雷達(dá)觀測在防雹作業(yè)中的應(yīng)用

符洪天

摘 要 首先分析冰雹天氣的雷達(dá)觀測要求，接著給出冰雹云雷達(dá)回波綜合參考特征的識別方法，最后探討雷達(dá)上雹云的回波特征在人工防雹作業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，為人工防雹工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)觀測；防雹作業(yè)；應(yīng)用

中圖分類號：P482；S427 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）01--02

冰雹作為局部地區(qū)的一種災(zāi)害性天氣，在對數(shù)值預(yù)報(bào)或天氣圖進(jìn)行分析的過程中很難發(fā)現(xiàn)冰雹的出現(xiàn)，而雷達(dá)的使用為監(jiān)測冰雹云的活動提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。為了將雷達(dá)的功效充分發(fā)揮出來，監(jiān)測人員必須對環(huán)境對流條件、大尺度環(huán)流天氣背景進(jìn)行熟練掌握；同時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注冰雹云的前期特征，并在此基礎(chǔ)上將冰雹天氣雷達(dá)的監(jiān)測工作做好。冰雹云的雷達(dá)回波特征不僅具有許多共性，還有明顯的地方性特征存在。經(jīng)過實(shí)踐表明，不同地區(qū)和季節(jié)、不同類型的雹云、不同的發(fā)展階段都存在有明顯的差異。

1 冰雹天氣的雷達(dá)觀測要求

冰雹云在發(fā)生和發(fā)展的過程中具有十分明顯的突發(fā)性特征，通常情況下對流云在轉(zhuǎn)換為冰雹的過程中只需要30 min，從初始回波到降雹現(xiàn)象出現(xiàn)有時(shí)只需要十幾分鐘，雖說降雹范圍有限，但是卻表現(xiàn)出了明顯的局地性特征。在對雹云進(jìn)行監(jiān)測之前，監(jiān)測人員需要制定出一系列科學(xué)、合理的監(jiān)測方案，主要包括統(tǒng)計(jì)降雹資料、對雹云、雷雨回波的氣候統(tǒng)計(jì)進(jìn)行對比分析，為了更好地判斷相關(guān)指標(biāo)，需要熟練掌握回波的特征量和回波參數(shù)；對于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)一天內(nèi)的冰雹時(shí)間分布和地理分布也要進(jìn)行熟練掌握[1]。此外，要將影響本地產(chǎn)生冰雹天氣的主要天氣系統(tǒng)分型、概率分布的統(tǒng)計(jì)研究工作做好，這樣可以為監(jiān)測冰雹云的大尺度天氣背景提供方便，從而對冰雹的相關(guān)天氣預(yù)報(bào)信息進(jìn)行熟練掌握。

在使用雷達(dá)對冰雹進(jìn)行監(jiān)測的過程中，如果判斷不清天空云況的宏觀情況，需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)搜索功能。搜索觀測步驟要以先低仰角、遠(yuǎn)距離，后高仰角，近距離的搜索要求進(jìn)行。如果對流回波不具有生成冰雹的條件、仍然屬于雷雨回波或者是普通陣雨時(shí)，為了更好地查看雷雨回波是否有向冰雹云回波進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí)，可以實(shí)行監(jiān)測性觀測方法。一般情況下，如果雷雨回波發(fā)展比較強(qiáng)盛，此時(shí)的觀測間隔要保證在15 min之內(nèi)進(jìn)行。一旦雷雨回波向冰雹云回波進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí)，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行連續(xù)型的跟蹤觀測，監(jiān)測人員要確保獲取到的冰雹云回波單體或者在三維空間中的系統(tǒng)資料盡可能完整[2]。應(yīng)選取不同增益衰減的PPI和幾個(gè)不同的仰角和1～2個(gè)單體的RHI作為不同的觀測方案，在操作過程中要確保速度夠快，只有這樣才能保證捕捉到更多的回波圖像信息。

2 冰雹云雷達(dá)回波綜合參考特征

2.1 冰雹云雷達(dá)回波性狀特征

在雷達(dá)平面顯示圖上，一旦有“人”字形的帶狀回波出現(xiàn)，很容易在“人”字形的兩帶交界處出現(xiàn)降雹現(xiàn)象；如果有鉤狀現(xiàn)象在出現(xiàn)在對流云的發(fā)展階段，此時(shí)在鉤的位置處通常是強(qiáng)的回波中心，也可以稱之為降雹點(diǎn)；如果有手指裝的回波在回波中出現(xiàn)，而連接主體和指尖出往往是發(fā)生冰雹云的主要區(qū)域；如果有渦旋狀回波或者“V”型缺口的回波出現(xiàn)，在其頂端的強(qiáng)回波區(qū)域內(nèi)是發(fā)生冰雹的主要區(qū)域。

2.2 冰雹云發(fā)展的重要特征

冰雹云在發(fā)展過程中的重要特征是雷達(dá)回波增長的速度比較快，雷達(dá)回波在增加過程中的開始時(shí)間往往是生成冰雹的3 min之后，5～8 min之內(nèi)雷達(dá)回波的高度達(dá)到最大值，此時(shí)冰雹云內(nèi)的含水量也達(dá)到了最大值。通過觀察雷達(dá)垂直剖面圖可以看出，強(qiáng)回波頂高、回波強(qiáng)度以及回波頂高在短時(shí)間內(nèi)都開始大幅度增加，在5 min內(nèi)增大了1 000～2 000 m。由此可以看出，識別雹云的最重要方法就是在出現(xiàn)降雹天氣之前查看回波在短時(shí)間內(nèi)是否出現(xiàn)大幅度增長。

2.3 超級單體雷達(dá)回波

在垂直剖面圖上對超級單體進(jìn)行分析，氣流在上升過程中垂直方向的速度比較大，在極短的時(shí)間之內(nèi)水汽很難凝結(jié)膨脹，在云中其他部位形成的降水粒子很難進(jìn)入到這個(gè)區(qū)域內(nèi)，所以很容易有弱的回波區(qū)出現(xiàn)，就是我們稱為的穹窿。在最大上升氣流區(qū)的上部，出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)的回波區(qū)即含水量的累積區(qū)或者可以稱之為冰雹增長區(qū)。在它的上面出現(xiàn)了冰雹云的高回波區(qū)，而其后側(cè)是強(qiáng)回波區(qū)，又可稱之為回波墻，在其前側(cè)是懸掛回波。經(jīng)過雷達(dá)實(shí)際的監(jiān)測表明，在距離雷達(dá)高度顯示上有回波穹廬、回波墻、懸掛回波以及旁瓣回波出現(xiàn)，這些都可以稱之為強(qiáng)雹云。

2.4 冰雹云回波高度特征

通過對雷達(dá)垂直剖面圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，反映對流云運(yùn)動的強(qiáng)弱可以用雷達(dá)回波垂直發(fā)展高度來進(jìn)行表述。通常情況下，回波頂高隨著積雨云垂直發(fā)展的變化而變化，積雨云發(fā)展越高，回波頂高也會增加，出現(xiàn)冰雹的概率就會越高。如果云層中水的含量比較少，出現(xiàn)降雹的可能性就會大幅度降低，這是因?yàn)樵苾?nèi)上升氣流的強(qiáng)弱很難通過回波頂高來進(jìn)行反映，回波頂高只是對云內(nèi)較大降水粒子達(dá)到的高度進(jìn)行反映，在形成冰雹的過程中需要借助于強(qiáng)大的上升氣流。此外，查看回波頂是否穿過對流層云頂也可以作為判斷雹云的指標(biāo)，它可以有效地反映出云頂部上升氣流的強(qiáng)弱。結(jié)合各種氣象資料和多年的觀測經(jīng)驗(yàn)表明頂部超過對流層的雷暴中有80%會出現(xiàn)降雹現(xiàn)象。

3 雹云回波特征在人工防雹工作中的應(yīng)用

在進(jìn)行人工防雹作業(yè)的過程中，作業(yè)人員除了結(jié)合自己的宏觀觀測外，還要借助于雷達(dá)探測進(jìn)行。結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)和對雷達(dá)回波特征進(jìn)行科學(xué)分析，作業(yè)人員可以根據(jù)雷達(dá)監(jiān)測到的雹云形狀、雹云回波強(qiáng)度、雹云變化等資料，對雹云進(jìn)行準(zhǔn)確識別，找出合理的人工防雹作業(yè)部位，要時(shí)刻抓住作業(yè)時(shí)機(jī)，將冰雹出現(xiàn)的可能性降到最大，減輕冰雹災(zāi)害造成的損失。

通常情況下，對快速發(fā)展或者在局部地區(qū)生成的單體回波要引起作業(yè)人員的關(guān)注，要對其進(jìn)行密切關(guān)注，當(dāng)雷達(dá)回波強(qiáng)度中心和放炮站之間的距離在70 km的范圍時(shí)，要同空域管理部門及時(shí)進(jìn)行聯(lián)系，制定出一系列科學(xué)有效的防雹作業(yè)方案，作業(yè)人員和裝備要時(shí)刻處于隨時(shí)待命狀態(tài)。

冰雹云回波參數(shù)的判定：回波高度在一分鐘內(nèi)增加了400 m或者回波強(qiáng)度在每分鐘之內(nèi)平均上升了2 dbz，或零度層以上出現(xiàn)強(qiáng)回波；或云體正負(fù)溫度比大于1∶2。在進(jìn)行人工防雹作業(yè)的過程中，作業(yè)部位要選擇在冰雹云體的前沿部位；同時(shí)，要確定上升氣流區(qū)域防雹作業(yè)時(shí)機(jī)及用彈量與雷達(dá)回波強(qiáng)度、回波頂面積和回波單體面積、溫度、回波性狀的關(guān)系。

4 結(jié)論

綜上所述，將冰雹天氣的雷達(dá)觀測要求與天氣雷達(dá)判別冰雹云回波參考特征進(jìn)行結(jié)合，借助于雷達(dá)對海南省三亞市的回波進(jìn)行分析，這種方法可以提前判斷出冰雹云。觀測人員一旦發(fā)現(xiàn)冰雹云回波特征，就要迅速開展人工防雹作業(yè)，從源頭上阻礙冰雹云進(jìn)一步的發(fā)生、發(fā)展，將冰雹災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響降到最低，從而更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭國光，陳躍，王鵬飛，等.人工影響天氣研究中的關(guān)鍵問題[M].北京：氣象出版社，2005.

[2]孫國德，裴巨才.雷達(dá)識別雹云指標(biāo)和防雹作業(yè)方法[J].山西氣象，2001（2）：32-37.

（責(zé)任編輯：趙中正）