郴州市冰雹天氣預(yù)測預(yù)警及人工防雹方法研究

李少云 王德良 樊志超 李亞華 楊湘婧 彭智超

摘 要 通過使用郴州各氣象站的歷史冰雹資料和多普勒雷達(dá)資料，統(tǒng)計(jì)分析了郴州市冰雹的氣候特征，歸納了冰雹發(fā)生的天氣形勢、雷達(dá)回波和大氣層結(jié)特征，給出了冰雹預(yù)測的物理量判別指標(biāo)，為提高郴州冰雹天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力作了有益的探討。還研究了人工防雹作業(yè)技術(shù)和方法，為提高人工防雹作業(yè)指揮水平提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 冰雹；氣候特征；預(yù)測預(yù)警；防雹方法；湖南省郴州市

中圖分類號(hào)：P458.121.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2014）27--03

1 郴州市冰雹天氣的時(shí)空分布

1.1 時(shí)間分布特征

統(tǒng)計(jì)1951-2010年湖南省郴州市10個(gè)氣象站的資料（10個(gè)站中只要有一個(gè)站出現(xiàn)冰雹，就算郴州地區(qū)出現(xiàn)一次冰雹。近年來，隨著氣侯變化、人工消雹等因素，冰雹出現(xiàn)的次數(shù)有所減少。遠(yuǎn)離測站的降雹也無法統(tǒng)計(jì)進(jìn)來），共有冰雹日150個(gè)（圖1），其中2、3、4、5月共發(fā)生138次，占全年總數(shù)的92%，7、8、9、10總共有10次，占全年的7%。冰雹的日變化十分明顯。降雹天氣多發(fā)生在午后，13～20時(shí)出現(xiàn)冰雹的次數(shù)占一天內(nèi)總數(shù)的70%以上，這是因?yàn)槌恢荽杭颈l(fā)生同熱力作用有非常明顯的關(guān)系。

1.2 地域分布特征

統(tǒng)計(jì)1951～2010年10縣（市）冰雹歷史資料，共150次降雹，其地區(qū)分布見圖2。冰雹較多的主要是分布在郴州市的兩區(qū)及其西部、南部、東南地區(qū)，即北湖區(qū)、蘇仙區(qū)、桂陽縣、嘉禾縣、宜章縣及汝城縣；少雹區(qū)為郴州市北部地區(qū)的安仁縣、永興縣、資興市北部和西南部的臨武縣。以春季（3-4月）的年平均雹日≥0.6日作為多雹區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，桂陽縣最大（0. 36日/a），但未達(dá)到多雹區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 冰雹發(fā)生源地和移動(dòng)路徑

郴州冰雹的移動(dòng)路徑，有規(guī)律可循的主要有3條（圖3）。

（1）源于新田縣，經(jīng)桂陽縣的四里、六合后再分兩路，一路經(jīng)流峰，直奔敖泉、和平、雷坪向永興縣；另一路經(jīng)桂陽縣的古樓到十字、余田、仁義、北湖區(qū)的華塘向郴州市區(qū)。

（2）源于新田縣，經(jīng)嘉禾縣的廣發(fā)、石橋、肖家、普滿、桂陽的浩塘、仁義、銀河、樟市、洋市及到永興縣洋塘。

（3）沿春陵江沿江一帶，主要影響桂陽縣的浩塘、仁義、銀河、樟市、洋市、雷坪及永興縣的洋塘。

2 冰雹的預(yù)報(bào)預(yù)警

2.1 冰雹的天氣形勢特征

2.1.1 高空冷槽類

（1）高空冷槽、地面鋒前降雹型：這類是郴州常見的降雹形勢，主要是500 hPa西風(fēng)槽以階梯槽的形式影響湖南，槽前配合有冷鋒南下，鋒前的西南倒槽得到明顯發(fā)展，容易形成颮線，冰雹就發(fā)生在颮線附近。

（2）高空冷槽、地面鋒后降雹型：500 hPa西風(fēng)槽以階梯槽的形式影響湖南后，地面冷空氣已進(jìn)入郴州，冷鋒在南嶺靜止，850 hPa切變線在湘南一線。當(dāng)500 hPa有低槽東移，槽后冷平流使中低層垂直運(yùn)動(dòng)得到發(fā)展，降雹區(qū)一般在850 hPa切變線

附近。

2.1.2 南支小槽類

（1）南支小槽、地面倒槽鋒生降雹型：南支槽影響前，湖南處于入海高壓后部，冷空氣變性回暖，江南表現(xiàn)為上下一致偏南氣流，南支槽前西南氣流向湘東南上空輸送，低層有明顯的增暖增濕，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，槽前減壓使地面西南倒槽迅速發(fā)展。當(dāng)江南中層有冷平流時(shí)，產(chǎn)生對流性降水，槽內(nèi)鋒生后降雹。

（2）南支槽、地面高壓后部降雹型：其降雹時(shí)沒有鋒面影響，降雹后也無鋒面生成。降雹過程是郴州處在變性入海的冷高壓后部和孟加拉灣槽前時(shí)發(fā)生。孟灣槽前西南氣流使對流層低層明顯增暖，大氣層結(jié)變得很不穩(wěn)定，同時(shí)，高空的輻散加強(qiáng)，促使地面輻合增大而降雹。

2.2 冰雹的雷達(dá)回波特征

根據(jù)郴州多普勒雷達(dá)資料的應(yīng)用實(shí)踐，鉤狀回波、V型缺口、三體散射現(xiàn)象（TBSS）、有界弱回波區(qū)（BWER）、強(qiáng)烈的風(fēng)暴頂輻散、垂直液態(tài)水含量VIL大值區(qū)等雷達(dá)回波特征，是判斷降雹的重要指標(biāo)。

（1）鉤狀回波：鉤狀回波的形成是鉤內(nèi)強(qiáng)而豎直的上升氣流使得該區(qū)不含降水粒子而造成的無回波區(qū)（圖4），鉤內(nèi)一般有中氣旋存在。通常探測到鉤狀回波，再結(jié)合回波體的強(qiáng)度、高度和尺度，就能夠確定它為強(qiáng)冰雹云。

（2）V型缺口：由于云中的大冰雹等大粒子對雷達(dá)回波有很強(qiáng)的衰減作用，形成所謂的“V”形缺口。

（3）有界弱回波：（圖5）。

（4）三體散射：三體散射現(xiàn)象（TBSS）是指由于雷達(dá)能量在強(qiáng)反射率因子區(qū)向前散射而形成的異常回波，強(qiáng)度一般小于20dBz（圖6），呈類似細(xì)長的釘子狀從強(qiáng)回波區(qū)沿徑向伸展。這種回波標(biāo)示著對流云體中大冰雹的存在。

2.3 冰雹的層結(jié)特征

（1）0℃層的高度：降雹時(shí)雹云內(nèi)的0 ℃層的高度要適中，太高時(shí)冰雹容易融化而變成陣雨，太低時(shí)不利于雹核增長。有利于降雹的0 ℃層高度一般為4 000 M（600hpa）左右。

（2）-20℃層的高度：一是有利降雹的-20℃層的高度一般在7 000～7 500 m。二是降雹時(shí)一般會(huì)出現(xiàn)-20 ℃層的高度逐漸下降，0 ℃層的高度逐漸上升一般為4 000 m左右，兩層間的厚度逐漸變小。

（3）大氣層溫濕變化：低層增暖比高層增暖快，或低層增濕，高層減濕，造成有利于對流發(fā)展的上干下濕的潮濕不穩(wěn)定狀態(tài)。一般600hpa以上空氣變干，600 hPa以下空氣變濕。

（4）暖蓋（包括逆溫及等溫層）：暖蓋是指溫度遞減率小于或等于3 ℃/km的某層空氣。郴州降雹時(shí)暖蓋一般存在于3 000 m上下的空間，厚度約450 m左右。

2.4 冰雹的判別指標(biāo)

當(dāng)出現(xiàn)冰雹的天氣形勢時(shí)，發(fā)生冰雹一般還要具備三個(gè)條件：大氣層結(jié)極不穩(wěn)定、充沛的水汽和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。一般用沙氏指數(shù)、K指數(shù)和積雨云內(nèi)最大上升速度Wm值來綜合判定。根據(jù)郴州地區(qū)2001-2010年的冰雹個(gè)例資料統(tǒng)計(jì)，歸納其判據(jù)如下：

（1）沙氏指數(shù)（SI）：當(dāng)SI≤-3.5 時(shí)，郴州境內(nèi)12小時(shí)內(nèi)可能有冰雹發(fā)生。

（2）K指數(shù)：當(dāng)K指數(shù)≥36.5時(shí)，郴州境內(nèi)12小時(shí)內(nèi)可能發(fā)生冰雹天氣。

（3）積雨云內(nèi)最大上升速度Wm：用逐日的溫度對數(shù)壓力圖上的數(shù)據(jù)可計(jì)算云內(nèi)最大上升速度。

當(dāng)最大上升速度Wm≥27m/s時(shí)，郴州境內(nèi)12小時(shí)內(nèi)發(fā)生冰雹天氣的可能性大。

3 人工防雹方法研究

為了防御冰雹給烤煙等農(nóng)作物造成危害，郴州市氣象局2006-2014年在桂陽、永興、嘉禾、宜章四縣開展人工防（消）雹試驗(yàn)，防雹時(shí)段為3月中旬～7月初，設(shè)立固定炮點(diǎn)16個(gè)，共作業(yè)234次。在長期的防雹實(shí)踐中，通過不斷學(xué)習(xí)、研究、總結(jié)，摸索出了一些比較成熟的防雹技術(shù)和方法。

3.1 科學(xué)布局炮點(diǎn)

“三七”高炮布設(shè)在煙葉主產(chǎn)區(qū)和冰雹路徑的上游，布設(shè)在當(dāng)?shù)貧v年冰雹多發(fā)區(qū)域和冰雹多發(fā)路徑上，高炮作業(yè)點(diǎn)選在周圍視野開闊的作業(yè)影響區(qū)上風(fēng)方4 km的迎風(fēng)坡位置上。

3.2 總結(jié)雹云特征，制定作業(yè)指標(biāo)

3.2.1 冰雹云的先兆特征綜合定性指標(biāo)

總結(jié)郴州冰雹云的特點(diǎn)得出了感冷熱、辨風(fēng)力、看云色、聽雷聲、識(shí)閃電、觀物象、參諺語的先兆特征定性指標(biāo)。冰雹云實(shí)際是強(qiáng)積雨云，一次冰雹來臨之前，總會(huì)有幾天晴熱高溫天氣。冰雹大風(fēng)常結(jié)伴而來，有冰雹必有大風(fēng)，出現(xiàn)大風(fēng)不一定有冰雹?！昂谠泣S邊子，一定有雹子”，指冰雹云多有顏色發(fā)黃，并常?？梢月牭綈灷谆蛳衲|西似的推磨聲。山區(qū)冰雹云多為橫枝狀連續(xù)閃電，夜間冰雹云閃電多為紅色，“橫閃多雹，縱閃多雨”。

3.2.2 郴州冰雹強(qiáng)弱雷達(dá)判別參數(shù)

表1 郴州冰雹強(qiáng)弱雷達(dá)判別參數(shù)

云 型 45db回波云頂溫度/℃ 45db回波云頂高度/km

強(qiáng)冰雹云 ≤-20 ≥8

弱冰雹云 -14～-20 7～8

雷雨云> -14 <7

3.3 掌握最佳時(shí)機(jī)，選擇作業(yè)部位

防雹作業(yè)將過量的碘化銀播撒到云中，抑制雹胚長大，以達(dá)到防雹的目的。在積雨云的發(fā)展階段，即禿積雨云向鬃積雨云過渡階段，是作業(yè)的最佳時(shí)機(jī)。

目力觀測對流云前部的入流區(qū)，也就是對流云前部云體翻滾最厲害的部位，顔色暗紅處上升氣流最大。夜間閃電不耀眼，且有橫閃的地方處為上升氣流最大處。也就是防雹作業(yè)的關(guān)鍵部位。

根據(jù)專家數(shù)值模擬試驗(yàn)，人工防雹用彈量每個(gè)雹云單體需要100～300 g的碘化銀。因此，在空域批復(fù)的時(shí)間內(nèi)對于每一個(gè)作業(yè)炮點(diǎn)盡可能多射擊，一般每次50～70發(fā)炮彈。

3.4 人工防雹作業(yè)實(shí)例

（1）2012年4月24日受高空低槽、中低層切變和地面弱冷空氣的共同影響，雷達(dá)回波達(dá)60 dBZ，厚度9 km，嘉禾、桂陽非炮點(diǎn)區(qū)域內(nèi)部分地方出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)及冰雹天氣，特別是嘉禾普滿炮點(diǎn)房屋被大風(fēng)吹倒，周圍大樹連根拔起。這次過程全市16個(gè)炮點(diǎn)作業(yè)22次，用彈682發(fā)，由于作業(yè)及時(shí)，炮點(diǎn)控制區(qū)內(nèi)冰雹均得到有效消去。

（2）2014年3月26日21：30，郴州多普勒雷達(dá)監(jiān)測到永興悅來、油麻炮點(diǎn)周圍有強(qiáng)度大于65 dBZ、高度在11 km的大片強(qiáng)對流回波，判定肯定為冰雹回波，經(jīng)過作業(yè)后，強(qiáng)回波范圍明顯縮小，回波高度也下降到9 km以下，炮點(diǎn)控制區(qū)內(nèi)冰雹有效消去。

4 結(jié)語

（1）郴州多雹季節(jié)為2-5月，占全年的93%；分別以桂陽縣、汝城縣為中心的兩個(gè)多雹區(qū)和分別以臨武縣、永興縣為中心的2個(gè)少雹區(qū)；有規(guī)律可循的路徑有3條。

（2）郴州地區(qū)發(fā)生冰雹的天氣形勢主要有兩類四型：即高空冷槽類地面鋒前降雹型、地面鋒后降雹型；南支小槽類地面倒槽鋒生降雹型、地面高壓后部降雹型。

（3）發(fā)生冰雹的雷達(dá)回波特征有鉤狀回波、V型缺口、三體散射、有界弱回波、強(qiáng)烈的風(fēng)暴頂輻散和高VIL值區(qū)等。

（4）適合的0℃、-20℃層的高度有利天冰雹的增長；降雹的大氣層結(jié)特點(diǎn)是：地面和低層增溫、中層降溫，低層暖平流、中層冷平流。

（5）預(yù)報(bào)冰雹的判別指標(biāo)有沙氏指數(shù)（SI）、K指數(shù)和積雨云內(nèi)最大上升速度Wm。

（6）人工防雹的方法有：科學(xué)布局炮點(diǎn)；總結(jié)雹云特征，制定作業(yè)指標(biāo)；掌握最佳時(shí)機(jī)，選擇作業(yè)部位。

（責(zé)任編輯：劉昀）