第七師墾區雷暴天氣成因與精準化人工防雹作業技術的研究*

徐 龍，張 丹，李慧敏，王妮妮，劉 輝

（1.新疆生產建設兵團第七師氣象局，新疆 奎屯 833200；2.石河子氣象局）

0 引言

農業是第七師胡楊河市的支柱產業，主要農作物有棉花、小麥、番茄、甜菜等，墾區地處干旱和半干旱氣候區，屬冰雹多發地帶，每年的4～9 月為降雹的高峰時期，是第七師墾區主要氣象災害之一，經第七師氣象局數據統計，自1993—2019 年，過雹面積在1.33 萬hm2以上特大災害6 日次，0.33 萬～1.00萬hm2重大災害7日次，特別是2019年8月23日的雷雹天氣，過雹面積1.67 萬hm2，重災面積達1.20萬hm2，給第七師農牧業造成經濟損失約2.5 億元。項目組成員認真研讀2020年習近平總書記關于“三農”工作的重要論述，深刻領會人影工作對農業生產的保障作用，充分認識精簡人影防雹隊伍、優化人影指揮流程、科學精準指揮人影防雹作業是擺在第七師人影工作者面前亟需解決的課題。

1 技術方法

精選第七師墾區2010—2020 年期間出現萬畝以上重大災害的典型雷暴日個例30 個。統計分析各路徑生成發展的典型雷暴特征，對每條路徑不同的下墊面特殊條件、大氣環流背景、時空分布特征等進行研究，找出雷暴天氣在發展過程中各階段的氣象物理量參數和多普勒天氣雷達回波特征[1]，依托“三道防線”主要防雹措施，合理布局，實施精準化防雹（增雨）作業。

2 冰雹各路徑雷暴特征

2.1 一路徑雷暴生成發展特征及防雹措施

一路徑為西北路徑，雷暴發生概率為43.9%（見表1），其下墊面為丘陵山地。強對流天氣主要受西西伯利亞低渦（槽）分裂短波的影響，天氣多處于西北方向地面高壓前部。山區谷地聚集充沛的水汽，受地形抬升作用，常常在山區上空形成強對流云體，氣流在過山后會發生波狀運動，常常形成平行于山體走向的帶狀回波或超級單體，根據統計帶狀回波占比為73%，主要影響一二六團、一二七團、一二三團、一二八團、一二九團等團場，造成的災情往往比較嚴重。在統計的30 個雷暴個例天氣中，雹云的初生階段和發展階段在山區就已形成，出山后直接進入躍增階段或降雹階段。云體多為傳播型雹云，雷達回波主要表現為云體左側降水，右側不斷有新單體生成加強，影響時間長。

此路徑發生的超級單體，每次都給第七師墾區農牧業造成巨大冰雹災害，2011 年6 月22 日凌晨過雹面積3.08 萬hm2，重災面積1.21 萬hm2；2013 年6月23 日過雹面積0.40 萬hm2；2019 年8 月23 日過雹面積1.67 萬hm2，重災面積1.20 萬hm2。這些超級單體往往在山區上空就已經成熟，催化難度較大。

防雹措施：加強對流天氣的預警預報和聯防工作，利用火箭車輛的機動性，將一線團場作業火力推進到北山山區布防，在山區中對雹云天氣實施早期催化作業，迫使其產生大量降水，二、三線團場與烏蘇市火箭作業車輛向前推進到防區前沿，集中火力對移出山區的雹云持續催化作業，效果會比較理想。

2.2 二路徑雷暴生成發展特征及防雹措施

二路徑為正西路徑，雷暴發生概率為29.3%，其下墊面為沙漠、林場、水源地，雷暴發生地主要在甘家湖牧場，有低渦（槽）分裂短波的影響，大氣層結不穩定時，本地區熱力條件好，有較強垂直上升運動，水汽充足，雷暴生成特點多為中空云系，根據資料統計，正西路徑12 次雷暴天氣，中空發展9 次，占比為75%。雷暴特點是發展迅猛，自初始到降雹15～30 min，云體在一二五團產生降雹減弱后東移至一三〇團奎屯水庫（主要移動路徑），水汽補充會造成云體再次加強產生降雹。

防雹措施：由于中空云系生成于4～6 km 高空，早期回波較弱，探測人員不易發現和識別，因此應提高雷達探測人員對早期中空云系的識別能力，做到早發現、早識別和早催化，在雹云發展初期應果斷指揮作業車輛對雹云進行早期催化，效果比較理想；如果不能在初始階段及時催化，雹云會在很短時間內躍增成熟產生降雹，催化效果將會很差。

2.3 三路徑雷暴生成發展特征及防雹措施

三路徑為西南路徑，雷暴發生概率為26.8%，地形南接天山山脈，雷暴天氣大多為低渦分裂短波槽前西南風控制，由烏蘇古爾圖鎮西或西南進入七師墾區，沿天山自西向東或東偏北方向移動，移動過程中路經甘家湖牧場進入七師墾區，由于甘家湖牧場特殊下墊面，雷暴天氣會再次加強，經常會與西北氣流合并成南北寬約上百公里的云帶，影響整個七師墾區，影響時間較長。

防雹措施：第七師與烏蘇在此區域的防雹作業區相互交錯，因此需要加強第七師與烏蘇市聯防機制，采取聯合防雹作業，第七師火箭作業車輛與烏蘇火箭作業車輛共同對云體進行催化作業，迫使云體連續產生降水，減少能量，達到消雹減災的目的。

3 精準化作業個例分析

3.1 個例一

2019年8月23日19：50至21：30，第七師墾區內遭受了一次強冰雹天氣襲擊，冰雹直徑1.5～3.0 cm，積雹厚度5～8 cm，過雹面積1.33 萬hm2，重災面積約1.20萬hm2，經濟損失約2.5億元。

當日第七師墾區受高空低渦分裂短波的影響，大氣層結處于不穩定狀態。18：53 時，墾區上游廟爾溝山區南側偏西方向有弱對流云生成，并自西北向東南方向移動，圖1顯示，在一二六團西北廟爾溝山區有對流云發展，云團面積較大，有2 個強中心（a、b），RHI 顯示云體右下方強回波區產生降水，左上側強區正在發展，第七師人影指揮中心申請作業空域，準備對云體實施早期催化作業。

19：07 時，a 單體回波強區面積增大（圖1），RHI顯示40 dBz 強區高度伸展至9 km，速度場顯示云體中下部有強烈的氣旋運動。b 單體隨后逐漸與a 單體分離，向東北方向移動出七師防區。

圖1 雷達PPI圖

20：10 時，作業空域批復，七師防區內相關作業點對強對流云體進行了超劑量消雹作業，RHI顯示，20：12 時云體高度達13 000 m，強中心高度達11 500 m，強中心寬度8～10 cm，強度55～58 分貝，云體已經完全發展成熟，云體內已存大量冰雹，并出現連續降雹現象，速度圖顯示云體中下部有強烈輔合現象。22：50 時，雹云減弱并移出第七師防區。

作業效果分析：此次雹災屬超級單體雹云所致，雹云尺度大，移速緩慢（約18 km/h），結構密實，影響面廣，防雹難度大，屬歷年同期罕見，雖然在雹云發展初期進行了作業布局，但是由于空域批復較晚，未能對雹云進行早期催化作業（作業火箭車輛在防區外10 km 山區已布防），致使雹云進入防區時已經發展成熟，帶雹移動20 余km，錯失了最佳作業時機，后期進行了大劑量作業，效果較差。此次雹云天氣過程過雹面積1.33 萬hm2，重災面積1.20萬hm2，經濟損失約2.5億元。

3.2 個例二

2020年8月25日16：30至23：10，七師胡楊河市墾區4個團場出現暴雨夾冰雹。冰雹直徑0.5～1.0 cm，局部密度較大，過雹面積約0.47萬hm2，災情輕微。

21：00 至22：40，七師胡楊河市墾區受高空低槽擾動的影響，生成于廟爾溝西南面的冰雹云，先后影響一二六團、一二七團、一二三團、一二八團和一二九團，圖2 顯示21：29 時雹云距離防區約10 km 左右，RHI 顯示，云高1.0 萬～1.2 萬m，強度45～55 分貝，冰雹云結構密實，有明顯弱回波區，速度場顯示在云體中下部有強烈的輻合性氣旋，伴有明顯的雷聲閃電，在空域批復的情況下，師市聯防指揮部利用火箭車的靈活機動性，指揮一二六團流動防雹火箭在山區對雹云實施早期大劑量催化作業。

圖2 21：29時雷達PPI圖

圖3顯示，21：41時云體經過早期催化作業后移動至第七師防區內，并開始產生降水，速度圖顯示，云體中下部仍有氣旋運動，云體中存在大面積逆風區，天氣現象劇烈。師市聯防指揮部及時指揮一二七團、一二三團和一二八團防雹火箭向一二六團方向移動，一二九團和一三〇團火箭車向一二三團和一二八團防區移動，集中火力對冰雹云持續實施大劑量催化作業。

圖3 21：41時雷達PPI圖

22：10 時，由于當日空域批復及時，經過連續不間斷的大劑量催化作業，一二三團、一二七團和一二八團個別連隊部分農田仍然產生降雹，造成棉花葉面受損，災情輕微。

作業效果分析：一是2020 年8 月25 日13：30 時第七師師市人影辦及時發布了冰雹天氣預警，確保各團人影辦提前做好一切防雹作業準備工作。二是各團人影辦接到冰雹天氣預警后，立即組織防雹隊員和流動防雹火箭處于臨戰狀態。天氣雷達全天候跟蹤探測墾區天空狀況，向各團實時提供天氣信息。三是及時和不間斷申請空域并得到批復，確保了在雹云發展初期開展防雹催化作業（在距防區10 km 以外山區開始催化作業）。四是利用火箭車輛的機動靈活性，合理調動各防雹作業點作業車輛集中火力聯合防雹，增加了防雹作業的提前量，最大限度地遏制了冰雹云的進一步發展和加強，有效地減輕了冰雹的災害，防雹效果較為顯著。

4 小結

（1）針對3 條路徑不同下墊面條件和雷暴生成發展的各自特點，利用火箭車輛的靈活性進行合理布局，西北路徑主要是在防區10～15 km外山區布防和早期催化作業；正西路徑主要是在防區外的甘家湖牧場布防和早期催化作業；西南路徑主要是加強與烏蘇市區域聯防，第七師作業火箭車輛推進至烏蘇市防區邊界共同防御作業，實現早期催化雹云的目的。（2）不斷分析和研究歷年的強對流天氣的雷達回波資料，提高探測人員的天氣雷達識別早期雹云能力，特別是對傳播雹云的路徑外推、中空雹云早期特征，做好地面防雹火力布置，及時開展催化作業。（3）通過個例分析，對強雹云進行早期和連續大劑量催化作業效果較好，錯過初始階段和發展階段，雹云進入成熟期后再采取大劑量催化作業，效果不理想，對農牧業造成的冰雹災害往往比較嚴重。