人工防雹的物理過程與物理過程

人工防雹的物理過程與物理過程

氣候背景及防雹作業難點所謂冷冷云是指從冷冷云中墜落到地面的溫和降水。它的強度和規模因各種各樣的冷冷云而異。由于它是突發性的、地方性的，預測和報警的難度非常高，因此造成的損害也不同。最重要的是，它損壞了樹木，最重要的是建筑物和工作人員的傷亡。雅安市位于四川盆地中部,是川藏、川滇西公路的交匯處,四周有邛崍山、二郎山、夾金山、大雪山。北、西、南地勢較高,東部地勢較低,南部有大相嶺、小相嶺相隔,距離成都平原140km。境內山脈綿延、河道縱橫,地表崎嶇,海拔跨度500~5000m,地形氣候特征明顯,屬亞熱帶山地季風氣候,特別是大相嶺南麓漢源縣境內的唐家、大田、宜東片區,氣候背景極為復雜,受到高空低潮和地面冷空氣共同影響,中小尺度天氣系統活動頻繁,一直是冰雹、大風等重大氣象災害頻發區。冰雹災害時常威脅著當地農林經濟甚至人民生命財產安全,防雹減災工作形勢嚴峻。人工防雹作業的目的在于減少冰雹對當地農作物的損害,或雹胚在轉化為冰雹之前提前下降地面形成降水,怎樣評估人工防雹作業成功與否是一件極為困難的事情。郭學良等1冰雹持續降雨天氣2016年5月6日16時28分,漢源縣宜東、富莊、西溪、清溪,以及大田西北方向的區域開始降雨并伴有冰雹,期間雨勢和冰雹不斷加強。冰雹持續到16:40左右結束,最大直徑達到10mm,直到19時左右,降雨停止,本次強對流天氣過程結束。整個冰雹天氣過程中,大田東南、東北方向及九襄、富春、唐家、河西、豐厚、前域、后域等區域無冰雹災害,個別地方甚至無雨。1.1冷平流和冰雹的形成圖1a為2016年5月6日08時天氣實況分析,500hPa上雅安受南支槽前西南氣流影響,700hPa上康定到九龍有一切變線,850hPa有冷平流,未來12小時內有形成冰雹的可能性;從5月6日08時的EC細網格相對濕度時間垂直剖面圖(格點102.6°E,29.5°N圖略),5月6日08時~8日08時一直表現為上干下濕;5月6日08時~17時EC細網格風場預報,可見850hPa、925hPa圖上,漢源—滎經均有切變線存在(圖1b);5月6日08時~17時的K指數顯示雅安區域內為高值區(圖略),強對流天氣發生的幾率較大,這種天氣形勢有利于冰雹形成。1.2天氣過程概況5月6日,15時40分左右,漢源境內西北方向出現了強對流云系,且有向西南方向移動的趨勢,云量和強度在移動過程中逐漸加強,直到16時20分,云量完全覆蓋天空,并伴隨9m/s的西南風,能見度僅10km。16時28分,宜東、富莊、西溪、清溪,以及大田西北方向的區域開始降雨并伴有冰雹,期間雨勢和冰雹不斷加強,冰雹持續到16時40分左右結束,最大直徑達到10mm,19時左右,降雨停止,本次強對流天氣過程結束。整個冰雹天氣過程中,大田東南、東北方向及九襄、富春、唐家、河西、豐厚、前域、后域等區域無冰雹災害,個別地方甚至無雨。2防雹作業作業方式5月6日,按照防雹作業警戒期值守班規定,大田和唐家炮點所有作業人員全部到崗,嚴格按作業流程做好作業準備。漢源縣人影辦加強天氣實況監測,及時報告天空強對流云系演變動向,隨時準備作業。16時23~26分,雅安市漢源縣大田、唐家炮點實施防雹作業,在空域允許的時間內,共發射07型炮彈46發,其中大田作業方位是東北偏北,唐家作業方位是西北方向,二個炮點作業方位近乎相向,斜向相交,互為補充。作業后,大田東南方向至東北方向、大田往縣城方向至唐家、河西一片無冰雹災害。但由于漢源地處山區,作業點又要避開集鎮、村莊等人員密集區,導致防雹影響區域范圍小,沒法對整個強對流單體進行防雹,而只能對強對流單體南部進行防雹作業,減少作業影響區域內冰雹對農作物的損害。事實證明此次防雹作業是有效的,作業區域內基本沒有下冰雹,只有局部地區有小冰雹,而與作業點相鄰的鄉鎮下了較大冰雹,農作物遭受嚴重損失。3就業效果分析對人工增雨和防雹作業的效果分析方法有多種,效果檢驗方法有統計檢驗3.1作業效果分析根據該個例地面人工防雹作業信息(表1),選擇能覆蓋目標云的樂山站多普勒天氣雷達基數據和二次產品用于此次物理檢驗,通常選擇常用的回波頂高、最大反射率、垂直累積液態水含量、回波面積等雷達探測物理量進行作業效果的物理檢驗。從圖2a中可以看出,在雅安漢源的北部地區有一個強對流單體生成,雅安人影辦組織漢源縣氣象局對強對流云進行防雹作業,只對圖2a中紅色線圈出的對流單體進行了人工防雹作業,16時23~26分對目標云進行作業。15時55分(圖2a)目標云開始逐漸發展,目標云面積和回波強度都逐漸增大,垂直累計液態水VIL也緩慢增長(圖3);16時07分目標云面積在12分鐘內已經增大到以前的二倍,VIL從20kg/m結合圖2、圖3、圖4看出:(1)目標云在16時23分作業之前回波面積、回波頂高、垂直累計液態水VIL都處于一個上升趨勢,作業后目標云的各回波參量發展趨勢都處于一個下降趨勢,各項雷達參量都在作業時間后6分鐘出現了一個拐點,作業后各項雷達參數都處于下降,而且下降速度較快,但作業完半小時后及17時02分之后的各項雷達參數都較為平穩,沒有太大的變化幅度。(2)垂直累計液態水VIL和強回波面積的起伏變化最明顯,兩項雷達參數在作業后半小時后下降到作業前的一半,說明在各項雷達參數中垂直累計液態水VIL和強回波面積的指示效果最明顯。雷達的二次產品垂直累積液態水VIL表示將反射率因子數據轉換成等價的液態水值,假設所有反射率因子都是由液態水反射得到的,所以垂直累積液態水VIL變化指示云中微物理過程發生變化,催化劑的引入到云體后開始和云中雹胚爭搶云中液態水,阻止云中的冰雹胚胎長的更大或在變成大的冰雹之前就落到地面,促使云體中液體水快速下降,云中微物理的變化導致了雷達垂直累積液態水VIL發生變化。(3)此次防雹作業效果較好,作業時間正好選在冰雹發展期,及時抑制了冰雹云的發展,對冰雹能起到較好的減少作用。3.2作業降水時降水隨作業天氣的變化本文把作業區內所有站點雨量求平均作為作業區降水量,16~17時作為作業中的降水量,17~20時的作為作業后降水量,此次作業天氣過程是強對流天氣,降水來的突然,作業區14~16時沒有降水,作業一小時內突然降水,降水量達到9.4mm,作業之后降水量從16~17時的9.4mm逐步下降到19~20時的0.33mm,目標云由于受到催化劑影響,促使云中過冷水下降到地面形成降水。3.3作業系統速度計算設作業半徑為R,云體移速為V,催化劑影響時效T,則單次作業理論影響面積為:作業半徑R一般取:37高炮3km,BL-1火箭5.5km,WR-98火箭6km,WR-1D火箭5km。本次作業采用高炮故R=3km。(2)云團移動速度V:漢源無雷達指揮作業,取作業層平均水平風速V=20km/h。(3)催化劑影響時效T:局地對流云降水T=0.5-1h,系統性大范圍積狀云降水T=2h,積層混合云和層狀云降水T=3h。此個例為強對流天氣,而且通過3.1節的分析,發現催化劑在作業后半小時內發揮效果,故T=0.5h,S=3.14×33.4y’s/s’-y防雹效益=防雹減少損失-作業成本。防雹減小的損失:Q=Y’×S/S’-Y。其中S為防雹作業保護面積,保護面積是農林經濟作物實際種植面積占影響面積的60%,即本次作業保護面積為:88.26×60%=52.95km4抗癲癇能力評估和對策建議4.1地面和地面條件影響預報效果通過本次防雹作業,分析了環境客觀條件的限制,在一定程度上削弱了防雹作業效果。一是強對流天氣的探測預警能力,由于漢源本地監測手段有限,強對流天氣的監測預報主要依靠衛星云圖、氣象基礎探測等資料,對冰雹災害預報預警的預見性和針對性不強,不易把握最佳作業時機,從而影響作業效果。二是實施防雹作業時,炮彈在飛行方向上受到風速、風向等參數的影響,實際飛行距離會縮小。三是空域時間,每次防雹作業必須申請空域時間,在允許的時間內完成防雹作業。而漢源是西藏航線的必經之地,民航、軍航等飛機過境頻繁,空域時間緊張,以至于影響炮彈用量,進一步影響作業效果。4.2提高防雹作業效果一是增建規范化炮點,歷史資料顯示,漢源冰雹災害主要發生在九襄和宜東片區,就防雹減災的意義,結合本地的地形地勢、高炮射程等條件分析,宜在清溪、宜東等鄉鎮新增規范化防雹炮點,與大田、唐家炮點遙相呼應,擴大作業影響區域,提高防雹作業效果。二是作業裝備調配,新增炮點建成前,試將現有火箭作業裝備予以調劑,作為輔助手段,配合高炮作業,在冰雹發源地和方向上增加催化劑播撒量,提高破壞冰雹形成機制的能力,從而進一步提高防雹減災作業效益。三是完善監測手段,盡量爭取資金配置雷達等監測設備,以彌補監測盲區的不足,加強冰雹天氣系統的監測,提高冰雹災害的預報預警能力。同時,作業時要提前做好空域協調方面的準備工作,盡力爭取空域時間支持,確保防雹實施的及時性、有效性。5對比分析結果。據外部的對比,綜合分析主要分為7個被雹點和10.本文以雅安市漢源縣2016年5月6日實施的一次人工防雹作業為例,通過分析人工防雹作業前的天氣背景、作業情況和冰雹實況,以及利用雷達、衛星、雨量來分析防雹效果,對如何提高本地防雹作業效益提出一些針對性的對策建議。(1)漢源境內受高空低槽、西南暖濕氣流和切變線共同影響,雅安區域內K指數為高值區,天氣形勢有利于冰雹形成。(2)市縣級人影辦在雅安市漢源縣大田、唐家炮點實施防雹作業,共發射07型炮彈46發。目標云各項雷達參數在作業后6分鐘內達到最大值,然后進入快速下降期,目標云在作業后的半小時內反射率從68dBz下降到51dBz,垂直累計液態水VIL從55kg/m(3)分析各項雷達參數的響應變化,垂直累計液態水含量和強回波面積的指示效果最明顯,防雹作業后催化劑進入云體,和雹胚爭搶云中液態水,致使云中微物理過