百色市一次人工防雹過(guò)程分析

詹瑩玉，鐘韜，張正國(guó)，黃曉輝，程鵬

（廣西壯族自治區(qū)人工影響天氣辦公室，廣西南寧 530022）

冰雹是我國(guó)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，許多地區(qū)每年都會(huì)受到不同程度的雹災(zāi)影響，了解其發(fā)生發(fā)展機(jī)制有助于提前做好防范，減少災(zāi)害造成的損失。颮線發(fā)生發(fā)展常伴隨著雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，陳梓浩等［1］對(duì)廣東一次強(qiáng)颮線過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冷鋒和切變線南壓是該颮線產(chǎn)生的主要機(jī)制，高低空大氣層結(jié)的有利配置是其重要的動(dòng)力和維持機(jī)制；梁釗揚(yáng)［2］發(fā)現(xiàn)對(duì)流層低層充足的暖濕水汽輸送和輻合、層結(jié)的不穩(wěn)定、“上冷下暖”、中層干空氣的卷入以及低層輻合、高層輻散是一次強(qiáng)冰雹天氣發(fā)生發(fā)展的必須條件；郝建平等［3］利用多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品分析了大范圍降雹天氣過(guò)程的降雹指標(biāo)；汪海恒等［4］發(fā)現(xiàn)多普勒雷達(dá)三體散射回波特征對(duì)大冰雹的產(chǎn)生有很好的指示意義，旁瓣回波對(duì)冰雹有一定預(yù)警作用；林雪儀等［5］通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得出了清遠(yuǎn)地區(qū)前汛期雷雨大風(fēng)和冰雹天氣的物理量指標(biāo)。

人工增雨防雹火箭是目前防雹減災(zāi)的重要工具，國(guó)內(nèi)各省針對(duì)人工防雹開展了一系列研究，李成鵬等［6］對(duì)比分析近幾年滇中人工防雹作業(yè)過(guò)程中的對(duì)流回波演變特征，得到不同防雹工具的作業(yè)指標(biāo)；王慶等［7］分析了兩個(gè)極相似風(fēng)暴單體在催化和未催化情況下風(fēng)暴單體的演變特征，表明開展防雹作業(yè)的風(fēng)暴單體有回波強(qiáng)度減弱、回波高度下降、VIL（vertically integrated liquid water）減小、生命史縮短等特征［8］。針對(duì)實(shí)際防雹作業(yè)過(guò)程的風(fēng)暴云演變特征及其效果的研究有利于指導(dǎo)各地有效的開展人工防雹作業(yè)，有效減少冰雹災(zāi)害造成的損失［9-11］。

2019年4月11日廣西省百色市出現(xiàn)了中到大雨局部暴雨，并伴有強(qiáng)颮線的天氣過(guò)程，所轄10個(gè)縣（市、區(qū)）33個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了冰雹，最大冰雹直徑約50 mm，全市12個(gè)縣（市、區(qū)）均出現(xiàn)6級(jí)以上大風(fēng)，最大風(fēng)力為右江區(qū)汪甸鄉(xiāng)28.4 m/s（10級(jí)）。本研究針對(duì)該次冰雹天氣過(guò)程的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及各縣開展防雹作業(yè)的雷達(dá)回波演變情況進(jìn)行分析，為今后進(jìn)一步開展相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

1 資料

本研究所用資料為2019年4月10日08：00—11日20：00（北京時(shí)，下同）的氣象觀測(cè)資料、NCEP再分析資料、多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)資料，以及百色市各氣象信息員對(duì)冰雹過(guò)程的反饋資料、火箭作業(yè)資料等。

2 天氣形勢(shì)

2.1 環(huán)流形勢(shì)

2019年4月11日08：00—20：00 500 hPa東亞大槽、高原槽、南支槽同位相疊加?xùn)|移，廣西省西北部的百色市處于南支槽前（圖1）；700 hPa桂西受風(fēng)速＞12 m/s的西南偏西風(fēng)急流控制；850 hPa切變線自貴州南部向廣西北部移動(dòng)，11日20：00位于廣西境內(nèi)，呈東北-西南向。4月10日08：00—11日05：00百色市地面為西南暖低壓控制，11日08：00—20：00地面冷鋒不斷自北向南移動(dòng)，11日14：00百色市中部處于冷暖空氣交匯處，對(duì)流活動(dòng)開始發(fā)展。11日08：00—17：00，百色市南部有一濕舌維持，干線（露點(diǎn)鋒）位于中部，呈東北-西南向，隨著冷空氣的南下，干線不斷向西南方向移動(dòng)，有利于觸發(fā)百色市境內(nèi)強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的產(chǎn)生。

圖1 2019年4月11日14：00 500 hPa位勢(shì)高度

2.2 大氣不穩(wěn)定條件

2019年4月11日08：00對(duì)百色市溫度-對(duì)數(shù)壓力圖（t-ln p）分析，850 hPa高度出現(xiàn)逆溫層，有利于能量的累積；850 hPa溫度與500 hPa溫度差為31℃，探空層結(jié)為上干冷、下暖濕結(jié)構(gòu)，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生；濕對(duì)流有效位能為1 151.4 J/kg，K指數(shù)為36℃，沙氏指數(shù)為-3.55℃，850至200 hPa垂直風(fēng)切變?yōu)?2 m/s，較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量和層結(jié)以及強(qiáng)垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生；0℃層高度位于600 hPa左右，-20℃層高度在400 hPa左右，0、-20℃的配置有利于大冰雹的產(chǎn)生。

3 風(fēng)云4號(hào)衛(wèi)星及多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品

風(fēng)云4號(hào)紅外衛(wèi)星云圖顯示，2019年4月11日15：00百色市西北部開始有對(duì)流云發(fā)展，云團(tuán)不斷東移與東部強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)合并發(fā)展，強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)主體于21：00移出百色市境內(nèi)；20：00紅外云圖顯示貴州省南部出現(xiàn)中尺度對(duì)流輻合體，并不斷向南移動(dòng)，于21：00進(jìn)入百色市境內(nèi)，繼續(xù)不斷發(fā)展并向東南方向移動(dòng)，于12日00：00移出百色市境內(nèi)。

百色市多普勒天氣雷達(dá)資料顯示，11日13：00—20：00百色市受不斷發(fā)展、消亡的孤立單體風(fēng)暴影響為主；20：00北部受呈片狀分布的多單體風(fēng)暴影響，21：00—12日01：00颮線自西北向東南方向移動(dòng)影響百色市。12日01：00—06：00百色市西南面為不斷發(fā)展、消亡的多單體風(fēng)暴影響，該時(shí)段風(fēng)暴回波強(qiáng)度較弱。

4 地面火箭作業(yè)情況

強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的主要時(shí)段及主要影響地區(qū)的地面火箭作業(yè)情況如表1所示，過(guò)程前期百色市南部受強(qiáng)孤立對(duì)流單體的影響，夜間開始自北向南受颮線系統(tǒng)影響，受強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)影響的各縣（市、區(qū)）積極開展防雹作業(yè)，夜間開展作業(yè)的時(shí)間、地點(diǎn)與颮線的影響時(shí)間、移動(dòng)位置基本一致。

表1 2019年4月11日17：40—22：15百色市開展人工增雨防雹作業(yè)情況

4.1 人工防雹對(duì)雷暴單體的影響

11日17：13百色市田林縣南部（圖2，單體A）、云南省文山州富寧縣北部分別有對(duì)流單體發(fā)展（圖2，單體B），回波形態(tài)相似、強(qiáng)度相似，單體自西向東移動(dòng)，移動(dòng)路徑相似，兩個(gè)單體距離較近且?guī)缀跬瑫r(shí)生成，下墊面及環(huán)境背景基本一致，單體A、B在生成、移動(dòng)過(guò)程中與百色市多普勒天氣雷達(dá)的距離接近，強(qiáng)對(duì)流影響過(guò)程中有針對(duì)風(fēng)暴單體A開展人工防雹作業(yè)，單體B始終無(wú)作業(yè)影響。17：40—17：44回波單體A前端（東南部）汪甸鄉(xiāng)開展人工增雨防雹作業(yè)；18：01—18：07單體A與南部新生的對(duì)流小單體合并加強(qiáng)并出現(xiàn)勾狀回波，18：13單體A與南部小對(duì)流單體分離并繼續(xù)西移，18：19單體A移入凌云縣沙里鄉(xiāng)境內(nèi)，18：32—18：35沙里鄉(xiāng)開展防雹作業(yè)，18：36回波主體最大組合反射率因子為40 dBz，18：54單體A減弱消亡（組合反射率因子值 ＜35 dBz）；17：43—18：54單體 A南部及后部不斷有分散的新單體生成，這些小單體風(fēng)暴沿著單體A的路徑移動(dòng)，單體體積較小，最大組合反射率≤55 dBz，21：23全部小單體風(fēng)暴均已消亡。17：13—21：29單體 B不斷西移發(fā)展，最大組合反射率始終維持在55 dBz以上，最大值達(dá)65 dBz，22：22在河池市巴馬縣北部減弱消失。單體A較單體B減弱速度快、生命史短1 h左右。

兩個(gè)單體的回波頂高演變分析，在第一次作業(yè)前（17：25—17：37）回波頂高均為 11 km，作業(yè)后（17：43—18：31）單體A回波頂高 ＜單體 B回波頂高；18：32—18：35凌云縣沙里鄉(xiāng)開展人工防雹作業(yè)，作業(yè)結(jié)束后單體A回波頂高進(jìn)一步降低（圖3），之后又稍增高，但該時(shí)段內(nèi)單體A回波頂高始終明顯小于單體B的回波頂高，表明人工防雹作業(yè)有效的抑制風(fēng)暴單體的發(fā)展。

圖3 2019年4月11日17：13—18：54風(fēng)暴單體A、B回波頂高演變對(duì)比

兩個(gè)單體的垂直累積液態(tài)水含量（VIL）最大值分析（圖4），第1次作業(yè)前（17：13—17：37）單體A的VIL最大值≥35 kg/m2，作業(yè)后（17：43—18：31）VIL迅速下降至 5 mg/m2；18：32—18：35凌云縣沙里鄉(xiāng)開展防雹作業(yè)，作業(yè)結(jié)束后，VIL變化不大，而未開展防雹作業(yè)在單體B的VIL始終維持在30 kg/m2以上，表明在回波發(fā)展較強(qiáng)盛階段開展人工增雨防雹作業(yè)使得VIL下降明顯，作業(yè)有效抑制了風(fēng)暴單體的發(fā)展。

圖4 2019年4月11日17：13—18：54風(fēng)暴單體A、B的VIL最大值演變對(duì)比

4.2 人工防雹對(duì)颮線的影響

20：59百色市西北部受颮線系統(tǒng)影響（≥35 dBz回波長(zhǎng)寬比 ＞5），21：03—21：05位于颮線西段的百色市田林縣福達(dá)鄉(xiāng)開展人工防雹作業(yè)，作業(yè)后回波強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，未發(fā)現(xiàn)明顯減弱現(xiàn)象；21：10—21：12位于颮線東段的樂(lè)業(yè)縣新化鎮(zhèn)開展人工防雹作業(yè)，作業(yè)后回波繼續(xù)加強(qiáng)，未發(fā)現(xiàn)明顯減弱現(xiàn)象，據(jù)福達(dá)鄉(xiāng)、新業(yè)鎮(zhèn)氣象信息員反映，該時(shí)段內(nèi)作業(yè)影響區(qū)域無(wú)大冰雹產(chǎn)生，表明局地、非連續(xù)作業(yè)對(duì)颮線主體的發(fā)展未造成明顯影響，但仍可能對(duì)作業(yè)影響區(qū)域產(chǎn)生一定的防雹效果。

21：40—22：12颮線西段自北向南先后受田林縣八桂鄉(xiāng)、潞城鄉(xiāng)，右江區(qū)汪甸鄉(xiāng)、凌云縣朝里鄉(xiāng)防雹作業(yè)的影響；22：12—22：15，凌云縣沙里鄉(xiāng)開展防雹作業(yè)，由于此時(shí)強(qiáng)回波主體已移出沙里鄉(xiāng)，作業(yè)前后颮線回波強(qiáng)度變化不明顯；22：15—23：45，百色市境內(nèi)未開展人工防雹作業(yè)。23：40受前期防雹影響，颮線F段回波強(qiáng)度較颮線東段減弱明顯（圖5，方框區(qū)域），表明開展持續(xù)性的區(qū)域聯(lián)合人工防雹作業(yè)對(duì)颮線發(fā)展有一定抑制作用。

圖5 2019年4月11日23：40百色市多普勒天氣雷達(dá)組合反射率因子（單位：dBz）

5 結(jié)論

1）該次冰雹天氣過(guò)程是由高空槽引導(dǎo)低空切變線及地面冷鋒南下造成的，地面冷空氣入侵發(fā)展旺盛的西南暖低壓，觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生，地面干線的存在有利于觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)，溫度、濕度隨高度的變化配置有利于大冰雹的產(chǎn)生；過(guò)程前期溫度-對(duì)數(shù)壓力圖、物理量場(chǎng)對(duì)冰雹的產(chǎn)生有很好的預(yù)示意義，分析大氣環(huán)境場(chǎng)有利于提前做好防雹作業(yè)準(zhǔn)備。

2）對(duì)相似風(fēng)暴單體在作業(yè)和未作業(yè)情況下的雷達(dá)回波演變特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)開展防雹作業(yè)的單體回波強(qiáng)度、回波頂高、垂直累積液態(tài)水含量較未受人工防雹作業(yè)影響的單體減弱明顯，表明在風(fēng)暴單體發(fā)展旺盛階段開展人工防雹作業(yè)能夠有效的抑制對(duì)流云的發(fā)展，在風(fēng)暴主體減弱的同時(shí)，帶來(lái)的降水使得大量潛熱釋放，這有利于其后部新單體的不斷生成，這些新風(fēng)暴單體強(qiáng)度維持在55 dBz以下，生命史較短，不利于大冰雹的產(chǎn)生。

3）局地的、非連續(xù)性的防雹作業(yè)對(duì)颮線主體的影響不明顯，但對(duì)作業(yè)影響區(qū)域可能有一定的防雹作用；在颮線移動(dòng)路徑、回波發(fā)展較旺盛階段持續(xù)開展區(qū)域聯(lián)合人工防雹作業(yè)能夠抑制颮線的發(fā)展；颮線強(qiáng)回波主體過(guò)境之后開展作業(yè)，對(duì)颮線主體的發(fā)展影響不明顯，表明作業(yè)時(shí)機(jī)對(duì)于防雹效果的影響很大。

本研究?jī)H針對(duì)一次防雹過(guò)程進(jìn)行分析，樣本不足，且由于作業(yè)區(qū)缺乏精密的云物理觀測(cè)設(shè)備，未對(duì)防雹過(guò)程中云層的微物理特征、影響機(jī)制、催化劑量對(duì)防雹效果的影響等進(jìn)行分析，今后仍需進(jìn)一步開展相關(guān)研究。