大方縣“2021?5?12”冰雹天氣過程及人工防雹作業(yè)分析

袞毅 李瑋 毛倩 武孔亮 胡妍妍

摘要 利用常規(guī)氣象觀測資料和人工防雹作業(yè)信息，分析了大方縣2021年5月12日出現(xiàn)的冰雹天氣過程。結果表明：此次過程主要受切變線和地面輻合線的影響，“上干下濕”的大氣層結在午后地面加熱作用下觸發(fā)強對流天氣。12日傍晚至夜間，大方縣8個人工防雹炮站作業(yè)28次，使用人雨彈562發(fā)，在作業(yè)區(qū)域的雷達回波強中心高度降低，強度減弱，防雹作業(yè)效果明顯，但減弱后的回波在有利條件下二次增強。此次冰雹天氣過程強度強，影響范圍廣，共造成大方縣南部10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雹，13 612人受災，直接經(jīng)濟損失2 798.2萬元。

關鍵詞 大方縣；強對流天氣；雷達回波；人工防雹

中圖分類號：P482 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0123-03

貴州是全國冰雹災害最嚴重的地區(qū)之一，冰雹多分布于地勢較高的中西部地區(qū)，且主要集中在3—5月[1]。大方縣位于貴州省西北部、畢節(jié)市中部的黔西北高原向黔中山原丘陵過渡斜坡地帶，大部分海拔在1 400～1 900 m之間，受地形影響，冰雹天氣頻發(fā)，年均降雹日為3.6 d，在畢節(jié)地區(qū)屬于次高發(fā)區(qū)[2]。大方縣冰雹天氣集中在烤煙、櫻桃、玉米等重要作物生長發(fā)育的關鍵期，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大威脅。人工防雹是減輕或避免冰雹災害的重要科技手段之一，大方縣使用高炮開展人工防雹已有30余年，防雹保護面積近1 000 km2，人工防雹社會經(jīng)濟效益明顯[3]。

1 冰雹天氣過程概況

2021年5月12日傍晚，大方縣出現(xiàn)強對流天氣，貓場、馬場、牛場、綠塘、對江等10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)降雹（表1）。冰雹普遍如黃豆大小，其中最大降雹密度和直徑出現(xiàn)在黃泥塘，降雹密度為100粒/m2，直徑20 mm；降雹持續(xù)時間最長的是羊場，持續(xù)時間為12 min。此次冰雹天氣過程強度大，持續(xù)時間長，影響范圍廣，共計造成13 612人受災，農(nóng)作物受災2 450 hm2，成災2 450 hm2，絕收1 773.9 hm2，房屋一般損壞151戶415間，倒塌1戶4間，共計經(jīng)濟損失2 798.2萬元。

冰雹云生成于赫章縣境內(nèi)，東移過程中不斷發(fā)展增強，分2輪影響大方縣。18：00～21：00，全縣8個作業(yè)炮站作業(yè)28次，用彈量562發(fā)，在縣人影辦的統(tǒng)一指揮調(diào)度下，各炮站上下游聯(lián)防，最大程度遏制了冰雹云的發(fā)生發(fā)展，有效減輕了冰雹帶來的經(jīng)濟損失。

2 天氣形勢

有利的環(huán)流形勢在低渦、切變線等天氣系統(tǒng)與熱對流不穩(wěn)定條件的配合下，易發(fā)生大范圍的冰雹天氣過程，而局地熱對流不穩(wěn)定條件產(chǎn)生的降雹天氣往往比較孤立分散。5月12日20：00，500 hPa中高緯度地區(qū)為多槽脊形勢，中低緯度地區(qū)孟加拉灣季風槽維持，高原東側到四川一帶受高空槽影響，副高588等值線在華南沿岸至沿海地區(qū)擺動，西脊點在中南半島西部至東部地區(qū)擺動，貴州到華南地區(qū)處于孟加拉灣槽前和副高西北側西南氣流控制；700 hPa貴州為西南氣流控制，風速在10～12 m/s之間，夜間風速增大，急流建立；850 hPa和925 hPa貴州中部地區(qū)有切變線活動，隨著風速的增大，急流建立，切變輻合加強；中低層水汽條件十分充沛，700 hPa比濕達10 g/kg，850 hPa比濕達14 g/kg，850 hPa與500 hPa的溫差達27 ℃，大氣層結暖濕不穩(wěn)定，有利于強對流天氣發(fā)生；地面輻合線位于貴州中部偏北地區(qū)（圖1）。在切變線與地面輻合線的共同影響下，12日傍晚到夜間在貴州中西部地區(qū)出現(xiàn)范圍較廣的強對流天氣。

3 環(huán)境物理特征

利用貴陽和威寧探空站12日探空資料進行對比分析，08：00和20：00貴陽、威寧的0 ℃層在4.7～5.0 km之間，-20 ℃層在8.1～8.4 km之間，且大氣呈現(xiàn)“上干下濕”的狀態(tài)，濕度層大致呈現(xiàn)“喇叭口”狀態(tài)，低層水汽豐富，為強對流天氣提供有利條件。08：00～20：00，貴陽K指數(shù)由39上升至42.5，不穩(wěn)定能量由178.3 J/kg變?yōu)? 548.2 J/kg，威寧的CAPE也由0 J/kg上升至306.5 J/kg，說明午后地面加熱使得大氣層結不穩(wěn)定性增強。垂直風場上中高層主要是平直西風，低層至地面風隨高度順時針旋轉，且存在垂直風切變。環(huán)境場既有水汽，又有不穩(wěn)定擾動能量，有利于對流系統(tǒng)的發(fā)展。

4 作業(yè)情況及雷達回波特征

16：39，CPAS系統(tǒng)顯示在赫章縣境內(nèi)生成2塊回波，一塊位于赫章中部，另一塊位于赫章東南部松林坡。由松林坡生成的回波東移過程中強度逐漸減弱消失，而赫章中部生成的回波東移動過程中強度不斷發(fā)展增強。17：36，威寧中部有回波單體生成，東移過程中不斷有回波單體生成、合并。18：40，回波已發(fā)展成為3塊，赫章中部生成的超級單體東移過程中在最前端，冰雹云強中心在納雍境內(nèi)（圖2）。

4.1 第一輪防雹

18：46，雹云逼近大方黃家寨炮站，垂直剖面圖可看出，回波懸垂，回波強中心達到65 dBz，且高度超過10 km，具有強冰雹云結構特征（圖3）。18：49，大方黃家寨炮站申請防雹作業(yè)，用彈量28發(fā)。第1次作業(yè)后，強回波中心65 dBz高度下降至8 km左右，作業(yè)起到了一定效果，但降雹可能性還很大。18：55～18：56，黃家寨炮站第2次作業(yè)，用彈量19發(fā)；19：02～19：04，黃家寨第3次作業(yè)，用彈量24發(fā)；19：08～19：10，黃家寨第4次作業(yè)，用彈量19發(fā)。由圖3可看出，作業(yè)后回波強中心強度明顯減弱，第3次作業(yè)后懸垂狀回波開始接地，65 dBz高度明顯降低。19：14，回波強中心已經(jīng)東移過黃家寨炮站，19：14～19：16，黃家寨第五次作業(yè)，作業(yè)方式由迎著打改為追著打，用彈量19發(fā)。此時回波已經(jīng)接地，回波強中心由65 dBz下降至45 dBz，且回波頂高明顯下降，作業(yè)效果明顯。

19：26，回波東移超出黃家寨高炮射程范圍（圖4），在鼎新、綠塘出現(xiàn)降雹。貓場、高店、綠塘海拔分別為1 400、1 700和2 325 m，地勢西低東高，冰雹云由貓場東移翻越高店菁梁子和綠塘龍昌坪大山時，在地形抬升作用下，45 dBz回波高度上升至11 km左右，回波強中心65 dBz高度約為8 km。由于冰雹云在大方炮站高炮射程外，抑制不及時，對江鎮(zhèn)（高店）、小屯鄉(xiāng)出現(xiàn)降雹，最大冰雹直徑8 mm，密度30粒/m2。

19：55，冰雹云發(fā)展為2塊，一塊向羊場、理化方向東進，一塊朝大方城區(qū)方向移動。20：06，回波進入大方炮站射程內(nèi)，大方炮站開展作業(yè)，用彈量19發(fā)，作業(yè)后回波強度減弱，隨后逐漸減弱消失，大方城區(qū)無降雹。而朝羊場方向的45 dBz回波頂高達10 km，回波強中心65 dBz高度在4～6 km，20：05～20：06，羊場、理化開展作業(yè)，用彈量分別為30、20發(fā)；20：14～20：16，羊場再次作業(yè)，用彈45發(fā)，作業(yè)后回波強度減弱，而后繼續(xù)增強，20：18～20：24，羊場、理化繼續(xù)作業(yè)，用彈共70發(fā)。20：14～20：26，羊場降雹。20：24，冰雹前端進入黃泥塘，20：25，黃泥塘炮站申請作業(yè)，20：36批復，20：36～20：37開展作業(yè)，用彈量10發(fā)，由于空域批復時間較長，未能及時開展作業(yè)，冰雹云再次發(fā)展增強。20：30～20：34，黃泥塘出現(xiàn)降雹，冰雹直徑與密度為此次過程之最。20：50，冰雹云移出大方縣境內(nèi)。

4.2 第二輪防雹

由赫章發(fā)展過來的多單體雷暴群在七星關、納雍境內(nèi)發(fā)展連成一線，20：00進入大方縣境內(nèi)，對比大方TWRZ-01雷達與CPAS回波顯示，兩者回波所在位置相同（圖5）。冰雹云進入大方東移過程中回波強度增強，20：17～20：18黃家寨炮站開展作業(yè)。20：30，回波強度減弱，20：42分回波東移過程中強度逐漸減弱并分化為2塊：一個沿第一輪冰雹云移動路徑東移，另一個向馬場、牛場方向移動。由于第一輪降雹后，下墊面對流不穩(wěn)定能量減弱，該路徑上的回波強度減弱，轉為降水回波，未出現(xiàn)降雹。

馬場路徑上的雹云得到發(fā)展，并產(chǎn)生降雹。20：36～20：50，馬場、牛場炮站開展作業(yè)6次，用彈量100發(fā)。20：51，牛場、理化的回波強度再次增強，20：50～21：05，牛場、馬場、理化、黃泥塘開展作業(yè)，用彈量78發(fā)。21：06～21：08，理化降雹。21：21～21：22，黃泥塘、雞場開展作業(yè)，用彈量32發(fā)，作業(yè)后回波強度減弱，21：21～21：24，雞場降雹。21：42，回波東移出大方減弱后逐漸消失。

5 防雹作業(yè)分析

作業(yè)時機、作業(yè)部位和用彈量是影響防雹作業(yè)效果的重要因素，作業(yè)有效批復率直接影響作業(yè)時機。第一階段作業(yè)12次，除黃泥塘炮站外，其余炮站申請作業(yè)都能在10 min內(nèi)得到批復；第二階段申請作業(yè)17次，作業(yè)16次，10 min內(nèi)批復率100%。馬場、雞場在此次過程中，已降雹才申請開展作業(yè)；黃泥塘炮站20：25申請作業(yè)，但未及時得到批復，冰雹云得到充分發(fā)展，導致降雹直徑與密度為此次冰雹過程降之最；牛場、羊場降雹前已開展作業(yè)，但用彈量偏少，對強冰雹云的抑制不夠。

防雹作業(yè)能抑制冰雹云的發(fā)展，對減輕冰雹災害有一定的效果，但并不能完全避免冰雹災害。黃家寨、羊場、牛場、理化在開展防雹作業(yè)后，冰雹云的強度明顯減弱，作業(yè)后有降雹，但降落至地面的冰雹主要為細小軟雹，且減弱后的冰雹云有機會再次發(fā)展至增強。如第二階段馬場、牛場路徑上的雹云在作業(yè)后減弱，但在牛場、理化交界處得到加強，并在理化、雞場產(chǎn)生降雹。

6 結論

此次過程主要受切變線和地面輻合線的影響，“上干下濕”的大氣層結為強對流天氣提供有利條件，在午后地面加熱作用下不穩(wěn)定能量增加，觸發(fā)強對流天氣，受地形抬升與下墊面加熱作用，雹云得到發(fā)展增強，產(chǎn)生降雹。

人工防雹作業(yè)對雹云的抑制有效，但受作業(yè)時機、作業(yè)部位、催化效果等因素的影響，無法完全消除冰雹災害。作業(yè)后也可能降雹，但主要為細小軟雹，成災性較小，減弱后的冰雹云有機會再次發(fā)展增強，產(chǎn)生二次降雹，因此不能放松對已經(jīng)減弱或降雹的雹云跟蹤監(jiān)測。

參考文獻

[1] 鄒書平.貴州省冰雹云雷達回波圖集（2006—2015）[M].北京：氣象出版社，2017.

[2] 周庶，黃秀文，鄭園，等.畢節(jié)市冰雹氣候及特征參數(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)與技術，2019，39（5）：144-146.

[3] 鄒書平，李勇，黃鈺.貴州冰雹防控外場試驗論文匯編（2017—2019）[M].北京：氣象出版社，2021.

“2021.5.12” Hail Weather Process and Analysis of Artificial Hail Suppression Operations in Dafang County

Gun Yi et al（Guizhou Dafang County Meteorological Bureau， Dafang， Guizhou 551600）

Abstract Using conventional meteorological observation data and artificial hail suppression operation information， the hail weather process occurred on May 12， 2021 in Dafang County was analyzed. The results showed that this process was mainly affected by shear lines and ground convergence lines， and the “dry up and wet down” atmospheric stratification triggers strong convective weather under the effect of ground heating in the afternoon. From the evening of the 12th to the night， 8 artificial hail suppression gun stations in Dafang County operated 28 times， using 562 human rain bombs. The radar echo intensity in the operation area decreased in the center height， weakened in intensity， and the effectiveness of hail suppression operations was significant. However， the weakened echo was strengthened twice under favorable conditions. The hail weather process was strong and affected a wide range， causing hailstones in 10 towns and townships in the south of Dafang County， affecting 13612 people and causing a direct economic loss of 27982 million yuan.

Key words Dafang County; strong convective weather; radar echo; artificial hail suppression