曲靖一次人工防雹多普勒雷達回波及作業分析

張 濤，田夢琳*，李世文，成佳麗，王思越，孟利紅，戚司棋

1.云南省曲靖市氣象局，云南曲靖 655000；2.曲靖市麒麟區氣象局，云南曲靖 655000；3.宣威市氣象局，云南宣威 655400

冰雹是云南夏季最易出現的災害性天氣之一，具有局地性強、發生時間集中、持續時間短、突發性強等特征[1]。曲靖市位于云南省東部，是全省冰雹發生次數最多的地區，同時曲靖市也是云南省烤煙種植面積最大的地區，冰雹多集中于夏季，由于冰雹災害高發時段與烤煙等作物的關鍵生長時期幾乎重合，及時結合多普勒雷達準確開展人工防雹作業可以有效減少冰雹災害帶來的農業經濟損失。宣威市位于云南省東北部，地處103°35′30″E～104°40′50″E，25°53′30″N～26°44′50″N，總面積6 069.88 km2，約占云南省總面積的1.58%。至2019年，宣威市共布設地面“三七”高炮作業點15個，分別為述迤、柏木、格依、得德、馬圖、東屯、歌樂、耿屯、龍津、多樂、響宗、冒水井、關營、岔路、卜嘠，作業點防區內約種植農作物365.34 km2(圖1)。

圖1 宣威市“三七”高炮作業點分布

2019年6月11日，會澤縣與宣威市交界處生成了單體強對流云，在17:45～21:37近4h的生命史內，通過多單體合并成強單體。雖然在此期間宣威市氣象局組織了龍津、多樂2個作業點開展作業，但由于對該強單體開展人工防雹作業錯過最佳時機，遠離“三七”高炮作業點有效作業范圍，致使20:00左右該強單體降雹造成宣威市烤煙、玉米、洋芋、中藥材等農作物受冰雹災約15.33 km2。通過多普勒雷達資料和人工防雹作業信息對此次人工防雹作業過程進行分析，找出此次人工防雹作業效果不佳的原因。

1 作業情況分析

1.1 作業情況

2019年6月11日20:05～20:19，曲靖宣威市2個作業點共實施地面高炮防雹作業4次，作業期間及作業后在落水鎮和東山鎮發生降雹。作業期間目標雷達回波和作業點、降雹地點分布見圖2。

圖2 宣威市2019年6月11日雷達回波組合反射率、降雹位置(紅色三角)和防雹作業點位置(黃色方形)

1.2 作業部位計算

由雷達回波組合反射率圖可以讀取逐時次強回波中心經緯度信息、作業點經緯度、海拔并由作業信息上報系統導出，根據作業時刻每個作業點的經緯度，利用公式(1)計算出作業點和強回波中心的水平距離[2-3]：

根據開展作業的作業點海拔、作業方位、作業仰角和水平距離，利用公式(2)計算每次作業的作業催化高度：

其中，H為作業催化高度，h作業點海拔，Y不同仰角對應的垂直高度。由于對一個強對流回波，同一個雷達探測時間段內可能有多個作業點聯合開展作業，或者一個作業點在一個雷達體掃范圍內開展了不同仰角的多次作業，作業高度采用平均高度、最小作業高度、最大作業高度計算，其中

一個雷達體掃內由有多個作業點以不同仰角開展作業，或者一個作業點以不同仰角開展作業，則作業平均高度計算公式(5)：

根據上述計算方法，可以得到宣威市2019年6月11日強冰雹天氣過程防雹作業情況表(表1)。

表1 宣威市2019年6月11日20:05～20:19防雹作業情況

1.3 雷達回波和作業時序分析

圖3 為2019 年6 月11 日17:45～18:56雷達組合反射率演變和宣威市防雹作業點分布圖。可見在17:35～17：45期間，有回波在會澤縣雨祿鄉附近生成，其逐漸發展并逐漸向東偏南方向發展。之后在17:56～18:12在該回波上風方向生成，2塊回波之后在18:34合并，回波強度因此迅速增強，最大強度達到50 dBz以上，此后回波繼續發展增強并移入宣威市境內，至18:45該對流活動已發展到一定強度，中心強度超過55 dBz，強中心高度也達到6 km以上。至18:56，在該回波上方出現新回波單體并一同向東南方向發展。

圖3 2019年6月11日17:45～18:56雷達組合反射率

由圖4所示，至19:332塊回波逐漸呈現合并趨勢并在19:50～19:55完成合并。回波合并后其強度迅速躍增，強度迅速增加至60 dBz以上，回波頂高達到17.5 km，強中心高度超過8 km。此時對流發展達到旺盛，在速度譜上可見該回波存在明顯的輻合上升運動，回波也逐漸移入宣威市南部洛水鎮一帶，多樂和龍津2個作業點在20:05～20:19期間連續實施4次防雹作業，發射炮彈43發。但該回波在20:00左右已經開始降雹，作業時由于作業點距離強中心較遠(均超過5 km)，作業后回波繼續發展加強并在20:11達到最旺盛，其強度達到69 dBz，強中心高度達到8.8 km，并且可見明顯的“V”形缺口、弱回波穹窿等明顯的冰雹云特征，在速度譜上也能看到明顯的輻合運動，該回波隨后在20:25第二次降雹(圖5中白色三角)，開始降雹后回波強度才逐漸緩慢下降，但直至20:33仍保持著一定的強度直至20:49后才明顯減弱并逐漸在21:00～21:37期間移出雷達觀測范圍。

圖4 2019年6月11日19:33～20:49雷達組合反射率

圖5 2019年6月11日17:35～21:37雷達回波強度的變化

2 物理量

針對2019年6月11日宣威2個作業點的4次防雹作業過程，選取17:35～21:37共46個時次的多普勒雷達基數據，對回波強度、強中心高度，垂直液態含水量、回波面積等物理量進行分析。

2.1 回波強度

圖5為2019年6月11日17:35～21:37雷達回波最大強度、0 ℃層最大強度、-10 ℃層最大強度和-20 ℃層最大強度演變圖，其中，綠色框線為多樂、龍津2個作業點實施防雹作業時段，紅色框線為該回波降雹時段。該雷達回波強度在17:56快速發展增強，在合并后強度很快達到50 dBz以上，因為伴隨多次雷達回波的合并，回波強度在18:29～9:50呈現持續波動增強的趨勢，直至作業開始前發生降雹，但在第一次降雹后由于和對流前側新的對流單體合并，造成第一次降雹后和回波強度繼續增加，并在20:27再次發生降雹。第二次降雹后回波強度才逐漸開始減弱并趨于消散。此次作業過程中作業開始時回波已經發展旺盛且在此之前也已降雹，加之作業距離較遠作業部位難以達到強中心所在位置，因此作業效果并不佳，作業后回波強度也進一步加強并且二次降雹。

2.2 垂直液態水含量

圖6為2019年6月11日17:35～21:37雷達回波垂直液態含水量(VIL)最大值演變圖，其中綠色框線為多樂、龍津2個作業點實施防雹作業時段，紅色框線為該回波降雹時段。

圖6 2019年6月11日17:35～21:37回波垂直液態含水量的演變

在17:56后隨著回波合并VIL值開始明顯上升，之后持續增長并在降雹前19:44～20:00發生躍增，降雹后VIL值明顯下降在隨即再次在作業期間上升超過200，而后在作業結束后降低至50左右，之后回波在20:25第二次降雹。降雹后VIL值繼續在短暫增加后也呈現迅速降低的趨勢直至21:37移出昭通雷達觀測范圍。可見，此次作業過程作業開始時回波VIL值已發展到一定強度，作業效果并不明顯。

2.3 回波面積

圖7為2019年6月11日17:35～21:37雷達30 dBz以上回波面積、40 dBz以上回波面積、50 dBz以上回波面積演變圖。其中，綠色框線為多樂、龍津2個作業點實施防雹作業時段，紅色框線為該回波降雹時段。

圖7 2019年6月11日17:35～21:37回波面積的演變

在回波初生階段便發展迅速，30 dBz以上回波面積迅速上升，40 dBz以上面積則在第一次合并后才逐漸呈現波動增長的趨勢，50 dBz以上回波面積雖有增加但也維持相對較低的位置。直至19:17隨著其他回波的合并才逐漸開始上升。在降雹前19:50～20:00期間可見40 dBz和50 dBz以上回波面積隨著回波強度的躍增而快速上升，且50 dBz以上回波面積在20:00達到最大值。第一次后和作業實施期間，30 dBz以上回波面積依然在快速增加，但40 dBz以上回波面積基本波動維持，50 dBz以上回波面積則已開始下降，表明此時回波強度已開始降低，20:25第二次降雹后，30、40和50 dBz以上回波面積均開始明顯呈現下降趨勢，回波最大強度很快在21:32下降至30 dBz以下。此次作業前回波已經達到最大強度且已開始降雹，作業時機太晚，作業期間50 dBz以上回波面積有所下降但40 dBz以上回波面積基本維持，表明對流活動依然旺盛，且在20:25發生第二次降雹，作業效果不佳。

3 結論

宣威市2019年6月11日此次作業過程對流云系伴隨多次合并且移動范圍較大，在進入多樂、龍津作業點范圍時回波已發展到旺盛階段并且實際已在作業開始前降雹。同時，多樂、龍津2個作業點作業期間距離回波強中心水平距離均超過5 km，作業后回波強度仍然維持，并在20:25第二次降雹，故2019年6月11日當天宣威市的強對流天氣過程作業效果不明顯。

人工防雹作業可以在一定程度上對降雹起到抑制作用，但防雹作業時機、用彈量把握情況會直接影響作業效果。作業后也可能由于對流單體的碰并而產生二次降雹，因此在防雹作業后應結合多普勒雷達對已經減弱的對流單體進行跟蹤觀測，從而減輕雹災帶來的經濟損失。