提高火箭防雹效果的幾點建議

沈 鷹

(云南省氣象科學(xué)研究所，云南 昆明 650034)

冰雹是世界性的氣象災(zāi)害，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要氣象災(zāi)害之一，中國又是世界上雹災(zāi)較多的國家之一，而云南因特殊的山地氣候背景又成為我國的冰雹重災(zāi)區(qū)之一，特別是云南的滇東北、滇西北、滇西南和滇中地區(qū)為雹災(zāi)多發(fā)地，尤其是20世紀(jì)80年代以來，隨著氣候變化的加劇，極端天氣氣候事件出現(xiàn)頻率增加、強度增大，冰雹天氣出現(xiàn)頻率也在進(jìn)一步增大，如何減輕冰雹對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的危害，提高人工防雹效果是云南人工影響天氣工作者考慮的首要問題。

1 云南降雹時空分布特征

1.1 降雹時間分布

有關(guān)學(xué)者研究[1-3]表明(表1)，云南各月均有冰雹災(zāi)害出現(xiàn)，4月份最多，占全年的23%，其次是7月份，占全年的14.6%；從季節(jié)看，春季(3～5月)雹災(zāi)最多，占全年的46.8%，夏季(6～8月)次之，占全年的31.1%，秋季(9～11月)占全年的18.1%，冬季(12～次年2月)最少，僅為全年的4%。

云南山高谷深，地形復(fù)雜，氣候類型多樣，因此，不同地區(qū)的降雹月際分布也有一定的差異，低海拔地區(qū)(1 200m以下)為春季多雹型，隨著海拔高度的增加，夏季降雹日數(shù)逐漸增多，到海拔1 600m以上變?yōu)橄募径啾⑿?，呈雙峰型分布，7月為峰值，4月為次峰值。

云南降雹的日變化主要以午后多雹型為主，大部分地區(qū)降雹出現(xiàn)在午后到傍晚，以14～16時最多，這主要與局地?zé)崃ψ饔糜嘘P(guān)。

表1 云南省多年平均降雹月際分布

注：表中數(shù)據(jù)引自參考文獻(xiàn)。[1]

1.2 降雹空間分布

受地形和氣候條件的影響，云南降雹的地區(qū)分布有其規(guī)律性，總的說來，地形復(fù)雜的山區(qū)多于平原和壩區(qū)，中緯度多于高緯度和低緯度，冷空氣活躍地區(qū)多于不活躍地區(qū)，多雹區(qū)與少雹區(qū)相應(yīng)成帶狀分布。

根據(jù)云南省氣象站觀測資料發(fā)現(xiàn)，降雹中心主要分布于冷空氣活躍的滇東地區(qū)、降水豐沛的滇南和滇西南地區(qū)，以及滇西北和滇中地區(qū)，是我省冰雹重災(zāi)區(qū)；而金沙江河谷和怒江河谷很少出現(xiàn)降雹天氣，為基本無雹災(zāi)區(qū)。

但是，降雹系統(tǒng)多是中小尺度天氣系統(tǒng)，局地性強，而氣象站一般是按行政區(qū)劃設(shè)置，同時氣象站一般設(shè)在海拔較低且較平坦的開闊地，山區(qū)測站稀少，因此，有些降雹過程沒有被氣象站監(jiān)測到。

2 防雹效果分析

呼風(fēng)喚雨、袪災(zāi)避害是人類長期以來夢寐以求的美好愿望，在人類與災(zāi)害性天氣長期斗爭的過程中，人工影響天氣這門技術(shù)逐步發(fā)展起來。面對頻繁出現(xiàn)的冰雹災(zāi)害，云南省在很早以前就開展了人工防雹工作，也是中國近代開展人工影響天氣工作最早的省份之一，1959年8月10日～9月5日，在云南省鶴慶縣召開的第一次全國消雹經(jīng)驗交流會，拉開了中國現(xiàn)代人工防雹工作的序幕。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和建設(shè)，云南省的人工防雹工作不斷發(fā)展壯大，取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，被廣大農(nóng)民群眾稱贊為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護(hù)神，并逐步成為各級地方政府防雹減災(zāi)的一項常規(guī)工作。

目前，云南省人工防雹作業(yè)廣泛使用“三七”高炮(口徑37mm高射炮)和各種人工影響天氣專用火箭，利用炮彈和火箭彈將AgI(碘化銀)高效催化劑播入云中，形成大量人工冰核，同時，炮彈和火箭彈的爆炸形成動力擾動，從而影響云中冰雹的形成，減輕地面降雹。

一般而言，高炮和火箭有著不同的特點，高炮在射擊時，仰角和方位角可以任意、快速調(diào)節(jié)，炮彈可以連續(xù)發(fā)射，與火箭相比，具有發(fā)射速度快，彈道穩(wěn)定，方向準(zhǔn)，安全系數(shù)高等優(yōu)點，而火箭體積小、重量輕，與高炮相比，具有操作簡便，機(jī)動靈活，成核率高，射程遠(yuǎn)，作用高度高，火力覆蓋面大，播撒速度快等優(yōu)點。但在防雹實際業(yè)務(wù)工作中，許多人影管理、指揮和作業(yè)人員認(rèn)為火箭防雹效果差，防雹作業(yè)應(yīng)采用高炮[4-7]，下面筆者利用各方面技術(shù)條件非常相近的滇中4個州(市)2012年度的人工防雹情況進(jìn)行對比。

表2 2012年度滇中人工防雹情況

注：昆明市沒有高炮，全部是火箭作業(yè)點；玉溪市80%是火箭防雹作業(yè)點；楚雄州和曲靖市基本上以高炮防雹為主，只有個別火箭防雹作業(yè)點.

由表2可以看出，不論是采用火箭防雹還是高炮防雹，防區(qū)內(nèi)烤煙遭受冰雹災(zāi)害的面積所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于防區(qū)外。考慮到防雹作業(yè)點都設(shè)置在冰雹多發(fā)區(qū)(冰雹源地或冰雹路徑)，防雹區(qū)內(nèi)的自然降雹概率要遠(yuǎn)大于防區(qū)外，因此，可以認(rèn)為人工防雹作業(yè)是有效的。

3 提高火箭防雹效果的建議

由表2進(jìn)一步分析可以看出，如果簡單地把受災(zāi)面積比例作為衡量防雹效果的指標(biāo)，那么，楚雄、曲靖的防雹效果要比昆明和玉溪的防雹效果好。由于這4個州(市)的作業(yè)指揮人員均為州(市)人影中心受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員，作業(yè)人員每年都按照統(tǒng)一要求進(jìn)行年度技術(shù)培訓(xùn)；均采用甚高頻進(jìn)行作業(yè)聯(lián)絡(luò)；均統(tǒng)一由省空域協(xié)調(diào)站進(jìn)行作業(yè)空域申請；各地每年都按省里統(tǒng)一要求進(jìn)行作業(yè)裝備年檢，作業(yè)裝備性能符合相關(guān)技術(shù)要求；防雹業(yè)務(wù)均以昆明多普勒雷達(dá)為主，結(jié)合當(dāng)?shù)氐?11數(shù)字化雷達(dá)進(jìn)行作業(yè)指揮；這4個州(市)的降雹日數(shù)也相近[1-3]，因此，這4個州(市)在人影指揮人員水平、作業(yè)人員水平、通訊條件、空域條件、作業(yè)裝備情況、雷達(dá)及其它探測手段，自然降雹概率等各方面的條件都非常相近，由此可以初步認(rèn)為，防雹效果的差異，主要是由作用方式引起的。

根據(jù)現(xiàn)有防雹原理[8]，目前的人工防雹作業(yè)，不論采用什么工具，從根本上講只有二種作用方式[9]：一種是依據(jù)“利益競爭”的防雹原理，向云中播撒催化劑，增加云中的冰核濃度；另一種是利用爆炸作用對云進(jìn)行動力干擾，影響冰雹云的形成和發(fā)展。但是，這二種作用方式的起效時間是有區(qū)別的，播撒催化劑進(jìn)行防雹需要10分鐘才起效，而爆炸的作用可立即見效[10]，因此，在實際防雹作業(yè)中，需要根據(jù)作業(yè)工具的作用方式，采取不同的作業(yè)方法，否則，將嚴(yán)重影響防雹作業(yè)效果。

3.1 提高雹云識別能力

增雨防雹火箭，除了早期的JFJ型火箭同時具有爆炸和播撒二種作用方式外，現(xiàn)在使用的所有新型火箭均只有播撒催化劑一種作用方式，而催化劑入云后需10分鐘后才能起作用，因此，在防雹業(yè)務(wù)中，需大力提高指揮和作業(yè)人員識別雹云的能力，爭取在冰雹形成早期就能識別出冰雹云并及時采取作業(yè)[11]。但是，大量觀測表明，冰雹在云中的生成時間(云體快速發(fā)展，雷達(dá)回波躍增)只有幾分鐘，希望在冰雹形成前10分鐘就能識別出冰雹云，就目前的技術(shù)水平，要做到這一點還非常困難。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型監(jiān)測設(shè)備的陸續(xù)投入使用，有望在不久的將來，對雹云的預(yù)報、預(yù)警和識別能力得到明顯提升。

3.2 合理布設(shè)防雹作業(yè)網(wǎng)

由于火箭與高炮在性能、防雹原理上的差異，使得二者在作業(yè)方法上不盡相同，因此，在防雹業(yè)務(wù)中，我們應(yīng)該充分發(fā)揮不同裝備的優(yōu)勢，合理布設(shè)防雹作業(yè)網(wǎng)。即利用火箭彈射程遠(yuǎn)、覆蓋面大的優(yōu)勢，在冰雹云發(fā)生的源地和移動路徑上游，設(shè)置火箭作業(yè)點，在雹云生成的初級階段就進(jìn)行催化作業(yè)，通過AgI催化劑的作用，提前產(chǎn)生降水，或爭食云中含水量，抑制大冰雹的產(chǎn)生，在保護(hù)區(qū)附近，設(shè)置高炮作業(yè)點，使防區(qū)內(nèi)的雹云即使進(jìn)入躍增階段，也能通過爆炸作用抑制大冰雹的產(chǎn)生。這一點，只要對冰雹源地、冰雹移動路徑、各種作業(yè)裝備性能進(jìn)行了充分的調(diào)查和了解，就能合理規(guī)劃和設(shè)置我們的防雹作業(yè)網(wǎng)。

3.3 改變火箭作用方式

由于目前使用的所有新型火箭均采用燃燒播撒催化劑方式，作用時間具有一定的滯后性，是影響防雹效果的重要原因之一。如果能夠讓火箭具備爆炸作用，利用爆炸原理進(jìn)行防雹，則可以大大縮短防雹作用起效時間，提高火箭防雹效果。目前，已經(jīng)有部分新型火箭同時具有燃燒播撒方式和爆炸作用，各地應(yīng)優(yōu)先選用這些火箭。

3.4 改善火箭飛行穩(wěn)定性

目前使用的防雹火箭均為無控火箭，在飛行中受風(fēng)向、風(fēng)速的影響很大，彈道穩(wěn)定性較差，射擊精度明顯低于高炮。在防雹作業(yè)中，由于雹云內(nèi)及周圍環(huán)境的水平風(fēng)和垂直氣流都很大，使得火箭在飛行過程中，往往會偏離軌道較遠(yuǎn)，無法擊中雹云關(guān)鍵部位，這是影響防雹效果的另一個重要原因。如果能夠通過技術(shù)改進(jìn)，如自旋穩(wěn)定、加大出軌速度等方式，提高火箭飛行的穩(wěn)定性，將大大提高火箭防雹效果。目前，已經(jīng)有部分新型火箭采用了自旋穩(wěn)定方式，明顯提高了火箭飛行的穩(wěn)定性。

3.5 改變火箭回收或自毀方式

舊式火箭采用爆炸自毀方式，而現(xiàn)在的新型火箭殘骸多數(shù)采用降落傘攜帶方式進(jìn)行回收，空中滯留時間長，在防雹作業(yè)申請空域時，作業(yè)空域?qū)徟鷷r間比爆炸自毀方式受到更大的限制，在一定程度上也影響了防雹作業(yè)效果。如果火箭采用爆炸方式進(jìn)行自毀，則可以大大縮短火箭殘骸的空中滯留時間，同時在客觀上使火箭具備了爆炸作用，這也將提高火箭防雹效果。

4 結(jié)語

通過以上分析筆者認(rèn)為，不論是使用火箭還是高炮，防雹作業(yè)都是有效的，作業(yè)效果的差異主要是由作用方式造成的。針對火箭防雹作業(yè)特點，筆者對提高火箭防雹效果提出以下建議：

(1)提高雹云識別能力，盡可能提早作業(yè)，將雹云消滅在冰雹生成早期。

(2)合理布設(shè)防雹作業(yè)網(wǎng)，充分發(fā)揮火箭與高炮的各自優(yōu)勢。

(3)改變火箭作用方式，充分利用催化劑播撒和爆炸的共同作用。

(4)改善火箭飛行穩(wěn)定性，提高火箭射擊精度。

(5)改變火箭回收或自毀方式，縮短火箭殘骸的空中滯留時間。

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