2020年3月22日三明市人工防雹作業技術及效果評價

鄺美清 張家斌 王丹平

(1.三明市氣象局，福建 三明 365000；2.尤溪縣氣象局，福建 三明 365114；3.永安市氣象局，福建 三明 366000)

人工影響天氣是指為避免或者減輕氣象災害，以大氣物理為基礎，合理利用氣候資源，在適當條件下通過人工干預的方式對局部大氣的云物理過程進行影響，實現人工增雨、人工防雹、人工消霧、人工消云等目的的活動。利用播云抑制冰雹增長技術已逐漸被認可。人工防雹原理是向正在發展的雹云中的雹胚形成區播撒人工冰核碘化銀，通過核化和凝華、碰凍、增長，迅速形成大量毫米尺度的人工雹胚，參與同自然雹胚對云中過冷水實現有利競爭，以抑制較大冰雹的形成。此外，BL型防雹火箭彈彈體在自炸時會產生一定的“沖擊波”，一方面可以破壞作業區域的流場，阻斷水汽供應；另一方面，爆炸力也可以使作業區域內較大粒子發生破碎，從而達到人工防雹效果[1-6]。

三明市是全國為數不多的百萬擔煙葉產區，常年種植煙葉面積近40萬畝。冰雹是三明市重要的災害性天氣之一，雖然發生范圍小，時間短，但來勢猛烈、強度大，并常伴隨狂風、暴雨，對工農業生產特別是農業經濟作物種植危害極大，是煙葉生產的主要氣象災害之一[7]。

近年來，三明市政府及有關部門對人工防雹工作的需求越來越迫切，氣象部門也將人工防雹視為為“三農”服務、為新農村服務的重要舉措。每年冰雹等強對流天氣多發時節，三明市氣象部門積極開展冰雹天氣的預測預警，實施人工防雹作業，對預防、減輕雹災的危害，保護農民收種意義重大，取得了良好的社會效益和經濟效益。

本文采用基于天氣雷達探測的物理檢驗技術方法[8-10]，對比作業前后多個雷達回波參數[11]的宏觀變化，并檢驗了防雹作業效果。

1 天氣形勢與人工防雹作業概況

根據天氣形勢分析，2020年3月22日08時500hPa受南支槽前西南急流影響，低層切變偏北東移，地面弱冷空氣滲透南下。分析邵武站探空可知，環境場上干下濕，K指數33℃，850hPa和500hPa溫差達25℃，沙氏指數-2.5℃，0℃層高度和-20℃層高度適中，分別為4300m、7400m。此形勢有利于出現冰雹。

(a)天氣形勢圖 (b)邵武探空圖

針對此次過程，三明市共開展人工防雹作業42次，發射火箭彈325枚。其中，寧化縣作業9次，發射火箭彈70枚；清流、將樂各作業6次，發射火箭彈93枚；建寧、泰寧各作業4次，發射火箭彈63枚；沙縣、明溪各作業3次，發射火箭彈48枚；永安、尤溪各作業2次，發射火箭彈29枚；梅列、三元、大田各作業1次，發射火箭彈22枚。

2 人工防雹作業技術評價和效果分析

2.1 作業技術評價和效果分析

22日14時～23時，三明市開展42次作業，其中34次有效作業于強對流云體內部，作業后，云體強度出現明顯的減弱，作業效果明顯；8次無效作業；8次無效作業中，包含2次云體位于作業射程外，6次作業時機把握不準(詳見表1)。

表1 2020年3月22日人工防雹作業技術評價和效果分析

2.2 有效作業個例分析

2.2.1 第一階段帶狀回波(15∶00-17∶07)

3月22日15時，有一帶狀回波自西向東由江西進入三明市北部。此時云體發展旺盛，回波強中心強度大于60dBZ，回波頂高9km，>50dBZ的強回波高度突破6km，強回波的范圍為長50km，寬10km，面積達500km2。三明市氣象局采取了連續跟蹤、多點聯防等技術措施，在云體移動過程中(15∶00-16∶08)，在建寧、泰寧、將樂先后進行了5次防雹作業，共發射火箭彈40枚(建寧2次，泰寧2次，將樂1次)，其中有效作業4次(建寧2次，泰寧1次，將樂1次)。經過2次有效作業，16∶07的帶狀回波減弱，分散成幾個塊狀回波，強回波中心強度減弱為55dBZ，回波頂高下降至7km，>50dBZ的強回波高度降至5km，強回波面積明顯減小。16∶07-17∶07，對流回波繼續向東南方向移動，在建寧、泰寧、將樂、寧化先后進行了7次防雹作業，共發射火箭彈47枚(建寧1次，泰寧2次，將樂3次，寧化1次)，其中有效作業6次(建寧1次，泰寧2次，將樂2次，寧化1次))。經過6次有效作業，17∶07在作業點及其周邊回波強度減弱至50dBZ以下，強回波面積進一步減小。

圖2 22日15∶08、16∶07、17∶07回波強度圖(a、b、c)和回波強度剖面圖(d、e、f)

3月22日15時～17時，南平市光澤、建陽、政和的局部鄉鎮出現冰雹，建寧、泰寧、將樂開展的多點聯防作業使帶狀對流云云體分散，回波強度持續減弱，強回波中心由60dBZ下降至45dBZ，作業點及周邊沒有出現冰雹，該次多點聯防防雹作業有效。

2.2.2 第二階段塊狀回波(18∶30-20∶40)

18∶30，有一塊狀回波進入明溪后增強，強回波中心強度達60dBZ，回波頂高8km，>50dBZ的強回波高度突破6km，強回波面積50km2，回波單體發展旺盛，出現穹窿結構，強回波自西向東移動。針對此強回波，18∶30-20∶40，三明市局沿著回波移動路徑，在明溪、梅列、三元、沙縣、尤溪先后進行了7次防雹作業，共發射火箭彈54枚(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙縣2次，尤溪2次)，其中有效作業6次(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙縣1次，尤溪2次)。經過6次有效作業，20∶35塊狀回波強度減弱至35dBZ，回波頂高5 km，單體逐漸消散。

圖3 22日18∶30、20∶35回波強度圖(a、b)和回波強度剖面圖(c、d)

3月22日18時～21時，明溪、梅列、三元、沙縣、尤溪開展的多點聯防作業使塊狀對流云回波強度持續減弱，強回波中心由60dBZ下降至35dBZ，回波頂高由8km下降至5km，作業點及周邊沒有出現冰雹，該次多點聯防防雹作業有效。

2.2.3 第三階段塊狀回波(20∶00-22∶30)

3月22日20時，如圖4所示，有一塊狀強回波自西向東由江西石城進入三明市南部。此時云體發展旺盛，回波強中心強度大于60dBZ，回波頂高9km，>50dBZ的強回波高度突破6km，強回波面積達200km2。三明市氣象局采取連續跟蹤、多點聯防措施，在云體移動過程中(20∶00-21∶00)先后進行了5次防雹作業，共發射火箭彈40枚(寧化3次，清流2次)，其中有效作業4次(寧化3次，清流1次)。經過4次有效作業，20∶59的對流單體回波頂高下降至7km，>50dBZ的強回波高度降至3km，強回波面積減小至50km2。22∶06，塊狀回波分裂出來的小單體移至大田縣，22∶16，在大田縣的東風農場作業點作業，發射火箭彈8枚，此時回波中心強度為40dBZ，回波頂高5 km。作業后20分鐘，單體減弱，逐漸消散。

(a) (b) (c) (d)

(a) (b) (c)

3月22日20時～22時，寧化、清流、大田開展的多點聯防作業使塊狀回波強度持續減弱，強回波中心由66dBZ下降至40dBZ，回波頂高由9km下降至5km，作業點及周邊沒有出現冰雹，該次多點聯防防雹作業有效。

2.3 無效作業個例分析

2.3.1 方位角不對

3月22日18∶51-18∶52，寧化城郊鄉茶湖江磚廠作業點開展1次防雹作業，發射火箭彈8枚。從圖6來看，強回波云系位于該作業點東部，實際作業方位角為260°(偏西方向)。作業部位不在強回波中心。

圖6 22日16∶06茶湖江磚廠作業點回波強度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3月22日17∶09-17∶10，將樂縣黃潭鎮黃潭村作業點開展1次防雹作業，發射火箭彈8枚。從圖7可以看出，強回波云系位于作業點西南方向，強回波不在安全射界內，作業時作業點上空安全射界內回波強度弱。

圖7 22日17∶09黃潭村作業點回波強度圖(綠色陰影部分為安全射界)

2.3.2 作業時機不對，偏早或偏晚

3月22日17∶37-17∶38，明溪縣楓溪鄉小珩村作業點開展1次防雹作業，發射火箭彈8枚。從圖8可見，作業時17∶36，作業點上空回波強度弱，最強才30dBZ，此時并不適合作業。從回波演變情況來看，西側的強回波于18∶06以后才移入作業點射程內，因此此次作業時機把握不準，作業偏早。

圖8 22日17∶36(a)、18∶06(b)小珩村作業點回波強度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3月22日18∶42-18∶44，寧化縣淮土鎮五里亭作業點開展1次防雹作業，發射火箭彈7枚。從圖9來看，作業時18∶42，作業點上空無回波，此時并不適合作業。從回波演變情況來看，強回波已于18∶12進入作業點射程內，可見本次作業時機選擇偏遲。

圖9 22日18∶12(a)、18∶42(b)五里亭作業點回波強度圖(綠色陰影部分為安全射界)

3 結論

2020年3月22日午后到上半夜，三明市出現雷雨大風、短時強降水等強對流天氣，22日14-23時，三明市開展42次人工防雹作業，其中34次有效作業于強對流云體內部，作業后出現了云體整體回波強度減弱，回波頂高下降，強回波中心減弱，強回波面積減小等特征，云體強對流發展受到了明顯的抑制，作業點及周邊沒有出現冰雹，作業效果明顯；8次無效作業。通過作業技術和效果評估分析，相關建議如下：

此次作業過程采取了多點多次聯合作業的方式，整體有效抑制了冰雹過程的發生發展。但出現了個別作業點不滿足作業條件、作業時機選擇不恰當等情況。這一方面是因為交通不便，錯過最佳作業時機后匆忙作業；另一方面，也存在作業區域的云系不具備防雹作業條件，而作業隊仍進行作業的現象；還有一方面是作業時空域申請未能及時得到空管部門批準，錯過最佳作業時機。建議三明市級指揮部門根據人工防雹作業指標，結合實際雷達回波情況，指揮各作業隊開展科學作業。

作業點的安全射界范圍偏小，容易導致出現強對流云體位于作業點射程內但不在安全射界內，從而影響人工防雹作業效果。建議三明市氣象局在選擇人影作業點時，優先考慮安全射界范圍大的作業點。