2020年3月22日三明市人工防雹作業(yè)技術(shù)及效果評價(jià)

鄺美清 張家斌 王丹平

(1.三明市氣象局，福建 三明 365000；2.尤溪縣氣象局，福建 三明 365114；3.永安市氣象局，福建 三明 366000)

人工影響天氣是指為避免或者減輕氣象災(zāi)害，以大氣物理為基礎(chǔ)，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過人工干預(yù)的方式對局部大氣的云物理過程進(jìn)行影響，實(shí)現(xiàn)人工增雨、人工防雹、人工消霧、人工消云等目的的活動。利用播云抑制冰雹增長技術(shù)已逐漸被認(rèn)可。人工防雹原理是向正在發(fā)展的雹云中的雹胚形成區(qū)播撒人工冰核碘化銀，通過核化和凝華、碰凍、增長，迅速形成大量毫米尺度的人工雹胚，參與同自然雹胚對云中過冷水實(shí)現(xiàn)有利競爭，以抑制較大冰雹的形成。此外，BL型防雹火箭彈彈體在自炸時(shí)會產(chǎn)生一定的“沖擊波”，一方面可以破壞作業(yè)區(qū)域的流場，阻斷水汽供應(yīng)；另一方面，爆炸力也可以使作業(yè)區(qū)域內(nèi)較大粒子發(fā)生破碎，從而達(dá)到人工防雹效果[1-6]。

三明市是全國為數(shù)不多的百萬擔(dān)煙葉產(chǎn)區(qū)，常年種植煙葉面積近40萬畝。冰雹是三明市重要的災(zāi)害性天氣之一，雖然發(fā)生范圍小，時(shí)間短，但來勢猛烈、強(qiáng)度大，并常伴隨狂風(fēng)、暴雨，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物種植危害極大，是煙葉生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一[7]。

近年來，三明市政府及有關(guān)部門對人工防雹工作的需求越來越迫切，氣象部門也將人工防雹視為為“三農(nóng)”服務(wù)、為新農(nóng)村服務(wù)的重要舉措。每年冰雹等強(qiáng)對流天氣多發(fā)時(shí)節(jié)，三明市氣象部門積極開展冰雹天氣的預(yù)測預(yù)警，實(shí)施人工防雹作業(yè)，對預(yù)防、減輕雹災(zāi)的危害，保護(hù)農(nóng)民收種意義重大，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

本文采用基于天氣雷達(dá)探測的物理檢驗(yàn)技術(shù)方法[8-10]，對比作業(yè)前后多個雷達(dá)回波參數(shù)[11]的宏觀變化，并檢驗(yàn)了防雹作業(yè)效果。

1 天氣形勢與人工防雹作業(yè)概況

根據(jù)天氣形勢分析，2020年3月22日08時(shí)500hPa受南支槽前西南急流影響，低層切變偏北東移，地面弱冷空氣滲透南下。分析邵武站探空可知，環(huán)境場上干下濕，K指數(shù)33℃，850hPa和500hPa溫差達(dá)25℃，沙氏指數(shù)-2.5℃，0℃層高度和-20℃層高度適中，分別為4300m、7400m。此形勢有利于出現(xiàn)冰雹。

(a)天氣形勢圖 (b)邵武探空圖

針對此次過程，三明市共開展人工防雹作業(yè)42次，發(fā)射火箭彈325枚。其中，寧化縣作業(yè)9次，發(fā)射火箭彈70枚；清流、將樂各作業(yè)6次，發(fā)射火箭彈93枚；建寧、泰寧各作業(yè)4次，發(fā)射火箭彈63枚；沙縣、明溪各作業(yè)3次，發(fā)射火箭彈48枚；永安、尤溪各作業(yè)2次，發(fā)射火箭彈29枚；梅列、三元、大田各作業(yè)1次，發(fā)射火箭彈22枚。

2 人工防雹作業(yè)技術(shù)評價(jià)和效果分析

2.1 作業(yè)技術(shù)評價(jià)和效果分析

22日14時(shí)～23時(shí)，三明市開展42次作業(yè)，其中34次有效作業(yè)于強(qiáng)對流云體內(nèi)部，作業(yè)后，云體強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的減弱，作業(yè)效果明顯；8次無效作業(yè)；8次無效作業(yè)中，包含2次云體位于作業(yè)射程外，6次作業(yè)時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn)(詳見表1)。

表1 2020年3月22日人工防雹作業(yè)技術(shù)評價(jià)和效果分析

2.2 有效作業(yè)個例分析

2.2.1 第一階段帶狀回波(15∶00-17∶07)

3月22日15時(shí)，有一帶狀回波自西向東由江西進(jìn)入三明市北部。此時(shí)云體發(fā)展旺盛，回波強(qiáng)中心強(qiáng)度大于60dBZ，回波頂高9km，>50dBZ的強(qiáng)回波高度突破6km，強(qiáng)回波的范圍為長50km，寬10km，面積達(dá)500km2。三明市氣象局采取了連續(xù)跟蹤、多點(diǎn)聯(lián)防等技術(shù)措施，在云體移動過程中(15∶00-16∶08)，在建寧、泰寧、將樂先后進(jìn)行了5次防雹作業(yè)，共發(fā)射火箭彈40枚(建寧2次，泰寧2次，將樂1次)，其中有效作業(yè)4次(建寧2次，泰寧1次，將樂1次)。經(jīng)過2次有效作業(yè)，16∶07的帶狀回波減弱，分散成幾個塊狀回波，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度減弱為55dBZ，回波頂高下降至7km，>50dBZ的強(qiáng)回波高度降至5km，強(qiáng)回波面積明顯減小。16∶07-17∶07，對流回波繼續(xù)向東南方向移動，在建寧、泰寧、將樂、寧化先后進(jìn)行了7次防雹作業(yè)，共發(fā)射火箭彈47枚(建寧1次，泰寧2次，將樂3次，寧化1次)，其中有效作業(yè)6次(建寧1次，泰寧2次，將樂2次，寧化1次))。經(jīng)過6次有效作業(yè)，17∶07在作業(yè)點(diǎn)及其周邊回波強(qiáng)度減弱至50dBZ以下，強(qiáng)回波面積進(jìn)一步減小。

圖2 22日15∶08、16∶07、17∶07回波強(qiáng)度圖(a、b、c)和回波強(qiáng)度剖面圖(d、e、f)

3月22日15時(shí)～17時(shí)，南平市光澤、建陽、政和的局部鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，建寧、泰寧、將樂開展的多點(diǎn)聯(lián)防作業(yè)使帶狀對流云云體分散，回波強(qiáng)度持續(xù)減弱，強(qiáng)回波中心由60dBZ下降至45dBZ，作業(yè)點(diǎn)及周邊沒有出現(xiàn)冰雹，該次多點(diǎn)聯(lián)防防雹作業(yè)有效。

2.2.2 第二階段塊狀回波(18∶30-20∶40)

18∶30，有一塊狀回波進(jìn)入明溪后增強(qiáng)，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)60dBZ，回波頂高8km，>50dBZ的強(qiáng)回波高度突破6km，強(qiáng)回波面積50km2，回波單體發(fā)展旺盛，出現(xiàn)穹窿結(jié)構(gòu)，強(qiáng)回波自西向東移動。針對此強(qiáng)回波，18∶30-20∶40，三明市局沿著回波移動路徑，在明溪、梅列、三元、沙縣、尤溪先后進(jìn)行了7次防雹作業(yè)，共發(fā)射火箭彈54枚(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙縣2次，尤溪2次)，其中有效作業(yè)6次(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙縣1次，尤溪2次)。經(jīng)過6次有效作業(yè)，20∶35塊狀回波強(qiáng)度減弱至35dBZ，回波頂高5 km，單體逐漸消散。

圖3 22日18∶30、20∶35回波強(qiáng)度圖(a、b)和回波強(qiáng)度剖面圖(c、d)

3月22日18時(shí)～21時(shí)，明溪、梅列、三元、沙縣、尤溪開展的多點(diǎn)聯(lián)防作業(yè)使塊狀對流云回波強(qiáng)度持續(xù)減弱，強(qiáng)回波中心由60dBZ下降至35dBZ，回波頂高由8km下降至5km，作業(yè)點(diǎn)及周邊沒有出現(xiàn)冰雹，該次多點(diǎn)聯(lián)防防雹作業(yè)有效。

2.2.3 第三階段塊狀回波(20∶00-22∶30)

3月22日20時(shí)，如圖4所示，有一塊狀強(qiáng)回波自西向東由江西石城進(jìn)入三明市南部。此時(shí)云體發(fā)展旺盛，回波強(qiáng)中心強(qiáng)度大于60dBZ，回波頂高9km，>50dBZ的強(qiáng)回波高度突破6km，強(qiáng)回波面積達(dá)200km2。三明市氣象局采取連續(xù)跟蹤、多點(diǎn)聯(lián)防措施，在云體移動過程中(20∶00-21∶00)先后進(jìn)行了5次防雹作業(yè)，共發(fā)射火箭彈40枚(寧化3次，清流2次)，其中有效作業(yè)4次(寧化3次，清流1次)。經(jīng)過4次有效作業(yè)，20∶59的對流單體回波頂高下降至7km，>50dBZ的強(qiáng)回波高度降至3km，強(qiáng)回波面積減小至50km2。22∶06，塊狀回波分裂出來的小單體移至大田縣，22∶16，在大田縣的東風(fēng)農(nóng)場作業(yè)點(diǎn)作業(yè)，發(fā)射火箭彈8枚，此時(shí)回波中心強(qiáng)度為40dBZ，回波頂高5 km。作業(yè)后20分鐘，單體減弱，逐漸消散。

(a) (b) (c) (d)

(a) (b) (c)

3月22日20時(shí)～22時(shí)，寧化、清流、大田開展的多點(diǎn)聯(lián)防作業(yè)使塊狀回波強(qiáng)度持續(xù)減弱，強(qiáng)回波中心由66dBZ下降至40dBZ，回波頂高由9km下降至5km，作業(yè)點(diǎn)及周邊沒有出現(xiàn)冰雹，該次多點(diǎn)聯(lián)防防雹作業(yè)有效。

2.3 無效作業(yè)個例分析

2.3.1 方位角不對

3月22日18∶51-18∶52，寧化城郊鄉(xiāng)茶湖江磚廠作業(yè)點(diǎn)開展1次防雹作業(yè)，發(fā)射火箭彈8枚。從圖6來看，強(qiáng)回波云系位于該作業(yè)點(diǎn)東部，實(shí)際作業(yè)方位角為260°(偏西方向)。作業(yè)部位不在強(qiáng)回波中心。

圖6 22日16∶06茶湖江磚廠作業(yè)點(diǎn)回波強(qiáng)度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3月22日17∶09-17∶10，將樂縣黃潭鎮(zhèn)黃潭村作業(yè)點(diǎn)開展1次防雹作業(yè)，發(fā)射火箭彈8枚。從圖7可以看出，強(qiáng)回波云系位于作業(yè)點(diǎn)西南方向，強(qiáng)回波不在安全射界內(nèi)，作業(yè)時(shí)作業(yè)點(diǎn)上空安全射界內(nèi)回波強(qiáng)度弱。

圖7 22日17∶09黃潭村作業(yè)點(diǎn)回波強(qiáng)度圖(綠色陰影部分為安全射界)

2.3.2 作業(yè)時(shí)機(jī)不對，偏早或偏晚

3月22日17∶37-17∶38，明溪縣楓溪鄉(xiāng)小珩村作業(yè)點(diǎn)開展1次防雹作業(yè)，發(fā)射火箭彈8枚。從圖8可見，作業(yè)時(shí)17∶36，作業(yè)點(diǎn)上空回波強(qiáng)度弱，最強(qiáng)才30dBZ，此時(shí)并不適合作業(yè)。從回波演變情況來看，西側(cè)的強(qiáng)回波于18∶06以后才移入作業(yè)點(diǎn)射程內(nèi)，因此此次作業(yè)時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn)，作業(yè)偏早。

圖8 22日17∶36(a)、18∶06(b)小珩村作業(yè)點(diǎn)回波強(qiáng)度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3月22日18∶42-18∶44，寧化縣淮土鎮(zhèn)五里亭作業(yè)點(diǎn)開展1次防雹作業(yè)，發(fā)射火箭彈7枚。從圖9來看，作業(yè)時(shí)18∶42，作業(yè)點(diǎn)上空無回波，此時(shí)并不適合作業(yè)。從回波演變情況來看，強(qiáng)回波已于18∶12進(jìn)入作業(yè)點(diǎn)射程內(nèi)，可見本次作業(yè)時(shí)機(jī)選擇偏遲。

圖9 22日18∶12(a)、18∶42(b)五里亭作業(yè)點(diǎn)回波強(qiáng)度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3 結(jié)論

2020年3月22日午后到上半夜，三明市出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣，22日14-23時(shí)，三明市開展42次人工防雹作業(yè)，其中34次有效作業(yè)于強(qiáng)對流云體內(nèi)部，作業(yè)后出現(xiàn)了云體整體回波強(qiáng)度減弱，回波頂高下降，強(qiáng)回波中心減弱，強(qiáng)回波面積減小等特征，云體強(qiáng)對流發(fā)展受到了明顯的抑制，作業(yè)點(diǎn)及周邊沒有出現(xiàn)冰雹，作業(yè)效果明顯；8次無效作業(yè)。通過作業(yè)技術(shù)和效果評估分析，相關(guān)建議如下：

此次作業(yè)過程采取了多點(diǎn)多次聯(lián)合作業(yè)的方式，整體有效抑制了冰雹過程的發(fā)生發(fā)展。但出現(xiàn)了個別作業(yè)點(diǎn)不滿足作業(yè)條件、作業(yè)時(shí)機(jī)選擇不恰當(dāng)?shù)惹闆r。這一方面是因?yàn)榻煌ú槐?，錯過最佳作業(yè)時(shí)機(jī)后匆忙作業(yè)；另一方面，也存在作業(yè)區(qū)域的云系不具備防雹作業(yè)條件，而作業(yè)隊(duì)仍進(jìn)行作業(yè)的現(xiàn)象；還有一方面是作業(yè)時(shí)空域申請未能及時(shí)得到空管部門批準(zhǔn)，錯過最佳作業(yè)時(shí)機(jī)。建議三明市級指揮部門根據(jù)人工防雹作業(yè)指標(biāo)，結(jié)合實(shí)際雷達(dá)回波情況，指揮各作業(yè)隊(duì)開展科學(xué)作業(yè)。

作業(yè)點(diǎn)的安全射界范圍偏小，容易導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)對流云體位于作業(yè)點(diǎn)射程內(nèi)但不在安全射界內(nèi)，從而影響人工防雹作業(yè)效果。建議三明市氣象局在選擇人影作業(yè)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)先考慮安全射界范圍大的作業(yè)點(diǎn)。