風(fēng)速切變。從對流指數(shù)Cape以及K指數(shù)來看，均十分有利。因此考慮出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的可能性很大。探空資料分析見圖3。圖32020年04月10日20時(shí)貴陽站探空3.4預(yù)報(bào)理由10日14時(shí)-20時(shí)，切變南壓，急流軸往東南移，切變移動(dòng)快，水汽條件較好，比濕增加中南部局地有強(qiáng)對流天氣。畢節(jié)市東部到貴陽市等地有雷電天氣，局地伴有冰雹、大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等對流天氣。強(qiáng)對流落區(qū)預(yù)報(bào)見圖４，強(qiáng)對流落區(qū)預(yù)報(bào)見圖５。圖42020年4月10日14時(shí)-20時(shí)貴州省強(qiáng)對流落區(qū)預(yù)報(bào)圖52020年4月10日14時(shí)Ｃ4、雷達(dá)回波演變特征17：35（圖６）在畢節(jié)納雍縣中南部有多單體對流云生成，并逐步發(fā)展向東偏南方向移動(dòng)，到18:１３（圖７）在畢節(jié)織金縣西部發(fā)展加強(qiáng)為三個(gè)強(qiáng)回波單體，三個(gè)對流單體東移逐步合并加強(qiáng)成冰雹云，雷達(dá)回波強(qiáng)度在45-50dBz；距離清鎮(zhèn)新店人影作業(yè)站30km，距離清鎮(zhèn)馬場人影作業(yè)站35km，距離清鎮(zhèn)流長人影作業(yè)站34km。之后回波逐步增強(qiáng)，到18:3１（圖８）回波前沿靠近新店炮站，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)66dBz,中心高度接近5.8km，18:30新炮站及時(shí)申請作業(yè)，并于18:37-18:37開展第一次高炮作業(yè)2分鐘。18：40-18：42清鎮(zhèn)市馬場、流長、王莊、衛(wèi)城炮站相繼申請作業(yè)，在18：43-18：46分上述申請的4個(gè)炮站作業(yè)，第二次高炮作業(yè)每次2分鐘，共用彈183發(fā)。19：01-19：04分馬場、高樂、麥格炮站開始申請作業(yè)，在19：08-19：09分，馬場、高樂、麥格炮站同時(shí)作業(yè)。此時(shí)冰雹云在其有效射程內(nèi)，防雹作業(yè)是有效的；作業(yè)中1８:4６（圖９），強(qiáng)回波中心強(qiáng)度維持60dBz,中心高度接近5.2km，回波強(qiáng)度變化減弱，強(qiáng)中心高度有所下降。19：51分，回波強(qiáng)度變化減弱，移出清鎮(zhèn)。圖62020年4月10日17時(shí)35分雷達(dá)組合反射率（左）和垂直剖面圖（右）圖72020年4月10日18時(shí)13分雷達(dá)組合反射率（左）和垂直剖面圖（右）圖82020年4月10日18時(shí)３１分雷達(dá)組合反射率（左）和垂直剖面圖（右）圖９2020年4月10日18時(shí)46分雷達(dá)組合反射率（左）和垂直剖面圖（右）圖１０2020年4月10日18時(shí)51分雷達(dá)組合反射率（左）和垂直剖面圖（右）5、防雹作業(yè)效果分析選取雷達(dá)回波參量（全增益回波頂高、最大回波強(qiáng)度、40dBz回波頂高）在實(shí)施防雹作業(yè)前的數(shù)值和防雹作業(yè)后10min的數(shù)值，使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對這些參數(shù)值在防雹作業(yè)前后的變化進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定防雹效果[15]。冰雹云在清鎮(zhèn)逗留期間，全市共11個(gè)人影作業(yè)炮站均開展了防雹作業(yè)，共開展作業(yè)32次（詳見附表1-附表11），其中11個(gè)高炮站點(diǎn)作業(yè)18次、用彈量757發(fā)，11個(gè)火箭站點(diǎn)作業(yè)14次、用彈量25枚，有效抑制了雹云的發(fā)展，4地降雹直徑來看，均以軟雹為主，最大程度地減輕了冰雹災(zāi)害的損失。此次過程從18：30分開始至20：57分結(jié)束，作業(yè)后強(qiáng)對流云區(qū)域范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)信息顯示為123?,平均強(qiáng)度36.3dBZ;強(qiáng)對流云區(qū)域范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)信息減少1758?,減少率為９3.4%；強(qiáng)中心回波強(qiáng)度減少5.4dBZ,減少率為13.0%。作業(yè)前后雷達(dá)回波數(shù)據(jù)對比見表2和圖11。表2作業(yè)前后雷達(dá)回波數(shù)據(jù)內(nèi)容申請作業(yè)次數(shù)實(shí)際作業(yè)次數(shù)批復(fù)率作業(yè)站點(diǎn)數(shù)高炮作業(yè)次數(shù)高炮作業(yè)用彈量（發(fā)）火箭作業(yè)次數(shù)火箭作業(yè)用彈量（枚）作業(yè)前回波面積（?）作業(yè)前回波面積（?）作業(yè)前雷達(dá)回波平均強(qiáng)度（dBZ）作業(yè)后雷達(dá)回波平均強(qiáng)度（dBZ）作業(yè)后3939100%11227571734188112341.736.3圖112020年4月10日18時(shí)35分和10日20時(shí)57分防雹作業(yè)前后信息統(tǒng)計(jì)對比附表1：影響清鎮(zhèn)新店市冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:20-19:15清鎮(zhèn)新店18:3018:37-18:39西南—正西48G-高炮2018:4518:45-18:47西南—正西48G-高炮2918:5318:55-18:56西南56R-火箭219:0219:08-19:10正北48G-高炮11附表2：影響清鎮(zhèn)市流長冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:30-19:15清鎮(zhèn)流長18:41分18:41-18：44西北50-55G-高炮6018:58分19:02-19:0450-55G-高炮3019:08分19:12-19:1360R-火箭2附表3：影響清鎮(zhèn)市馬場冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:30-19:15清鎮(zhèn)馬場18:4018:41-18：44西南40-50G-高炮4019:0119:08-19:10西南40-50G-高炮4019:1519;28-19:29正西60R-火箭2附表4：影響清鎮(zhèn)市紅楓冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量19:20-19:54清鎮(zhèn)紅楓19:2119:28-19:29正西50G-高炮5819:2119:28-19:29西北55R-火箭219:3319:40-19:41西北55R-火箭319:4819:53-19:54西北55R-火箭2附表5：影響清鎮(zhèn)市高樂冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量19:00-19:54清鎮(zhèn)高樂19:0419：09-19：10西北45G-高炮4019:1919：28-19：29西北45G-高炮5519:3019：41-19：42西北45G-高炮35西北57R-火箭2附表6：影響清鎮(zhèn)市農(nóng)牧場冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量19:20-19:54清鎮(zhèn)農(nóng)牧場19:2119:28-19:29西北50G-高炮5819:3119:41-19:42西北55R-火箭219:5219:52-19:53北50G-高62附表7：影響清鎮(zhèn)市犁倭冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:45-19:08清鎮(zhèn)犁倭18:4918:50-18:51西北45-50G-高炮5818:5418:56--18:57西北55R-火箭219:0819:28--18:29正西45-50G-高炮53附表8：影響清鎮(zhèn)市暗流冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:45-18:55暗流18:5418:50-18:51西北55R-火箭2附表9：影響清鎮(zhèn)市衛(wèi)城冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量18:43-19:20清鎮(zhèn)衛(wèi)城18:4318:45-18:46西南45-50G-高炮3418:5218:59-19:00西南55R-火箭119:1119:16-19:17西南45-50G-高炮43附表10：影響清鎮(zhèn)市王莊冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量19:20-19:54清鎮(zhèn)王莊18:4218:43-21:44西南西北45-50G-高炮2918:4718:48-18:49正西45-50R-火箭118:5318:55-18:56正西55G-高炮2附表11：影響清鎮(zhèn)市麥格冰雹云移動(dòng)路徑上炮站防雹作業(yè)信息影響時(shí)段區(qū)縣站名申請時(shí)間批復(fù)和作業(yè)時(shí)間方位角仰角作業(yè)工具用彈量19:20-19:54清鎮(zhèn)麥格18:4418:45-18:46西北45G-高炮3018:5318:59-19:00正西-西北45G-高炮1219:0219:08-19:10正西-西北45G-高炮1419:1319:16-19:17正西-西北45G-高炮2西北60R-火箭26、結(jié)論省人工影響天氣辦公室發(fā)布的《4月10日人工防雹作業(yè)條件潛勢預(yù)報(bào)》準(zhǔn)確、及時(shí)，對基層開展人工防雹作業(yè)、防災(zāi)減災(zāi)有重要的指導(dǎo)意義；使用cpas(云降水精細(xì)分析系統(tǒng))選取雷達(dá)資料在人工防雹作業(yè)前后的數(shù)值進(jìn)行，通過對雷達(dá)回波參數(shù)的物理統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，由于回波強(qiáng)度強(qiáng)，作業(yè)后防區(qū)內(nèi)仍有5個(gè)炮站雨中夾降冰雹，表明清鎮(zhèn)市2020年4月10日防雹作業(yè)效果顯著；由于人影作業(yè)受空域、技術(shù)手段等諸多影響，建議科學(xué)指揮，上下游區(qū)域之間聯(lián)合作業(yè)，打早打小，在天氣系統(tǒng)生成發(fā)展階段開始作業(yè)才能有效地將雹災(zāi)帶來的損失降到最低。Reference[1]匡順?biāo)?韓軍彩,孫云,等石家莊冰雹氣候分析及人工防雹布局[J]氣象科技,2013,41(2):407-411.[2]楊曉平,張?jiān)破?江山,等南陽市冰雹天氣預(yù)警和人工防雹作業(yè)條件研究全國云降水與人工影響天氣科學(xué)會(huì)議暨中國人工影響天氣事業(yè)50周年紀(jì)念大會(huì),2008.