一次多單體降雹過程及防雹作業(yè)情況分析

蔣漢開 劉小艷

摘要利用2015年4月29日貴州一次冰雹過程的天氣資料、多普勒雷達(dá)資料、作業(yè)信息資料等，分析了不同降雹類型回波的形態(tài)特征及組合反射率（CR）、垂直累積液態(tài)水含量（VIL）等參數(shù)特征，總結(jié)出此次降雹過程中多單體演變引起降雹的規(guī)律，結(jié)合實(shí)際作業(yè)情況分析了作業(yè)中存在的問題。結(jié)果表明，此次過程是由超過20個單體相繼生成和消亡引起降雹的過程，降雹單體呈現(xiàn)一定規(guī)律，即多個對流單體中某個單體的加強(qiáng)和減弱能引起降雹，多個單體合并加強(qiáng)也能引起降雹；單體回波加強(qiáng)或減弱引起降雹的過程中，VIL值均較大，說明之前雖降雹，但能量未完全釋放，再加上回波減弱時VIL值仍然出現(xiàn)躍增，說明有很好的水汽補(bǔ)充條件，這可能是多個對流單體中某些單體在加強(qiáng)-減弱-再加強(qiáng)過程中引起降雹的原因。這些特征及規(guī)律對今后冰雹監(jiān)測預(yù)警有較好的指示作用。

關(guān)鍵詞多單體；降雹；雷達(dá)回波特征；組合反射率；垂直液態(tài)水含量；人工防雹

中圖分類號S427文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）31-166-04

Analysis of a Single Hail Process and Hail Suppression Operation Situation

JIANG Hankai1，2，3， LIU Xiaoyan1，2，4

（1. The Weather Modification Office of Guizhou Province， Guiyang， Guizhou 550081； 2. Hail Prevention Engineering Technology Research Center of Guizhou Province， Guiyang， Guizhou 550081； 3. Qiandongnan Weather Modification Office， Kaili， Guizhou 556000； 4. Anshun Weather Modification Office， Anshun， Guizhou 561000）

Abstract The parameter characteristics such as echo morphological characteristics of different hail process， radar combination reflectivity（CR）， vertically integrated liquid（VIL） were analyzed， it was concluded the rules of hail drop caused by multicell evolution in this hail process based on weather data and Doppler radar data， job information， etc. of a hail process in April 29， 2015， Guizhou. Combined with practical work， the problems existed in the operation were analyzed， which can provide some useful reference for the hail suppression in the future. The results showed that the process is made up of more than 20 monomer successive generation and extinction caused hail process， hailing monomer has a certain regularity， namely a monomer strengthening and weakening can cause hail and a number of monomers combination can also cause hail. Single echo strengthening or weakening caused hail， the VIL value were large， indicating that energy is not fully released， and VIL value still jump when echo is weakening， indicating have good moisture replenishment conditions， which may be causes for hail in strengtheningweakeningstrengthening process of a monomer in multiple convective monomer. The characteristics and laws have good indicating function for monitoring and early warning of hail in the future.

Key words Multi monomer； Hail； Radar echo characteristics； Combined reflectance； VIL value； Hail suppression

冰雹是由強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災(zāi)害，是貴州省主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。它出現(xiàn)的范圍雖小，時間也較短促，但來勢猛、強(qiáng)度大，并常伴有狂風(fēng)、強(qiáng)降水、急劇降溫等陣發(fā)性災(zāi)害性天氣過程。據(jù)統(tǒng)計，貴州每年均有不同程度的冰雹災(zāi)害，使貴州經(jīng)濟(jì)造成重大損失。利用多普勒天氣雷達(dá)對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，做出預(yù)警，進(jìn)而科學(xué)作業(yè)，是提高人工防雹效率、減輕或消除冰雹災(zāi)害的主要手段。

冰雹的監(jiān)測預(yù)警不僅依賴于日常的天氣分析和預(yù)報，更依賴于雷達(dá)產(chǎn)品參數(shù)和雷達(dá)回波演變特征的分析和判斷。近年來，隨著新一代多普勒天氣雷達(dá)等現(xiàn)代探測設(shè)備的投入和使用，很多學(xué)者利用其對不同的降雹過程雷達(dá)回波特征進(jìn)行研究[1-4]，總結(jié)出不同降雹過程雷達(dá)回波呈現(xiàn)的規(guī)律。在準(zhǔn)確的監(jiān)測預(yù)警前提下，科學(xué)的作業(yè)是人工防雹作業(yè)取得效果的關(guān)鍵，各地對不同降雹過程防雹作業(yè)的方法和效果進(jìn)行了探索[5-7]，總結(jié)出提高防雹作業(yè)效率的方法。

筆者在此通過分析2015年4月29日貴州一次冰雹過程中不同降雹類型回波的形態(tài)特征及組合反射率（CR）、垂直液態(tài)水含量（VIL）等參數(shù)特征，總結(jié)了此次過程中多單體演變引起降雹的規(guī)律，結(jié)合實(shí)際作業(yè)情況分析了作業(yè)中存在的問題，以期為之后的人工防雹作業(yè)提供有益參考。

1天氣背景及降雹概況

4月29日08：00 500 hPa，四川北部有高空槽，槽前西南氣流增強(qiáng)，槽后冷平流明顯，未來高空槽東南移動影響貴州省；700 hPa，貴州省受西南氣流控制，且該省西北部存在切變，未來南移，相對濕度西高東低；850 hPa，切變位于貴州省東南部邊緣，貴州省大部受偏東風(fēng)控制；未來24 h，西部弱熱低壓發(fā)展影響貴州省。綜上所述，受高空槽、中低層切變影響，加上熱低壓控制下，大氣低層常有暖平流，近地面熱力作用較強(qiáng)，低層能量累積較快，有利于熱力對流的發(fā)生，為這次多單體冰雹過程的形成提供了良好的環(huán)境。此次過程是由超過20個單體相繼生成和消亡而使某些站點(diǎn)降雹的過程（圖1），造成興義市白碗窯、普安縣羅漢、興仁縣大山，貞豐縣長田、龍場、雙乳峰，鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣涌溪、織金縣少普，平壩縣鳳凰、茶場、十字?jǐn)[撈，清鎮(zhèn)市百花、麥格，共13點(diǎn)降雹（圖2），其中，長田、龍場、雙乳峰重災(zāi)，大山中災(zāi)。

2雷達(dá)回波特征分析

2.1雷達(dá)回波形態(tài)特征分析

根據(jù)13個降雹點(diǎn)雷達(dá)回波形態(tài)特征及演變情況，把降雹分為2種類型，即多個對流單體中某些單體在加強(qiáng)-減弱-再加強(qiáng)過程中引起降雹、多個對流單體逐漸合并加強(qiáng)引起降雹。

2.1.1多個對流單體中某些單體在加強(qiáng)-減弱-再加強(qiáng)過程中引起降雹。

該個例中有羅漢、大山、長田、龍場、雙乳峰、麥格、百花。29日13：01在盤縣和普安先后生成3個單體初

始回波，13：44盤縣單體逐漸加強(qiáng)，于14：02移動減弱在羅漢處降雹（圖3a、b）；14：11晴隆、普安境內(nèi)生成4個單體回波（圖3c）；D單體回波增強(qiáng)，于14：48在大山處降雹（圖3d），其回波移向的前側(cè)上空伸展出約22 km 的云砧，回波結(jié)構(gòu)密實(shí)，在回波一側(cè)強(qiáng)度梯度明顯增大，這是由于強(qiáng)烈的上升氣

流在到達(dá)對流層頂后水平伸展形成的，降雹直徑達(dá)12 mm，之后強(qiáng)回波中心范圍變小，呈減弱趨勢，于15：21在長田處降雹（圖3f），冰雹直徑達(dá)20 mm；15：06，A、B單體回波減弱，在興仁巴玲東北方向新生單體E（圖3e），E單體回波不斷加強(qiáng)，于15：34在龍場處降雹（圖3g），最強(qiáng)回波達(dá)65 dBz，對流回波頂超過12 km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了-20 ℃高度層，之后回波減弱，于16：06在雙乳峰處降雹（圖3h），回波強(qiáng)度雖由65 dBz降至55 dBz，但在降雹16 min之前，E回波就觀測到有回波墻和弱回波穹窿結(jié)構(gòu)，估計在此之前有降雹（地面無觀測站）。

麥格、百花受清鎮(zhèn)和織金上空形成成片的對流單體群影響，29日16：44，回波呈帶狀分布，并不斷沿東偏北方向移動，在流長站點(diǎn)處單體回波增強(qiáng)，之后有所減弱，于17：48在麥格降下2 mm冰雹，之后又加強(qiáng)于18：06在百花降下5 mm冰雹。

2.1.2多個對流單體逐漸合并加強(qiáng)引起降雹。

該個例中有鳳凰、茶場、十字?jǐn)[撈、涌溪。29日15：36，黔東南境內(nèi)多個對流單體合并加強(qiáng)，于15：58在涌溪降雹。17：18，織金境內(nèi)生成多個回波較強(qiáng)的對流單體（圖4a），并在不斷東移過程中于17：34發(fā)展合并為2個單體，到17：40，2個單體40 dBz回波逐漸相連合并為一個單體；18：02，50 dBz回波合并，整塊回波呈帶狀分布（圖4b），且回波逐步加強(qiáng)，于18：23在鳳凰降雹（圖4c）。從18：19雷達(dá)回波RHI圖來看，回波移向的前側(cè)出現(xiàn)較弱的有界弱回波區(qū)，回波平均頂高由4 km發(fā)展至6 km，說明向上氣流明顯增強(qiáng)，有利于降雹；18：30，云體發(fā)展最旺盛，最大強(qiáng)度中心由55 dBz發(fā)展至65 dBz，且強(qiáng)度中心高度達(dá)7.1 km，在茶場處降雹；18：41回波移至十字?jǐn)[撈處降雹，降雹時間僅持續(xù)1 min，于19：42減弱消亡。

因白碗窯、少普2個站次雷達(dá)回波特征無明顯規(guī)律，不在以上分析的兩類回波類型中，所以在此不做分析。

2.2降雹站點(diǎn)組合反射率（CR）、垂直累積液態(tài)水含量（VIL）分析

垂直累積液態(tài)水含量對冰雹特別敏感，是判斷雹云的重要指標(biāo)之一，它往往在降雹前躍增，可作為臨近預(yù)報的一個依據(jù)[8]。通過分析各降雹站點(diǎn)CR與VIL變化情況，發(fā)現(xiàn)過程中降雹點(diǎn)CR最大值總是對應(yīng)VIL最大值（不考慮減弱降雹情況）。由于某些站點(diǎn)受同一塊回波影響，在此僅從中選取其中幾個降雹回波進(jìn)行分析。從表1可看出，這些站點(diǎn)回波峰值出現(xiàn)的時間是在降雹之前0～30 min，說明降雹前VIL值出現(xiàn)明顯躍增。由E單體回波的CR、VIL值隨時間序列變化（圖5）可知，2次VIL值的躍增剛好對應(yīng)降雹點(diǎn)，另2個峰值因未經(jīng)過站點(diǎn)，不做考慮。眾多的個例

分析[9-11]也表明，VIL的躍增對判斷冰雹的生成具有明顯的指示意義，所以，VIL值的躍增是判別多對流單體造成冰雹的有效指標(biāo)之一。此外，由“2.1.1”分析可知，影響龍場降雹

的回波是在龍場加強(qiáng)降雹，又在雙乳峰減弱降雹，整個過程

VIL值均較大，說明之前雖降雹但能量未完全釋放，再加上回波減弱時VIL值仍然出現(xiàn)躍增，說明有很好的水汽補(bǔ)充條件，這可能是多個對流單體中某些單體在加強(qiáng)-減弱-再加強(qiáng)過程中引起降雹的原因。

3降雹點(diǎn)作業(yè)情況分析

將回波強(qiáng)度為40～50 dBz 判定為一般冰雹云，回波強(qiáng)度為51～60 dBz 判定為中等冰雹云，回波強(qiáng)度為61～65 dBz 判定為強(qiáng)冰雹云[12]。根據(jù)回波資料，白碗窯、羅漢、涌溪、少普、麥格、鳳凰、十字?jǐn)[撈為中等冰雹云，其余均為強(qiáng)冰雹云。依據(jù)防雹概念確定作業(yè)云參考用彈量，按中等冰雹云作業(yè)初期用彈量為50發(fā)[13]，來分析各站點(diǎn)防雹作業(yè)情況。由表2可見，53.8%的站點(diǎn)是在降雹之后才作業(yè)，明顯存在作業(yè)不及時的問題，最晚延遲36 min，可能是造成重災(zāi)的主要原因；從作業(yè)用彈量來看，76.9%的站點(diǎn)用彈量偏少，雖然進(jìn)行了作業(yè)，但未能達(dá)到防雹的效果。除了存在作業(yè)不及時及用彈量偏少的問題，結(jié)合降雹多單體回波演變情況還可以看出，很多單體在初生期均未進(jìn)行作業(yè)，任其發(fā)展，在發(fā)展過程中雖經(jīng)過多個站點(diǎn)，但沒有進(jìn)行聯(lián)動聯(lián)防，最終防雹效果不理想。

4結(jié)論

此次過程是由超過20個單體相繼生成和消亡引起降雹的過程，降雹單體呈現(xiàn)一定規(guī)律，即多個對流單體中某個單體的加強(qiáng)和減弱能引起降雹，多個單體合并加強(qiáng)也能引起降雹，在今后的觀測中，如果一個對流單體出現(xiàn)減弱或加強(qiáng)、多個單體出現(xiàn)合并的情況，都應(yīng)該密切關(guān)注回波的變化，做好作業(yè)準(zhǔn)備。單體回波加強(qiáng)和減弱引起降雹的過程中，VIL值均較大，說明之前雖降雹但能量未完全釋放，再加上回波減弱時VIL值仍然出現(xiàn)躍增，說明有很好的水汽補(bǔ)充條件，這可能是多個對流單體中某些單體在加強(qiáng)-減弱-再加強(qiáng)過程中引起降雹的原因。這些特征及規(guī)律對今后冰雹監(jiān)測預(yù)警有較好的指示作用。

通過對比降雹單體降雹前約30 min VIL值與降雹時VIL值，發(fā)現(xiàn)所有降雹點(diǎn)的VIL值均有一個明顯躍增，這對判斷冰雹單體具有明顯的指示意義，所以VIL值的躍增現(xiàn)象是判別冰雹單體的有效指標(biāo)之一。

通過分析作業(yè)情況，此次人工防雹過程存在作業(yè)不及時、用彈量偏少的問題，此外，結(jié)合降雹多單體回波演變情況還可以看出，很多單體在初生期均未進(jìn)行作業(yè)，任其發(fā)展，在發(fā)展過程中雖經(jīng)過多個站點(diǎn)，但沒有進(jìn)行聯(lián)動聯(lián)防，最終防雹效果不理想，說明合理的作業(yè)時間和用彈量是人工防雹取得效果的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 申李文，苗愛梅，袁懷亭，等.一次冰雹天氣過程不同站點(diǎn)冰雹成因分析[C]//第31屆中國氣象學(xué)會年會S2災(zāi)害天氣監(jiān)測、分析與預(yù)報.中國氣象學(xué)會，2014：9.

[2] 周永水，周明飛，原野.多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在貴州山區(qū)的降雹特征[J].貴州氣象，2012（1）：40-43.

[3] 張磊，張繼韞.一次局地強(qiáng)冰雹的多普勒雷達(dá)回波特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2013（4）：26-30.

[4] 方標(biāo)，嚴(yán)小冬，陳關(guān)清，等.銅仁市一次冰雹天氣的多普勒雷達(dá)回波特征分析[J].貴州氣象，2014（3）：9-11.

[5] 李紅梅，尹麗云，金文杰，等.昭通一次強(qiáng)對流天氣過程及人工防雹效果分析[C]//第31屆中國氣象學(xué)會年會S8第18屆全國云降水與人工影響天氣科學(xué)會議：大氣水資源開發(fā)利用與氣象防災(zāi)減災(zāi).人工影響天氣委員會，中國氣象科學(xué)研究院，2014：8.

[6] 周德平，楊洋，王吉宏，等.冰雹云雷達(dá)識別方法及防雹作業(yè)經(jīng)驗(yàn)[J].氣象科技，2007（2）：258-263，314.

[7] 陳萬江，楊軍民，張海軍，等.溫泉縣人工防雹作業(yè)方法與合理化布局[J].沙漠與綠洲氣象，2009（S1）：226-229.

[8] 岑啟林，張輝，何海燕，等.一次降雹過程的多普勒雷達(dá)回波特征[J].云南地理環(huán)境研究，2007（S1）：81-85.

[9] 李明元，張滬生.黔北一次低渦切變系統(tǒng)單多普勒雷達(dá)資料分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（9）：4674-4677.

[10] 李紅斌，何玉科，濮文耀，等.多普勒雷達(dá)特征參數(shù)在人工防雹決策中的應(yīng)用[J].氣象，2010（10）：84-90.

[11] 王福俠，張守保，裴宇杰，等.可能降雹多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征指標(biāo)分析[J].氣象科技，2008（2）：228-232.

[12] 張萍，饒蓮.貴州省防雹作業(yè)有效性統(tǒng)計分析[C]//第26屆中國氣象學(xué)會年會人工影響天氣與大氣物理學(xué)分會場論文集.中國氣象學(xué)會人工影響天氣委員會，中國氣象學(xué)會大氣物理學(xué)委員會，中國氣象科學(xué)研究院，北京大學(xué)—中國氣象局大氣水循環(huán)和人工影響天氣聯(lián)合研究中心，北京大學(xué)物理學(xué)院大氣科學(xué)系，2009：11.

[13] 中國氣象局科技教育司.高炮人工防雹增雨業(yè)務(wù)規(guī)范（試行）[A].2000.