西藏拉孜縣人工防雹作業(yè)技術(shù)研究*

次旦央吉 樊志超 侯正俊 次仁卓嘎 潘多

（1.西藏日喀則市拉孜縣氣象局，西藏 日喀則 858100；2.湖南省人工影響天氣領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，湖南 長(zhǎng)沙 410118；3.西藏自治區(qū)人工影響天氣中心；4.西藏拉薩市氣象局，西藏 拉薩 850000）

0 引言

西藏地處青藏高原腹地，受特殊地理和環(huán)境的影響，屬于冰雹多發(fā)地區(qū)，冰雹之多居全國之首［1-4］。西藏自20 世紀(jì)70 年代初開展人工防雹增雨作業(yè)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益［5-6］。但由于海拔高，地域遼闊、地形復(fù)雜，加之冰雹發(fā)生的局地性特征，西藏各地在冰雹監(jiān)測(cè)和人工防雹作業(yè)指揮、作業(yè)技術(shù)等方面還不夠完善［7-9］，特別是針對(duì)高海拔主要農(nóng)區(qū)人工防雹技術(shù)的研究更加滯后，仍處在邊試驗(yàn)、邊發(fā)展、邊應(yīng)用的階段。拉孜縣位于念青唐古拉山脈最西部，平均海拔4100m 左右，作為高海拔地區(qū)，開展人工防雹增雨作業(yè)已有23 年并取得顯著經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益［10-11］。1997年拉孜縣成立指揮部，采取政府主導(dǎo)、多部門參與的方式，在10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展了人工防雹增雨作業(yè)，至2020年共有31 個(gè)地面固定炮點(diǎn)，其中“37”高炮4 門、“BL-2A”型火箭發(fā)射架27 套，初步形成了主要產(chǎn)糧區(qū)人工防雹地面防御網(wǎng)，年均開展人工防雹增雨作業(yè)180 多次，發(fā)射彈藥近千發(fā)（枚），作業(yè)保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積約為5600hm2，總結(jié)提煉拉孜縣人工防雹作業(yè)技術(shù)對(duì)提高西藏高海拔地區(qū)的人工防雹減災(zāi)水平具有重要指導(dǎo)作用。

1 資料與方法

選取拉孜縣氣象局自建站開始1978—2020 年共42年的地面氣象觀測(cè)資料、氣候區(qū)劃資料和部分鄉(xiāng)村實(shí)地調(diào)研資料，統(tǒng)計(jì)分析拉孜縣冰雹的時(shí)空分布特征。使用航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪使命（SRTM）數(shù)據(jù)配合進(jìn)行地理和氣象特征分析，研究拉孜縣的冰雹形成特征和人工防雹作業(yè)布局。根據(jù)內(nèi)地人工防雹的成功經(jīng)驗(yàn)結(jié)合高原氣象特點(diǎn)，總結(jié)拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標(biāo)，指揮人工防雹作業(yè)。

2 結(jié)果分析

2.1 拉孜縣冰雹的時(shí)空分布

2.1.1 拉孜縣年冰雹日數(shù)的分布規(guī)律。根據(jù)拉孜縣氣象局地面氣象觀測(cè)站1978—2020 年的觀測(cè)資料，共記錄有116 個(gè)冰雹日，繪制成拉孜縣冰雹日數(shù)年變化統(tǒng)計(jì)圖（圖1），可以看出，拉孜的年冰雹日數(shù)變化很大，少則沒有，多則20 天（1980 年），冰雹日數(shù)變化呈明顯的下降趨勢(shì)。

圖1 拉孜縣冰雹日數(shù)年變化統(tǒng)計(jì)圖

分析拉孜的冰雹日數(shù)年變化呈陡降趨勢(shì)，考慮到冰雹天氣的局地性和拉孜縣氣象局地面氣象觀測(cè)站只記錄本站天氣現(xiàn)象的規(guī)定，可能存在冰雹記錄不全面的問題。為彌補(bǔ)資料缺陷，從拉孜縣應(yīng)急管理局調(diào)查了2018—2020 年冰雹災(zāi)害發(fā)生情況（表1），從表中可以看出，2018—2020 年拉孜縣分別有3、8、13 個(gè)共24 個(gè)冰雹日，與拉孜縣地面氣象觀測(cè)站本站記錄的0冰雹日有明顯差別。分析表明，由于冰雹多發(fā)生在山區(qū)，而拉孜縣地面氣象觀測(cè)站設(shè)置在城區(qū)，因此冰雹記錄會(huì)存在一定偏差。

表1 拉孜縣應(yīng)急管理局2018—2020年冰雹災(zāi)害統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 拉孜縣冰雹的月變化規(guī)律。將上述收集到的拉孜縣1978—2020 年共140 個(gè)冰雹日按月份統(tǒng)計(jì)得到拉孜縣冰雹日數(shù)月變化統(tǒng)計(jì)圖（圖2），統(tǒng)計(jì)表明。拉孜縣降雹一般出現(xiàn)在每年的5—10 月，主要集中在6—9 月，7 月是降雹最多的月份。冰雹主要發(fā)生在夏季和秋季，季節(jié)降雹日數(shù)呈單峰型，發(fā)生日數(shù)最多的為夏季，占全年冰雹總?cè)諗?shù)的75%；秋季、春季發(fā)生冰雹日數(shù)分別占全年冰雹總?cè)諗?shù)的21.4%和3.6%，屬于典型的夏雹型。

圖2 拉孜縣冰雹日數(shù)月變化統(tǒng)計(jì)圖（1978—2020年）

2.1.3 拉孜縣冰雹的日變化規(guī)律。一是降雹的日變化。統(tǒng)計(jì)拉孜縣140 個(gè)降雹日冰雹發(fā)生的時(shí)間，結(jié)果表明：降雹在一天內(nèi)的任何時(shí)間段均可出現(xiàn)，但大部分出現(xiàn)在午后至傍晚，約75%的冰雹出現(xiàn)在14—21時(shí)，而冰雹峰值集中在16～20 時(shí)，即冰雹多發(fā)生在日最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間稍滯后，夜間和早晨很少降雹。二是降雹的持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)拉孜縣140個(gè)降雹日冰雹發(fā)生的持續(xù)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)降雹的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短差異也較大，最短的不足一分鐘，最長(zhǎng)達(dá)半個(gè)小時(shí)以上，一般為數(shù)分鐘。拉孜縣降雹的平均持續(xù)時(shí)間約為6.5 分鐘，大多數(shù)冰雹持續(xù)時(shí)間為1～15分鐘，其概率約為90%，降雹持續(xù)時(shí)間小于5 分鐘的概率約為50%，超過20 分鐘的很少。

2.1.4 拉孜縣冰雹發(fā)生的地理分布。西藏自治區(qū)人工影響天氣中心根據(jù)30 年（1978—2008）氣象資料整編，利用拉孜縣的冰雹歷史資料、地面氣象觀測(cè)資料和冰雹災(zāi)情實(shí)地調(diào)查結(jié)果繪制了拉孜縣冰雹云的主要移動(dòng)路徑圖（圖3），統(tǒng)計(jì)表明拉孜縣的冰雹云主要生成于縣域的西南方向，約占80%，冰雹云移動(dòng)路徑主要沿河流、山谷走向。

圖3 拉孜縣冰雹云的主要移動(dòng)路徑圖

2.2 拉孜縣人工防雹作業(yè)技術(shù)優(yōu)化

2.2.1 人工防雹作業(yè)站點(diǎn)布局優(yōu)化。為了更加精細(xì)地研究分析拉孜縣冰雹的形成特征和人工防雹作業(yè)布局，使用航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪使命（SRTM）數(shù)據(jù)配合進(jìn)行地理和氣象特征分析。SRTM 數(shù)據(jù)由美國國家航空航天局（NASA）、國防部國家測(cè)繪局(NIMA)等單位聯(lián)合測(cè)量，經(jīng)處理制成了數(shù)字地形高程模型（DEM）［12］。可以從NASA 的SRTM 數(shù)據(jù)網(wǎng)站下載西藏自治區(qū)的DEM 數(shù)據(jù)，通過Matlab 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，拼接后生成能被Surfer軟件識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，最后生成拉孜縣及周邊地區(qū)的數(shù)字高程模型與冰雹路徑圖(圖4)。從圖4 可以看出，拉孜縣空中主要有兩條水汽輸送通道，一條為東南部山區(qū)的印度洋水汽輸送通道，來自印度洋的水汽從南往北通過喜馬拉雅山脈的山口和北坡山谷地帶輸送到拉孜縣東南部山區(qū)；另一條為西部的雅魯藏布江水汽輸送通道，來自雅魯藏布江的水汽從西往東輸送到拉孜縣西部，并沿河谷走向往東北方向前進(jìn)。兩條水汽輸送通道進(jìn)入拉孜縣以后相應(yīng)形成了兩條冰雹多發(fā)帶，拉孜縣已知的冰雹多發(fā)地（或冰雹云移動(dòng)路徑）均與此有關(guān)。

圖4 拉孜縣及周邊地區(qū)的數(shù)字高程模型與冰雹路徑圖

科學(xué)布設(shè)人工防雹作業(yè)站點(diǎn)是人工防雹成敗的關(guān)鍵因素之一，作業(yè)站點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)著重考慮冰雹云主要移動(dòng)路徑，作業(yè)站點(diǎn)一般布設(shè)于冰雹云產(chǎn)生的源頭和移動(dòng)路徑（保護(hù)區(qū)）上游地區(qū)。另外，各作業(yè)站點(diǎn)還要綜合考慮聯(lián)防聯(lián)控，這是防御較強(qiáng)冰雹云的一個(gè)重要手段，可起到事半功倍，節(jié)約用彈和提高防雹效果的作用。結(jié)合上述拉孜縣的兩條水汽輸送通道和兩條冰雹多發(fā)帶的地理位置，拉孜縣的人工防雹作業(yè)站點(diǎn)主要應(yīng)該布設(shè)在其進(jìn)入拉孜縣的源頭和上游地區(qū)、以及沿途重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的上游地區(qū)。

2.2.2 人工防雹作業(yè)指揮技術(shù)優(yōu)化。氣象雷達(dá)指揮是人工防雹作業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)，利用雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云系演變、提前識(shí)別冰雹云并選擇作業(yè)時(shí)機(jī)是作業(yè)成敗的關(guān)鍵。侯正俊［13］利用日喀則市711 測(cè)雨雷達(dá)和江孜縣CTL 型數(shù)字化氣象雷達(dá)1999—2003 年觀測(cè)到的118 次冰雹云過程回波資料,統(tǒng)計(jì)分析得出雷達(dá)識(shí)別冰雹的判別指標(biāo)，即：當(dāng)雷達(dá)回波強(qiáng)度Ze≥30dbz、回波高度H≥8km、可發(fā)出降雹預(yù)警；當(dāng)H≥8km，Ze≥40dbz，可以判別為有冰雹出現(xiàn)，準(zhǔn)確率達(dá)到64%以上；當(dāng)H≥10km，Ze≥50dbz,判定為強(qiáng)降雹，準(zhǔn)確率達(dá)到90%.這些指標(biāo)在拉孜縣的人工防雹作業(yè)指揮中也發(fā)揮了重要作用，但是近幾年來，人工防雹作業(yè)雷達(dá)指揮在拉孜縣遇到了困難，一是由于山脈阻擋，日喀則市新一代多普勒天氣雷達(dá)在拉孜方向存在探測(cè)盲區(qū)，二是拉孜縣的小型數(shù)字化雷達(dá)已年久失修，導(dǎo)致沒有雷達(dá)數(shù)據(jù)可用。我們根據(jù)內(nèi)地人工防雹的成功經(jīng)驗(yàn)結(jié)合高原氣象特點(diǎn)，總結(jié)出了一套拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標(biāo)，在實(shí)踐中取得了很好的識(shí)別效果。

樊志超［14］總結(jié)湖南省西北部山區(qū)夏季冰雹云的特點(diǎn)，得出了感冷熱、辨風(fēng)力、看云色、聽雷聲、識(shí)閃電、觀物象，參諺語的先兆特征定性指標(biāo)，可以快速有效提早發(fā)現(xiàn)冰雹云。通過總結(jié)拉孜縣20 多年的人工防雹工作經(jīng)驗(yàn)，收集民間諺語，并經(jīng)實(shí)際冰雹云觀測(cè)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)通過改進(jìn)可以應(yīng)用到拉孜縣，但與湖南省相比較，拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標(biāo)具有明顯的高原特色。

2.2.2.1 感冷熱。拉孜在春夏季節(jié)，特別是春夏之交，如果早晨露水重(濕度大)，而到中午時(shí)，太陽輻射強(qiáng)烈，體感悶熱，當(dāng)日或次日容易下冰雹。

2.2.2.2 辨風(fēng)力。雹云來之前，地面風(fēng)力加大且吹向云底（氣流輻合上升），雹云到時(shí)風(fēng)向突變，與云的移向一致。有“雹前都有風(fēng)，沒風(fēng)就很輕”之說。

2.2.2.3 看云色。一般雹云，云色基本上為頂部發(fā)白，底部發(fā)黑，云的中部有時(shí)也發(fā)黃發(fā)紅。有“黑云黃邊子，一定有雹子”之說。

2.2.2.4 聽雷聲。炸雷聲脆時(shí)短，一般不含雹。悶雷俗稱拉磨雷或連響雷，這種雷聲弱而低沉且連續(xù)不斷，一般是云中放電，雷聲在空中反復(fù)多次，在地面聽起來就低沉，短促且連續(xù)不斷，有“拉磨雷，雹成堆”之說。

2.2.2.5 識(shí)閃電。豎閃是云體與地面間放電，這種云一般不含冰雹。橫閃是云體之間放電，一般含有冰雹，橫閃多與雹云發(fā)展中的接云（合并）有關(guān)，災(zāi)害嚴(yán)重的冰雹云常具有較強(qiáng)烈的閃電，有“橫閃多雹，縱閃多雨”“悶雷帶橫閃，雹子大如碗”之說。

2.2.2.6 參諺語。一些關(guān)于冰雹云外部特征的諺語有很好的識(shí)別作用，云體高聳龐大、云頂發(fā)展旺盛、云塔不斷上沖云砧發(fā)展，呈掃帚形和白色絲縷狀，有“白頭腦，黑云系一定要下雹”“云生發(fā)要下雹”之說；云前后上下翻滾劇烈，低層前部呈滾球狀，翻滾越厲害冰雹越大，有“亂攪云，冰雹臨”之說；兩塊或多塊對(duì)流云合并，雹云發(fā)展強(qiáng)烈，有“云打架，雹子下”之說。

以上這些雹前天氣現(xiàn)象，不能單一地、孤立地看，必須綜合地進(jìn)行分析，才能提高目測(cè)識(shí)別的準(zhǔn)確率。這個(gè)綜合定性指標(biāo)仍應(yīng)盡量與冰雹云的雷達(dá)定量判別指標(biāo)配套使用。

3 結(jié)論與討論

3.1 拉孜縣冰雹的時(shí)空分布特征

拉孜縣冰雹主要發(fā)生在6—9 月，7 月是降雹最多的月份，屬于典型的夏雹型，降雹日變化的峰值集中在16～20 時(shí)，降雹時(shí)間段呈明顯的單峰型，冰雹云主要生成于縣域的西南方向。

3.2 拉孜縣的兩條空中水汽輸送通道與地面人工防雹作業(yè)站點(diǎn)布局

一條為東南部山區(qū)的印度洋水汽輸送通道；另一條為西部的雅魯藏布江水汽輸送通道，兩條水汽輸送通道進(jìn)入拉孜縣以后相應(yīng)形成了兩條冰雹多發(fā)帶。拉孜縣的人工防雹作業(yè)站點(diǎn)主要應(yīng)該布設(shè)在其進(jìn)入拉孜縣的源頭和上游地區(qū)、以及沿途重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的上游地區(qū)。

3.3 人工防雹作業(yè)指揮重點(diǎn)使用冰雹云綜合定性指標(biāo)

結(jié)合高原的氣象特點(diǎn)應(yīng)用內(nèi)地冰雹云定性識(shí)別指標(biāo)，得到拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標(biāo)：感冷熱、辨風(fēng)力、看云色、聽雷聲、識(shí)閃電、觀物象，參諺語，在實(shí)踐中取得了很好的識(shí)別效果。