石河子多普勒雷達(dá)在防雹中的應(yīng)用

（新疆石河子氣象局，石河子市，832000） 蒲云錦

石河子多普勒雷達(dá)于2010年4月正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，在雷達(dá)資料分析、業(yè)務(wù)應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展。目前在進(jìn)行防雹作業(yè)指揮時(shí)，利用雷達(dá)反射率因子等常規(guī)產(chǎn)品較多，對(duì)差分反射率、差分傳播相移、零滯后相關(guān)系數(shù)等偏振參數(shù)的理解、分析比較困難，雷達(dá)系統(tǒng)也沒(méi)有配備偏振參數(shù)應(yīng)用產(chǎn)品軟件，使各偏振參數(shù)沒(méi)有很好的發(fā)揮作用。

1 冰雹的天氣特征

天氣系統(tǒng)：在東經(jīng)60～85°，北緯35～50°關(guān)鍵區(qū)內(nèi)有低值系統(tǒng)或切變存在。

層結(jié)指數(shù)：

2 冰雹云的雷達(dá)識(shí)別

根據(jù)2012～2015年對(duì)72次強(qiáng)對(duì)流天氣的跟蹤監(jiān)測(cè)，初步得出冰雹云的雷達(dá)識(shí)別指標(biāo)。

2.1 降雹單體初始雷達(dá)回波的早期識(shí)別

根據(jù)以下對(duì)流回波系統(tǒng)的形成和發(fā)展，識(shí)別具有降雹潛在危險(xiǎn)的對(duì)流回波系統(tǒng)：①對(duì)流發(fā)生區(qū)內(nèi)的零散回波單體突然開(kāi)始形成有組織化、有規(guī)律的條帶或平行短帶排列，而后移出源地的對(duì)流回波系統(tǒng)；②兩條以上對(duì)流回波帶，因移向移速不同而發(fā)生交叉，形成“人”字形結(jié)構(gòu)，或一個(gè)對(duì)流回波帶因各段移速不同而形成“人”字形或波動(dòng)狀排列的對(duì)流回波系統(tǒng)；③大片熱對(duì)流回波群中，出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)尺度差異懸殊的單體，發(fā)展迅速，移向移速變化快的對(duì)流回波系統(tǒng)。

在上述具有降雹潛在危險(xiǎn)的對(duì)流回波系統(tǒng)中，具有潛在危險(xiǎn)的降雹單體初始回波可能出現(xiàn)的部位（或區(qū)域）有。①兩塊對(duì)流單體并合處；②兩條或兩條以上對(duì)流回波帶的交匯處；③成熟對(duì)流單體移向的前方或右側(cè)；④颮線或?qū)α骰夭◣б葡虻那安炕蛴覀?cè)。

測(cè)定上述部位（或區(qū)域）出現(xiàn)初始雷達(dá)回波的形成高度和增長(zhǎng)速率。當(dāng)上述特定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)初始雷達(dá)回波時(shí)，應(yīng)立即測(cè)定該初始雷達(dá)回波的形成高度、強(qiáng)度、尺度及形態(tài)特征，其操作程序如下：

（1）當(dāng)平顯上開(kāi)始出現(xiàn)上述初始雷達(dá)回波時(shí)，立即通過(guò)該初始回波的強(qiáng)中心打高顯，讀出回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波中心高度、回波區(qū)的水平寬度和垂直厚度；

（2）5min后，重復(fù)上述觀測(cè)程序，讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)，并算出5min內(nèi)回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波中心高度、回波區(qū)的水平寬度和垂直厚度的增長(zhǎng)速率；

（3）根據(jù)本地歷年回波資料的統(tǒng)計(jì)得出，距地4km以上高度出現(xiàn)初始雷達(dá)回波后的5min內(nèi)，回波增長(zhǎng)速率的判據(jù)如下：①回波區(qū)水平和垂直增長(zhǎng)速率＞2.5km/5min；②回波強(qiáng)度增長(zhǎng)速率＞10dbZ/5min；③強(qiáng)回波中心高度上移速度1km/5min。

表1 石河子雷達(dá)一站冰雹云孕育階段雷達(dá)回波參數(shù)的臨近識(shí)別指標(biāo)

表2 不同類(lèi)型冰雹云最佳引晶部位對(duì)照表

表3 一塊雹云移經(jīng)一個(gè)火箭發(fā)射點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)用彈量（枚）

降雹單體初始雷達(dá)回波的形成特征，在高顯上通常表現(xiàn)為頂部回波向上拱起的窩頭狀，整塊回波懸于中空，結(jié)構(gòu)密實(shí)，強(qiáng)中心位于底部向上拱起的上方。

當(dāng)出現(xiàn)上述回波形態(tài)特征的初始雷達(dá)回波，并且其增長(zhǎng)速率達(dá)到上述判據(jù)時(shí)，則該初始雷達(dá)回波可識(shí)別為降雹單體的初始雷達(dá)回波。

2.2 孕育階段冰雹云的臨近識(shí)別

2.2.1 利用雷達(dá)回波參數(shù)識(shí)別冰雹云

如果早期增長(zhǎng)特征不明顯，或失去早期跟蹤觀測(cè)時(shí)機(jī)，則可根據(jù)雷達(dá)回波參數(shù)和形態(tài)特征實(shí)施臨近識(shí)別。臨近識(shí)別的主要雷達(dá)回波參數(shù)是回波強(qiáng)度、尺度、回波頂高以及強(qiáng)中心高度。根據(jù)歷年雷達(dá)回波資料統(tǒng)計(jì)得出，石河子雷達(dá)一站5～9月份雷達(dá)回波參數(shù)的臨近識(shí)別指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2.2 利用雷達(dá)回波特征識(shí)別冰雹云

常見(jiàn)的孕育階段冰雹云雷達(dá)回波形態(tài)特征主要有以下幾種：①在平顯上呈密實(shí)的塊狀結(jié)構(gòu)，并在移向前部有明顯的弧形凹區(qū)；②在平顯上出現(xiàn)鉤狀或指狀回波；③在高顯上呈高的柱狀或錘狀回波，結(jié)構(gòu)密實(shí)；④在高顯上具有前懸回波，以及表征入流區(qū)部位的穹隆回波。

如果出現(xiàn)上述回波形態(tài)特征，并且各項(xiàng)雷達(dá)回波參數(shù)達(dá)到上述（見(jiàn)表1）識(shí)別指標(biāo)，則該對(duì)流單體可識(shí)別為冰雹云。

3 防雹作業(yè)指揮

火箭防雹作業(yè)指揮操作程序。確定當(dāng)日火箭作業(yè)發(fā)射仰角和有效作業(yè)距離。利用本地探空站當(dāng)日08時(shí)－6℃層的高度，查附圖即可得出當(dāng)日火箭發(fā)射仰角和有效作業(yè)距離（本表適用于WR－1B型防雹火箭）。確定火箭彈引晶部位（查表2）；確定作業(yè)用彈量。

根據(jù)雹云類(lèi)型和發(fā)展階段，一塊雹云移經(jīng)一個(gè)火箭發(fā)射點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)用彈量（枚）由表3查得。確定火箭發(fā)射方位角，下達(dá)火箭發(fā)射指令。

4 雹云判別指標(biāo)及作業(yè)

本地的雹云回波特征：結(jié)構(gòu)密實(shí)、塊狀明顯、體積較大、強(qiáng)度強(qiáng)、回波頂高，最高可達(dá)14.5km，回波強(qiáng)度梯度大，并具有鉤狀、指狀、“v”形缺口和穹隆前懸回波等特征。速度場(chǎng)有低空急流，低層輻合高層輻散，垂直累積液態(tài)水含量≥30kg.m－2，垂直風(fēng)切變1～6km的切變值≥10m.s－1。

判別地區(qū)西部雹云的雷達(dá)參數(shù)指標(biāo)可定為：①云體的強(qiáng)度Z＞35dbz；②云體10dbz的回波頂高H10dbz＞8 000m；③云體30dbz的回波頂高H30dbz＞4 000m；④云體40dbz的回波頂高H40dbz＞3 000m。

具體應(yīng)用時(shí)以Z和H10dbz指標(biāo)作為警戒線，以H30dbz和H40dbz的指標(biāo)做為重點(diǎn)判據(jù)，同時(shí)要結(jié)合當(dāng)時(shí)的天氣形勢(shì)、層結(jié)指數(shù)、冰雹云的回波特征及回波的增長(zhǎng)速率等多種因素，加以綜合分析判斷。

用火箭作業(yè)后，當(dāng)回波強(qiáng)度減弱，強(qiáng)回波頂高下降，強(qiáng)回波區(qū)面積、體積減小或提前產(chǎn)生降水，均可判斷為作業(yè)有效；反之判斷為作業(yè)效果不明顯，仍有降雹的危險(xiǎn)存在，應(yīng)繼續(xù)實(shí)施作業(yè)，直到云體減弱為止。

對(duì)于一塊冰雹云，我們可在雷達(dá)上讀取到強(qiáng)中心方位和距離，作業(yè)部位也一目了然。然而對(duì)炮點(diǎn)的目測(cè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)一塊云體移到它的上空，面對(duì)滿天烏云，無(wú)法準(zhǔn)確判斷和確定云體的強(qiáng)中心、作業(yè)部位、作業(yè)高度及作業(yè)仰角等。根據(jù)研究，冰雹胚胎大多形成于溫度為-4～-10℃的環(huán)境中，同時(shí)雷達(dá)探測(cè)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回波出現(xiàn)在-8～-10℃以上高度時(shí)，發(fā)展或降雹的幾率占80%，所以火箭作業(yè)高度選在云體中上部水汽集中部位，也就是云中-6℃層以上高度。

根據(jù)對(duì)石河子測(cè)站08時(shí)的探空資料分析，石河子市夏季5～9月0℃層的平均高度為4 129m，-20℃層的平均高度為7 509m，-20℃層與0℃層高度之差為3 380m，說(shuō)明負(fù)溫區(qū)很厚，有利于冰雹胚胎在此之間的上下翻滾增長(zhǎng)。

表4 5～9月-8℃層平均高度表

由表4可知，用每個(gè)月-8℃層平均高度減去本站的海拔高度1 103m就可估算出每個(gè)月火箭作業(yè)要達(dá)到的高度值。

作業(yè)時(shí)應(yīng)盡可能的將火箭彈打入雹云的中上部即雹源部位，得到有效的催化。