多普勒雷達產(chǎn)品在湘南一次人工防雹作業(yè)中的應(yīng)用

周長青，徐靖宇，唐明暉，周 盛

（1湖南省氣象臺，長沙410118；2湖南省人工影響天氣辦公室，長沙410118）

0 引言

冰雹是一種常見的災(zāi)害性天氣，在湖南地區(qū)發(fā)生較多，尤其是春季，由冰雹造成的損失較為嚴重，給農(nóng)業(yè)、電力、交通等行業(yè)帶來重大影響。因此，開展冰雹天氣過程個例分析和人工防雹技術(shù)研究，減少冰雹對社會經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人身安全造成的損失具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外有關(guān)冰雹監(jiān)測預(yù)警方法和人工防雹技術(shù)的研究已有很多成果。廖玉芳等[1]利用11次強對流事件中23個產(chǎn)生三體散射的強對流風(fēng)暴，對三體散射的統(tǒng)計特征進行了分析和討論。郭艷[2]利用多年的地面觀測和雷達資料進行統(tǒng)計分析，研究TBSS與地面降雹之間的對應(yīng)關(guān)系。黃駿等[3]利用多普勒雷達產(chǎn)品，并結(jié)合地面實況降水等資料對湘西北地區(qū)一次人工防雹作業(yè)分析表明：多普勒雷達能很好的監(jiān)測對流單體的發(fā)生發(fā)展及其移動路徑，對提前識別冰雹云、選擇判別作業(yè)時機有很好的預(yù)警指示作用。莫益江[4]對2016年4月12日人影消雹作業(yè)實例研究表明：55 dBZ以上強回波、三體散射、VIL值等回波特征的準(zhǔn)確判斷，是抓住消雹作業(yè)有利時機的關(guān)鍵；李秀琳等[5]分析總結(jié)了2005—2006年渭南19個典型雹日的VIL回波特征和指標(biāo)，通過VIL值的變化可以應(yīng)用于預(yù)測降雹，對強對流天氣的臨近預(yù)報和有效開展人工防雹作業(yè)具有指導(dǎo)意義。張錦泉等[6]總結(jié)甘肅省10余年的人工防雹經(jīng)驗以及成果，總共歸納了2種冰雹云的雷達回波特征以及利用冰雹云的回波形態(tài)對冰雹云進行識別，對于各地的人工防雹具有一定的參考作用。

本研究利用多種多普勒雷達產(chǎn)品結(jié)合地面、高空實況資料對2016年3月20日發(fā)生在湘南地區(qū)的一次人工防雹個例進行分析，從雷達三體散射、組合反射率、VIL、回波頂高等回波特征對冰雹云進行識別追蹤，以期確定人工防雹作業(yè)地點和時機，再通過分析作業(yè)前后冰雹雷暴單體的變化，分析防雹作業(yè)效果，從而加強多普勒雷達產(chǎn)品在人工防雹作業(yè)中的應(yīng)用，提高人工防雹技術(shù)水平。

圖1 2016年3月20日08時—20時湖南冰雹實況分布圖

1 天氣形勢分析

1.1 天氣實況

2016年3月20日湖南湘中以南地區(qū)出現(xiàn)了一次嚴重的冰雹天氣。從2016年3月20日08—20時，國家站共出現(xiàn)5站次降雹實況記錄（見圖1），臨武、桂陽、永興、常寧、衡南、道縣等地等地均出現(xiàn)降雹天氣，其中道縣最大冰雹直徑達25 mm。

1.2 環(huán)流背景分析

從3月20日08時高空和地面資料看，湖南正處于500 hPa（見圖2）高空槽前，低層有較好的輻合抬升條件[7]；700 hPa湘南南部有一中低空急流，最大急流速度達到26 m/s，850 hPa暖切（圖2）同樣位于湘南，為本次過程提供了較好的水汽條件[8-10]；另外，925 hPa與地面（圖略）輻合線同樣都位于湘南，動力條件較好；且湘南地區(qū)T850～500≥25℃，T700～500≥15℃層結(jié)不穩(wěn)定[11-13]，為本次冰雹天氣的發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件[14-15]。在對天氣形勢分析的基礎(chǔ)上，通過強對流潛勢預(yù)報分析可以整體地了解和把握強對流天氣的種類和落區(qū)，對人工防雹作業(yè)區(qū)域和時間的選擇有重要的指導(dǎo)意義。

2 作業(yè)時機的確定

在天氣形勢分析的基礎(chǔ)上，利用郴州站SA波段多普勒天氣雷達資料對冰雹天氣雷達回波特征進行分析，進一步確定開展人工防雹作業(yè)的時機。3月20日午后對流活動開始在湘南發(fā)展，相繼經(jīng)過雙牌、寧遠、藍山、嘉禾、臨武、桂陽、宜章、常寧等地，給湘南帶來一次區(qū)域性冰雹天氣。本研究選取發(fā)生在郴州嘉禾和桂陽的一次冰雹天氣，分析和探討多普勒雷達產(chǎn)品在人工防雹作業(yè)中的應(yīng)用。

圖2 2016年3月20日08時500 hPa高度場和850 hPa高空填圖

從郴州雷達基本反射率圖上看（圖略），15:34有1個單體(V8)首先從嘉禾開始發(fā)展并逐漸增強，該單體逐漸向東移動，在15:52移動至嘉禾和桂陽交界處，15:58進入桂陽境內(nèi)，并在6.0°仰角上首次觀測到三體散射特征，此時可以判斷該地有冰雹天氣的發(fā)生[15-16]，可以迅速確定作業(yè)時機，在相關(guān)區(qū)域開展人工防雹作業(yè)。

該單體(V8)的三體散射從15:58—16:34共持續(xù)了7個體掃時間，在16:10發(fā)展的最為強烈，分別在2.4°、3.4°、4.3°、6.0°共4個仰角上觀察到三體散射（見圖3a），除了三體散射外還觀測到較明顯的旁瓣回波特征[15]；組合反射率CR（見圖3b）在16:10最大回波強度達到了65 dBZ以上，同時，垂直積分液態(tài)含水量VIL（見圖3c）達到了50 kg/m2，同時回波頂高ET（圖略）也達到了12 km以上，均能較好地判斷冰雹的產(chǎn)生[17-18]。

通過對多普勒雷達特征的分析，嘉禾和桂陽迅速確定了開展人工防雹作業(yè)的時機對該單體(V8)進行防雹作業(yè)，嘉禾于20日16:07開始進行高炮防雹作業(yè)，于16:10結(jié)束作業(yè)，共發(fā)射高炮炮彈40發(fā)，桂陽于16:26進行高炮防雹作業(yè)，于16:30結(jié)束作業(yè)，共發(fā)射高炮炮彈30發(fā)（見表1）。

3 防雹效果檢驗

經(jīng)過作業(yè)后，該單體(V8)在向東北方向移動的過程中，在16:40三體散射特征完全消失，并在隨后迅速減弱消失。該單體(V8)對應(yīng)的風(fēng)暴趨勢圖（見圖4）上可以看到，在16:10以前的幾個體掃最大反射率高度(DBZM HT)和風(fēng)暴核高度(CENT HT)基本穩(wěn)定維持5 km左右，超過了0°層高度4125 m（08時探空），達到了冰雹產(chǎn)生的條件[19-20]，在進行防雹作業(yè)以后，從16:10開始逐步下降，特別是在16:28以后迅速下降。與此同時，該風(fēng)暴的垂直積分液態(tài)含水量(CELL BASED VIL)在前幾個時次基本維持在50 kg/m2以上，特別是在作業(yè)前的15:58達到最大值超過了60 kg/m2，在16:10以后也呈逐漸下降趨勢。

從冰雹概率(POSH/POH)產(chǎn)品來看能更直觀地反映該單體(V8)冰雹的演變規(guī)律，該單體(V8)從15:58(UTC 07:58)開始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均達到了100%，這與首次觀測到三體散射的時間一致，說明此時該單體(V8)內(nèi)部有冰雹產(chǎn)生，經(jīng)過人工防雹作業(yè)以后，該單體(V8)在16:34開始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均快速下降，說明該單體(V8)內(nèi)部冰雹云迅速消散，并最終在16:40時迅速減弱消失[15]。

此次人工防雹作業(yè)指揮中，在多普勒雷達回波強度、VIL、回波頂高等一系列指標(biāo)達到冰雹產(chǎn)生的條件時，當(dāng)首次觀測到三體散射時可立即確定作業(yè)時機，開展人工防雹作業(yè)后，冰雹的雷達回波特征以及單體(V8)本身迅速減弱消失，與防雹作業(yè)過程非常吻合，從單體的演變上驗證了此次人工防雹作業(yè)的效果較為理想。

4 結(jié)論與討論

綜上所述，通過對2016年3月20日08時天氣形勢分析，湘南處于500 hPa高空槽前；中低空急流、切變線和地面輻合線在湘南交匯；配合大氣層結(jié)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（T850～500≥25℃，T700～500≥15℃），為本次冰雹天氣的發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件，對整體地了解和把握強對流天氣的種類和落區(qū)以及對人工防雹作業(yè)的區(qū)域和時間選擇有重要的指導(dǎo)意義。

圖3 2016年3月20日16:10郴州雷達回波圖像

表1 2016年3月20日郴州市嘉禾、桂陽縣人工防雹作業(yè)信息表

圖4 2016年3月20日16:46郴州雷達風(fēng)暴趨勢產(chǎn)品圖（V8）（坐標(biāo)為世界時）

在作業(yè)時機的選擇上，利用郴州多普勒雷達產(chǎn)品，對冰雹的典型回波特征進行分析，通過組合反射率超過65 dBZ強回波、多個仰角出現(xiàn)三體散射和旁瓣回波特征，以及大于50 kg/m2的VIL高值區(qū)等最終確定防雹作業(yè)時機；在完成作業(yè)以后通過對比發(fā)現(xiàn)，此次冰雹過程從冰雹的產(chǎn)生、發(fā)展到迅速消失與此次人工防雹作業(yè)的過程非常吻合，驗證了此次人工防雹作業(yè)的效果較為理想。因此，綜合利用多種雷達產(chǎn)品資料能夠較好地了解對流單體，尤其是冰雹的發(fā)生、發(fā)展、強度、移動路徑以及空間結(jié)構(gòu)特征等，對確定作業(yè)時機、提高人工防雹作業(yè)水平以及作業(yè)效果分析等方面具有十分重要的作用。

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