銅仁市夏季人工增雨作業(yè)條件指標研究

方 標，陳關(guān)清，屈 花，何歷洪

(1.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300， 2.貴州省思南縣氣象局，貴州 思南 565100)

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銅仁市夏季人工增雨作業(yè)條件指標研究

方 標1，陳關(guān)清1，屈 花2，何歷洪1

(1.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300， 2.貴州省思南縣氣象局，貴州 思南 565100)

為了提高銅仁市的抗旱能力和人工增雨作業(yè)效率，該文通過統(tǒng)計、對比分析2013年銅仁市夏季人工增雨作業(yè)78次記錄(樣本)和多普勒天氣雷達常用產(chǎn)品作業(yè)前后其特征變化，得出適合銅仁市人工增雨條件的雷達回波特征：反射率因子(0.5°仰角)≥25 dBz，回波頂高≥6 km，垂直液態(tài)水含量≥10 kg/m2，徑向速度場有輻合特征，回波移動緩慢或者穩(wěn)定少動時，人工作業(yè)增雨作業(yè)效果較好，同時綜合應(yīng)用各種雷達產(chǎn)品建立人工增雨作業(yè)判別指標。

人工增雨；回波特征；判別指標；銅仁

1 引言

銅仁市地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，西北高，東南低。夏季是銅仁市農(nóng)作物成長的主要時期，由于其處于西太平洋副熱帶高壓外圍，降水很少，因此銅仁市缺水嚴重，是貴州省最主要干旱地區(qū)之一，其中不乏出現(xiàn)重旱的情況，給農(nóng)作物的生長帶來了不利的氣象條件。但是在干旱時期內(nèi)，副熱帶高壓存在東西擺動。當副高東撤，副高西側(cè)的西南暖濕氣流將大量水汽帶到銅仁，從而為人工催化增雨提供了必要的氣象條件。多普勒天氣雷達是人工增雨作業(yè)條件識別最重要的探測工具之一，而天氣雷達產(chǎn)品參數(shù)特征卻是實際業(yè)務(wù)中判斷人工增雨作業(yè)條件最常用的手段。

一直以來，國內(nèi)一些專家、學者開展了一些雷達資料在人工增雨作業(yè)條件分析中的研究，取得了一定的成果。如：李金輝等[1]統(tǒng)計分析陜西中北部降水過程的時空分布及雷達回波特征，得到適宜人工增雨的穩(wěn)定性層狀云和混合性層狀云的雷達回波參數(shù)特征；李紅斌等[2]對大連市2003年6月—2005年10月43次降水天氣過程的多普勒雷達速度場資料進行了統(tǒng)計和分析，得出了常見的雷達回波零速度線特征分別呈“S”型、“弓”型和速度不對稱型等分布特征時對人工增雨作業(yè)潛力分析和作業(yè)條件判別指標。

銅仁市在人工影響天氣作業(yè)條件分析判斷方面比較落后，之前主要以人影作業(yè)人員的經(jīng)驗為主，自2012年8月銅仁市氣象局雷達運行以來，通過天氣雷達參數(shù)特征分析判斷人工增雨作業(yè)條件的工作一直在緊張的進行，本文通過統(tǒng)計分析2013 年夏季銅仁市78次作業(yè)效果和多普勒天氣雷達產(chǎn)品參數(shù)特征，得出了人工增雨作業(yè)條件的雷達參數(shù)指標，為銅仁市人工增雨作業(yè)提供參考。

2 資料來源及說明

本文使用的資料為2013年銅仁市夏季人工增雨作業(yè)記錄和銅仁市新一代多普勒天氣雷達產(chǎn)品。人工增雨作業(yè)記錄來源于銅仁市人工影響天氣辦公室的人影作業(yè)記錄，雷達資料來源于銅仁市氣象局新一代多普勒天氣雷達(CINRAD/CD型)體掃數(shù)據(jù)，在分析時選取：基本反射率、回波頂高、垂直液態(tài)水含量及徑向速度等。由于組合反射率是垂直柱體內(nèi)的最大反射率值，通常情況下，對流性降水回波其最大反射率值位于回波低層，因此，本文未用組合反射率因子來分析，而直接采用0.5°的反射率因子進行分析。另外，在氣象上用降水量來區(qū)分降水的強度，本文定義：10 mm以下(小雨)的為不適宜增雨，降水量在10～25 mm之間(中雨)的為可以人工增雨，25 mm以上(大雨)的為適宜增雨。

3 銅仁市人工增雨作業(yè)的常用雷達回波特征

3.1 目標云系與增雨效果

筆者統(tǒng)計銅仁市2013年夏季78次人工增雨降水量與多普勒雷達資料時發(fā)現(xiàn)(如圖1)，在不適宜增雨的云系中，積狀云占絕大部分；在可以增雨和適宜增雨的云系中，主要以層狀云和混合云系為主。混合云降水量大于層狀云，積狀云降水最少。因此，在實際的人工增雨作業(yè)時，通常考慮在出現(xiàn)較大面積層狀云和混合型云時進行人工作業(yè)增雨。

圖1 78次人工增雨降水量與云系的關(guān)系圖

3.2 反射率因子與增雨效果

反射率因子能夠直觀地顯示出降水回波的發(fā)生發(fā)展變化特征、降水的強度和移動發(fā)展趨勢，也能夠較清楚地識別積云、層云和積層混合云系以及鋒面、颮線等天氣學特征，因此在人影工作中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖2給出了銅仁市2013年基本反射率值(0.5°)與人工增雨降水量變化圖可以看出，基本反射率因子的值越大，降水量越大。在反射率因子小于20 dBz時，降水很小，降水量在10 mm以下的達到了90%，未出現(xiàn)降水量在25 mm以上的情況；當反射率因子在20～30 dBz之間時，降水量大于10 mm的可能性較大，為84%；當反射率因子在30 dBz以上時，降水量大于10 mm可能性很大，為96%。因此，在以后的實際人工作業(yè)增雨時，為了節(jié)約炮彈資源和提高增雨效果，在反射率因子上可以用20 dBz為界。

圖2 基本反射率因子與降水量關(guān)系圖

3.3 回波頂高與增雨效果

統(tǒng)計2013年銅仁市78次人工作業(yè)增雨效果與回波頂高(表1)，結(jié)果表明：當回波頂高在6 km以下時，作業(yè)后主要是小雨或者無雨，極少數(shù)情況下也會出現(xiàn)小到中雨；當回波頂高在6～8 km時，降水量主要集中在10～20 mm之間；當回波頂高大于8 km左右時，出現(xiàn)中到大雨的可能性較大。因此，在實際的人工作業(yè)情況下，主要考慮在回波頂高在6 km以上。

表1 人工作業(yè)增雨效果與回波頂高關(guān)系

3.4 垂直液態(tài)水含量(VIL)與增雨效果

垂直累積液態(tài)水含量(VIL)是反映降水云體中，在某一確定的底面積的垂直柱體的液態(tài)水含量的分布情況[3]。VIL越大，表明空中液態(tài)水的含量越多，降水的潛力就越大，因此，VIL值越大，在條件適宜的情況下降水量也就越大。統(tǒng)計2013年銅仁市人工增雨效果與其關(guān)系發(fā)現(xiàn)(圖3)：當VIL<10.00 kg/m3時，普遍出現(xiàn)小雨，最大降水量為9.2 mm；VIL值在10～15 kg/m3時，降水量最小為10.3 mm，最大為26.2 mm，降水量主要集中在20～25 mm之間；當VIL值大于25 kg/m3時，降水量出現(xiàn)大雨的概率高達93.7%。

圖3 VIL值與降水量關(guān)系圖

3.5 徑向速度與增雨效果

由于多普勒雷達資料具有穩(wěn)定、準確、實時等特點，所以在增雨作業(yè)技術(shù)分析研究中具有很好的實用價值。通過對銅仁市 2013 年 夏季人工作業(yè)增雨時多普勒雷達速度場資料特征進行統(tǒng)計和分析，其特征主要有：①零速度線大多呈現(xiàn)西北—東南走向或呈現(xiàn)S型彎曲；②有垂直分切變，該特征是夏季層狀云和混合型降水回波速度場最為普遍的特征。③有弱風速輻合區(qū)或者輻合系統(tǒng)。通過2013年8月在銅仁地區(qū)增雨作業(yè)中進行運用，取得了較好的效果，目前已成為銅仁市人工增雨作業(yè)決策指揮的重要輔助判據(jù)指標之一。

3.6 回波面積與增雨效果

統(tǒng)計分析銅仁市2013年78次人工增雨效果與回波面積大小的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，只有當基本反射率因子大于25 dBz的回波面積大于50 km2且大于35 dBz的回波面積大于5 km2時，才會普遍出現(xiàn)降水量在10 mm以上。

4 增雨作業(yè)條件判別指標

通過以上人工增雨效果與常用雷達參數(shù)進行分析，得出了銅仁市人工增雨作業(yè)適宜性條件指標，以期能夠為銅仁市人工抗旱提供科學依據(jù)。

銅仁市夏季人工增雨作業(yè)雷達判別指標

不過，由于研究使用的人工增雨效果紀錄為不適宜、可以、適宜增雨定性的描述，這種定性描述具有較強的主觀性，使得資料的可信度降低，對指標的閾值帶來了一定的影響。另外，在進行人工增雨作業(yè)條件判別時，由于雷達探測原理和參數(shù)計算方法，使得本研究使用的雷達參數(shù)本身具有一定的計算誤差，鑒于此，在未來的工作中還要結(jié)合業(yè)務(wù)工作實踐綜合分析各個雷達產(chǎn)品參數(shù)特征，進一步檢驗和完善這些判別指標，這樣才能從實質(zhì)上提升銅仁市人工增雨的效率，更好地為防災(zāi)減災(zāi)體系服務(wù)。

5 結(jié)語

新一代雷達在人工影響天氣中已經(jīng)成為一個不可缺少的作業(yè)實施決策指揮工具，本文通過分析銅仁市2013年人工增雨作業(yè)天氣的雷達回波特征，得到了適合銅仁市開展人工作業(yè)的氣象條件，這在全省都有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 李金輝，陳保國，羅俊頡.陜西省中北部人工增雨適宜時段及層狀云特征[J].氣象科技，2005，，33(1)：87-90.

[2] 李紅斌，何玉科，姚展予，等.多普勒雷達速度場特征在人工增雨作業(yè)中的判據(jù)指標應(yīng)用[J].氣象，2008，34(6)：102-106.

[3] 葉成志，周雨華，黃子玉，等.2002年入汛后首場強暴雨過程分析[J].氣象，2004，30(7)；36-40.

2014-08-02

方標(1987—)，男，仡佬族，助工，主要從事天氣雷達觀測及產(chǎn)品分析工作。

貴州省氣象局青年科技基金項目(黔氣科合QN[2014]19號)”資助。

1003-6598(2015)03-0062-03

P481

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