郴州市冰雹天氣預測預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資料，統計分析了郴州市冰雹的氣候特征，歸納了冰雹發生的天氣形勢、雷達回波和大氣層結特征，給出了冰雹預測的物理量判別指標，為提高郴州冰雹天氣的預報預警能力作了有益的探討。還研究了人工防雹作業技術和方法，為提高人工防雹作業指揮水平提供技術支持。

關鍵詞 冰雹；氣候特征；預測預警；防雹方法；湖南省郴州市

中圖分類號：P458.121.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2014）27--03

1 郴州市冰雹天氣的時空分布

1.1 時間分布特征

統計1951-2010年湖南省郴州市10個氣象站的資料（10個站中只要有一個站出現冰雹，就算郴州地區出現一次冰雹。近年來，隨著氣侯變化、人工消雹等因素，冰雹出現的次數有所減少。遠離測站的降雹也無法統計進來），共有冰雹日150個（圖1），其中2、3、4、5月共發生138次，占全年總數的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。降雹天氣多發生在午后，13～20時出現冰雹的次數占一天內總數的70%以上，這是因為郴州春季冰雹發生同熱力作用有非常明顯的關系。

1.2 地域分布特征

統計1951～2010年10縣（市）冰雹歷史資料，共150次降雹，其地區分布見圖2。冰雹較多的主要是分布在郴州市的兩區及其西部、南部、東南地區，即北湖區、蘇仙區、桂陽縣、嘉禾縣、宜章縣及汝城縣；少雹區為郴州市北部地區的安仁縣、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日作為多雹區標準，桂陽縣最大（0. 36日/a），但未達到多雹區的標準。

1.3 冰雹發生源地和移動路徑

郴州冰雹的移動路徑，有規律可循的主要有3條（圖3）。

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

（2）源于新田縣，經嘉禾縣的廣發、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 冰雹的預報預警

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展，容易形成颮線，冰雹就發生在颮線附近。

（2）高空冷槽、地面鋒后降雹型：500 hPa西風槽以階梯槽的形式影響湖南后，地面冷空氣已進入郴州，冷鋒在南嶺靜止，850 hPa切變線在湘南一線。當500 hPa有低槽東移，槽后冷平流使中低層垂直運動得到發展，降雹區一般在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，大氣層結極不穩定，槽前減壓使地面西南倒槽迅速發展。當江南中層有冷平流時，產生對流性降水，槽內鋒生后降雹。

（2）南支槽、地面高壓后部降雹型：其降雹時沒有鋒面影響，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發生。孟灣槽前西南氣流使對流層低層明顯增暖，大氣層結變得很不穩定，同時，高空的輻散加強，促使地面輻合增大而降雹。

2.2 冰雹的雷達回波特征

根據郴州多普勒雷達資料的應用實踐，鉤狀回波、V型缺口、三體散射現象（TBSS）、有界弱回波區（BWER）、強烈的風暴頂輻散、垂直液態水含量VIL大值區等雷達回波特征，是判斷降雹的重要指標。

（1）鉤狀回波：鉤狀回波的形成是鉤內強而豎直的上升氣流使得該區不含降水粒子而造成的無回波區（圖4），鉤內一般有中氣旋存在。通常探測到鉤狀回波，再結合回波體的強度、高度和尺度，就能夠確定它為強冰雹云。

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

（3）有界弱回波：（圖5）。

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

2.3 冰雹的層結特征

（1）0℃層的高度：降雹時雹云內的0 ℃層的高度要適中，太高時冰雹容易融化而變成陣雨，太低時不利于雹核增長。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。二是降雹時一般會出現-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，造成有利于對流發展的上干下濕的潮濕不穩定狀態。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

當出現冰雹的天氣形勢時，發生冰雹一般還要具備三個條件：大氣層結極不穩定、充沛的水汽和強烈的上升運動。一般用沙氏指數、K指數和積雨云內最大上升速度Wm值來綜合判定。根據郴州地區2001-2010年的冰雹個例資料統計，歸納其判據如下：

（1）沙氏指數（SI）：當SI≤-3.5 時，郴州境內12小時內可能有冰雹發生。

（2）K指數：當K指數≥36.5時，郴州境內12小時內可能發生冰雹天氣。

（3）積雨云內最大上升速度Wm：用逐日的溫度對數壓力圖上的數據可計算云內最大上升速度。

當最大上升速度Wm≥27m/s時，郴州境內12小時內發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，防雹時段為3月中旬～7月初，設立固定炮點16個，共作業234次。在長期的防雹實踐中，通過不斷學習、研究、總結，摸索出了一些比較成熟的防雹技術和方法。

3.1 科學布局炮點

“三七”高炮布設在煙葉主產區和冰雹路徑的上游，布設在當地歷年冰雹多發區域和冰雹多發路徑上，高炮作業點選在周圍視野開闊的作業影響區上風方4 km的迎風坡位置上。

3.2 總結雹云特征，制定作業指標

3.2.1 冰雹云的先兆特征綜合定性指標

總結郴州冰雹云的特點得出了感冷熱、辨風力、看云色、聽雷聲、識閃電、觀物象、參諺語的先兆特征定性指標。冰雹云實際是強積雨云，一次冰雹來臨之前，總會有幾天晴熱高溫天氣。冰雹大風常結伴而來，有冰雹必有大風，出現大風不一定有冰雹。“黑云黃邊子，一定有雹子”，指冰雹云多有顏色發黃，并常常可以聽到悶雷或像磨東西似的推磨聲。山區冰雹云多為橫枝狀連續閃電，夜間冰雹云閃電多為紅色，“橫閃多雹，縱閃多雨”。

3.2.2 郴州冰雹強弱雷達判別參數

表1 郴州冰雹強弱雷達判別參數

云 型 45db回波云頂溫度/℃ 45db回波云頂高度/km

強冰雹云 ≤-20 ≥8

弱冰雹云 -14～-20 7～8

雷雨云> -14 <7

3.3 掌握最佳時機，選擇作業部位

防雹作業將過量的碘化銀播撒到云中，抑制雹胚長大，以達到防雹的目的。在積雨云的發展階段，即禿積雨云向鬃積雨云過渡階段，是作業的最佳時機。

目力觀測對流云前部的入流區，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。也就是防雹作業的關鍵部位。

根據專家數值模擬試驗，人工防雹用彈量每個雹云單體需要100～300 g的碘化銀。因此，在空域批復的時間內對于每一個作業炮點盡可能多射擊，一般每次50～70發炮彈。

3.4 人工防雹作業實例

（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，雷達回波達60 dBZ，厚度9 km，嘉禾、桂陽非炮點區域內部分地方出現了雷雨大風及冰雹天氣，特別是嘉禾普滿炮點房屋被大風吹倒，周圍大樹連根拔起。這次過程全市16個炮點作業22次，用彈682發，由于作業及時，炮點控制區內冰雹均得到有效消去。

（2）2014年3月26日21：30，郴州多普勒雷達監測到永興悅來、油麻炮點周圍有強度大于65 dBZ、高度在11 km的大片強對流回波，判定肯定為冰雹回波，經過作業后，強回波范圍明顯縮小，回波高度也下降到9 km以下，炮點控制區內冰雹有效消去。

4 結語

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

（2）郴州地區發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）發生冰雹的雷達回波特征有鉤狀回波、V型缺口、三體散射、有界弱回波、強烈的風暴頂輻散和高VIL值區等。

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

（5）預報冰雹的判別指標有沙氏指數（SI）、K指數和積雨云內最大上升速度Wm。

（6）人工防雹的方法有：科學布局炮點；總結雹云特征，制定作業指標；掌握最佳時機，選擇作業部位。

（責任編輯：劉昀）