石河子多普勒雷達在防雹中的應用

（新疆石河子氣象局，石河子市，832000） 蒲云錦

石河子多普勒雷達于2010年4月正式投入業務運行，在雷達資料分析、業務應用方面取得了一定的進展。目前在進行防雹作業指揮時，利用雷達反射率因子等常規產品較多，對差分反射率、差分傳播相移、零滯后相關系數等偏振參數的理解、分析比較困難，雷達系統也沒有配備偏振參數應用產品軟件，使各偏振參數沒有很好的發揮作用。

1 冰雹的天氣特征

天氣系統：在東經60～85°，北緯35～50°關鍵區內有低值系統或切變存在。

層結指數：

2 冰雹云的雷達識別

根據2012～2015年對72次強對流天氣的跟蹤監測，初步得出冰雹云的雷達識別指標。

2.1 降雹單體初始雷達回波的早期識別

根據以下對流回波系統的形成和發展，識別具有降雹潛在危險的對流回波系統：①對流發生區內的零散回波單體突然開始形成有組織化、有規律的條帶或平行短帶排列，而后移出源地的對流回波系統；②兩條以上對流回波帶，因移向移速不同而發生交叉，形成“人”字形結構，或一個對流回波帶因各段移速不同而形成“人”字形或波動狀排列的對流回波系統；③大片熱對流回波群中，出現一個或幾個尺度差異懸殊的單體，發展迅速，移向移速變化快的對流回波系統。

在上述具有降雹潛在危險的對流回波系統中，具有潛在危險的降雹單體初始回波可能出現的部位（或區域）有。①兩塊對流單體并合處；②兩條或兩條以上對流回波帶的交匯處；③成熟對流單體移向的前方或右側；④颮線或對流回波帶移向的前部或右側。

測定上述部位（或區域）出現初始雷達回波的形成高度和增長速率。當上述特定區域內出現初始雷達回波時，應立即測定該初始雷達回波的形成高度、強度、尺度及形態特征，其操作程序如下：

（1）當平顯上開始出現上述初始雷達回波時，立即通過該初始回波的強中心打高顯，讀出回波強度、強回波中心高度、回波區的水平寬度和垂直厚度；

（2）5min后，重復上述觀測程序，讀出相應數據，并算出5min內回波強度、強回波中心高度、回波區的水平寬度和垂直厚度的增長速率；

（3）根據本地歷年回波資料的統計得出，距地4km以上高度出現初始雷達回波后的5min內，回波增長速率的判據如下：①回波區水平和垂直增長速率＞2.5km/5min；②回波強度增長速率＞10dbZ/5min；③強回波中心高度上移速度1km/5min。

表1 石河子雷達一站冰雹云孕育階段雷達回波參數的臨近識別指標

表2 不同類型冰雹云最佳引晶部位對照表

表3 一塊雹云移經一個火箭發射點的經驗用彈量（枚）

降雹單體初始雷達回波的形成特征，在高顯上通常表現為頂部回波向上拱起的窩頭狀，整塊回波懸于中空，結構密實，強中心位于底部向上拱起的上方。

當出現上述回波形態特征的初始雷達回波，并且其增長速率達到上述判據時，則該初始雷達回波可識別為降雹單體的初始雷達回波。

2.2 孕育階段冰雹云的臨近識別

2.2.1 利用雷達回波參數識別冰雹云

如果早期增長特征不明顯，或失去早期跟蹤觀測時機，則可根據雷達回波參數和形態特征實施臨近識別。臨近識別的主要雷達回波參數是回波強度、尺度、回波頂高以及強中心高度。根據歷年雷達回波資料統計得出，石河子雷達一站5～9月份雷達回波參數的臨近識別指標見表1。

2.2.2 利用雷達回波特征識別冰雹云

常見的孕育階段冰雹云雷達回波形態特征主要有以下幾種：①在平顯上呈密實的塊狀結構，并在移向前部有明顯的弧形凹區；②在平顯上出現鉤狀或指狀回波；③在高顯上呈高的柱狀或錘狀回波，結構密實；④在高顯上具有前懸回波，以及表征入流區部位的穹隆回波。

如果出現上述回波形態特征，并且各項雷達回波參數達到上述（見表1）識別指標，則該對流單體可識別為冰雹云。

3 防雹作業指揮

火箭防雹作業指揮操作程序。確定當日火箭作業發射仰角和有效作業距離。利用本地探空站當日08時－6℃層的高度，查附圖即可得出當日火箭發射仰角和有效作業距離（本表適用于WR－1B型防雹火箭）。確定火箭彈引晶部位（查表2）；確定作業用彈量。

根據雹云類型和發展階段，一塊雹云移經一個火箭發射點的經驗用彈量（枚）由表3查得。確定火箭發射方位角，下達火箭發射指令。

4 雹云判別指標及作業

本地的雹云回波特征：結構密實、塊狀明顯、體積較大、強度強、回波頂高，最高可達14.5km，回波強度梯度大，并具有鉤狀、指狀、“v”形缺口和穹隆前懸回波等特征。速度場有低空急流，低層輻合高層輻散，垂直累積液態水含量≥30kg.m－2，垂直風切變1～6km的切變值≥10m.s－1。

判別地區西部雹云的雷達參數指標可定為：①云體的強度Z＞35dbz；②云體10dbz的回波頂高H10dbz＞8 000m；③云體30dbz的回波頂高H30dbz＞4 000m；④云體40dbz的回波頂高H40dbz＞3 000m。

具體應用時以Z和H10dbz指標作為警戒線，以H30dbz和H40dbz的指標做為重點判據，同時要結合當時的天氣形勢、層結指數、冰雹云的回波特征及回波的增長速率等多種因素，加以綜合分析判斷。

用火箭作業后，當回波強度減弱，強回波頂高下降，強回波區面積、體積減小或提前產生降水，均可判斷為作業有效；反之判斷為作業效果不明顯，仍有降雹的危險存在，應繼續實施作業，直到云體減弱為止。

對于一塊冰雹云，我們可在雷達上讀取到強中心方位和距離，作業部位也一目了然。然而對炮點的目測來說，當一塊云體移到它的上空，面對滿天烏云，無法準確判斷和確定云體的強中心、作業部位、作業高度及作業仰角等。根據研究，冰雹胚胎大多形成于溫度為-4～-10℃的環境中，同時雷達探測還發現，當回波出現在-8～-10℃以上高度時，發展或降雹的幾率占80%，所以火箭作業高度選在云體中上部水汽集中部位，也就是云中-6℃層以上高度。

根據對石河子測站08時的探空資料分析，石河子市夏季5～9月0℃層的平均高度為4 129m，-20℃層的平均高度為7 509m，-20℃層與0℃層高度之差為3 380m，說明負溫區很厚，有利于冰雹胚胎在此之間的上下翻滾增長。

表4 5～9月-8℃層平均高度表

由表4可知，用每個月-8℃層平均高度減去本站的海拔高度1 103m就可估算出每個月火箭作業要達到的高度值。

作業時應盡可能的將火箭彈打入雹云的中上部即雹源部位，得到有效的催化。