多普勒雷達產品在湘南一次人工防雹作業中的應用

周長青，徐靖宇，唐明暉，周 盛

（1湖南省氣象臺，長沙410118；2湖南省人工影響天氣辦公室，長沙410118）

0 引言

冰雹是一種常見的災害性天氣，在湖南地區發生較多，尤其是春季，由冰雹造成的損失較為嚴重，給農業、電力、交通等行業帶來重大影響。因此，開展冰雹天氣過程個例分析和人工防雹技術研究，減少冰雹對社會經濟、農業生產及人身安全造成的損失具有重要意義。

近年來，國內外有關冰雹監測預警方法和人工防雹技術的研究已有很多成果。廖玉芳等[1]利用11次強對流事件中23個產生三體散射的強對流風暴，對三體散射的統計特征進行了分析和討論。郭艷[2]利用多年的地面觀測和雷達資料進行統計分析，研究TBSS與地面降雹之間的對應關系。黃駿等[3]利用多普勒雷達產品，并結合地面實況降水等資料對湘西北地區一次人工防雹作業分析表明：多普勒雷達能很好的監測對流單體的發生發展及其移動路徑，對提前識別冰雹云、選擇判別作業時機有很好的預警指示作用。莫益江[4]對2016年4月12日人影消雹作業實例研究表明：55 dBZ以上強回波、三體散射、VIL值等回波特征的準確判斷，是抓住消雹作業有利時機的關鍵；李秀琳等[5]分析總結了2005—2006年渭南19個典型雹日的VIL回波特征和指標，通過VIL值的變化可以應用于預測降雹，對強對流天氣的臨近預報和有效開展人工防雹作業具有指導意義。張錦泉等[6]總結甘肅省10余年的人工防雹經驗以及成果，總共歸納了2種冰雹云的雷達回波特征以及利用冰雹云的回波形態對冰雹云進行識別，對于各地的人工防雹具有一定的參考作用。

本研究利用多種多普勒雷達產品結合地面、高空實況資料對2016年3月20日發生在湘南地區的一次人工防雹個例進行分析，從雷達三體散射、組合反射率、VIL、回波頂高等回波特征對冰雹云進行識別追蹤，以期確定人工防雹作業地點和時機，再通過分析作業前后冰雹雷暴單體的變化，分析防雹作業效果，從而加強多普勒雷達產品在人工防雹作業中的應用，提高人工防雹技術水平。

圖1 2016年3月20日08時—20時湖南冰雹實況分布圖

1 天氣形勢分析

1.1 天氣實況

2016年3月20日湖南湘中以南地區出現了一次嚴重的冰雹天氣。從2016年3月20日08—20時，國家站共出現5站次降雹實況記錄（見圖1），臨武、桂陽、永興、常寧、衡南、道縣等地等地均出現降雹天氣，其中道縣最大冰雹直徑達25 mm。

1.2 環流背景分析

從3月20日08時高空和地面資料看，湖南正處于500 hPa（見圖2）高空槽前，低層有較好的輻合抬升條件[7]；700 hPa湘南南部有一中低空急流，最大急流速度達到26 m/s，850 hPa暖切（圖2）同樣位于湘南，為本次過程提供了較好的水汽條件[8-10]；另外，925 hPa與地面（圖略）輻合線同樣都位于湘南，動力條件較好；且湘南地區T850～500≥25℃，T700～500≥15℃層結不穩定[11-13]，為本次冰雹天氣的發生提供了有利的環境條件[14-15]。在對天氣形勢分析的基礎上，通過強對流潛勢預報分析可以整體地了解和把握強對流天氣的種類和落區，對人工防雹作業區域和時間的選擇有重要的指導意義。

2 作業時機的確定

在天氣形勢分析的基礎上，利用郴州站SA波段多普勒天氣雷達資料對冰雹天氣雷達回波特征進行分析，進一步確定開展人工防雹作業的時機。3月20日午后對流活動開始在湘南發展，相繼經過雙牌、寧遠、藍山、嘉禾、臨武、桂陽、宜章、常寧等地，給湘南帶來一次區域性冰雹天氣。本研究選取發生在郴州嘉禾和桂陽的一次冰雹天氣，分析和探討多普勒雷達產品在人工防雹作業中的應用。

圖2 2016年3月20日08時500 hPa高度場和850 hPa高空填圖

從郴州雷達基本反射率圖上看（圖略），15:34有1個單體(V8)首先從嘉禾開始發展并逐漸增強，該單體逐漸向東移動，在15:52移動至嘉禾和桂陽交界處，15:58進入桂陽境內，并在6.0°仰角上首次觀測到三體散射特征，此時可以判斷該地有冰雹天氣的發生[15-16]，可以迅速確定作業時機，在相關區域開展人工防雹作業。

該單體(V8)的三體散射從15:58—16:34共持續了7個體掃時間，在16:10發展的最為強烈，分別在2.4°、3.4°、4.3°、6.0°共4個仰角上觀察到三體散射（見圖3a），除了三體散射外還觀測到較明顯的旁瓣回波特征[15]；組合反射率CR（見圖3b）在16:10最大回波強度達到了65 dBZ以上，同時，垂直積分液態含水量VIL（見圖3c）達到了50 kg/m2，同時回波頂高ET（圖略）也達到了12 km以上，均能較好地判斷冰雹的產生[17-18]。

通過對多普勒雷達特征的分析，嘉禾和桂陽迅速確定了開展人工防雹作業的時機對該單體(V8)進行防雹作業，嘉禾于20日16:07開始進行高炮防雹作業，于16:10結束作業，共發射高炮炮彈40發，桂陽于16:26進行高炮防雹作業，于16:30結束作業，共發射高炮炮彈30發（見表1）。

3 防雹效果檢驗

經過作業后，該單體(V8)在向東北方向移動的過程中，在16:40三體散射特征完全消失，并在隨后迅速減弱消失。該單體(V8)對應的風暴趨勢圖（見圖4）上可以看到，在16:10以前的幾個體掃最大反射率高度(DBZM HT)和風暴核高度(CENT HT)基本穩定維持5 km左右，超過了0°層高度4125 m（08時探空），達到了冰雹產生的條件[19-20]，在進行防雹作業以后，從16:10開始逐步下降，特別是在16:28以后迅速下降。與此同時，該風暴的垂直積分液態含水量(CELL BASED VIL)在前幾個時次基本維持在50 kg/m2以上，特別是在作業前的15:58達到最大值超過了60 kg/m2，在16:10以后也呈逐漸下降趨勢。

從冰雹概率(POSH/POH)產品來看能更直觀地反映該單體(V8)冰雹的演變規律，該單體(V8)從15:58(UTC 07:58)開始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均達到了100%，這與首次觀測到三體散射的時間一致，說明此時該單體(V8)內部有冰雹產生，經過人工防雹作業以后，該單體(V8)在16:34開始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均快速下降，說明該單體(V8)內部冰雹云迅速消散，并最終在16:40時迅速減弱消失[15]。

此次人工防雹作業指揮中，在多普勒雷達回波強度、VIL、回波頂高等一系列指標達到冰雹產生的條件時，當首次觀測到三體散射時可立即確定作業時機，開展人工防雹作業后，冰雹的雷達回波特征以及單體(V8)本身迅速減弱消失，與防雹作業過程非常吻合，從單體的演變上驗證了此次人工防雹作業的效果較為理想。

4 結論與討論

綜上所述，通過對2016年3月20日08時天氣形勢分析，湘南處于500 hPa高空槽前；中低空急流、切變線和地面輻合線在湘南交匯；配合大氣層結不穩定結構（T850～500≥25℃，T700～500≥15℃），為本次冰雹天氣的發生提供了有利的環境條件，對整體地了解和把握強對流天氣的種類和落區以及對人工防雹作業的區域和時間選擇有重要的指導意義。

圖3 2016年3月20日16:10郴州雷達回波圖像

表1 2016年3月20日郴州市嘉禾、桂陽縣人工防雹作業信息表

圖4 2016年3月20日16:46郴州雷達風暴趨勢產品圖（V8）（坐標為世界時）

在作業時機的選擇上，利用郴州多普勒雷達產品，對冰雹的典型回波特征進行分析，通過組合反射率超過65 dBZ強回波、多個仰角出現三體散射和旁瓣回波特征，以及大于50 kg/m2的VIL高值區等最終確定防雹作業時機；在完成作業以后通過對比發現，此次冰雹過程從冰雹的產生、發展到迅速消失與此次人工防雹作業的過程非常吻合，驗證了此次人工防雹作業的效果較為理想。因此，綜合利用多種雷達產品資料能夠較好地了解對流單體，尤其是冰雹的發生、發展、強度、移動路徑以及空間結構特征等，對確定作業時機、提高人工防雹作業水平以及作業效果分析等方面具有十分重要的作用。

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