西藏拉孜縣人工防雹作業(yè)技術研究*

次旦央吉 樊志超 侯正俊 次仁卓嘎 潘多

（1.西藏日喀則市拉孜縣氣象局，西藏 日喀則 858100；2.湖南省人工影響天氣領導小組辦公室，湖南 長沙 410118；3.西藏自治區(qū)人工影響天氣中心；4.西藏拉薩市氣象局，西藏 拉薩 850000）

0 引言

西藏地處青藏高原腹地，受特殊地理和環(huán)境的影響，屬于冰雹多發(fā)地區(qū)，冰雹之多居全國之首［1-4］。西藏自20 世紀70 年代初開展人工防雹增雨作業(yè)，取得了較好的經濟社會效益［5-6］。但由于海拔高，地域遼闊、地形復雜，加之冰雹發(fā)生的局地性特征，西藏各地在冰雹監(jiān)測和人工防雹作業(yè)指揮、作業(yè)技術等方面還不夠完善［7-9］，特別是針對高海拔主要農區(qū)人工防雹技術的研究更加滯后，仍處在邊試驗、邊發(fā)展、邊應用的階段。拉孜縣位于念青唐古拉山脈最西部，平均海拔4100m 左右，作為高海拔地區(qū)，開展人工防雹增雨作業(yè)已有23 年并取得顯著經濟社會效益［10-11］。1997年拉孜縣成立指揮部，采取政府主導、多部門參與的方式，在10 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展了人工防雹增雨作業(yè)，至2020年共有31 個地面固定炮點，其中“37”高炮4 門、“BL-2A”型火箭發(fā)射架27 套，初步形成了主要產糧區(qū)人工防雹地面防御網(wǎng)，年均開展人工防雹增雨作業(yè)180 多次，發(fā)射彈藥近千發(fā)（枚），作業(yè)保護區(qū)內農田面積約為5600hm2，總結提煉拉孜縣人工防雹作業(yè)技術對提高西藏高海拔地區(qū)的人工防雹減災水平具有重要指導作用。

1 資料與方法

選取拉孜縣氣象局自建站開始1978—2020 年共42年的地面氣象觀測資料、氣候區(qū)劃資料和部分鄉(xiāng)村實地調研資料，統(tǒng)計分析拉孜縣冰雹的時空分布特征。使用航天飛機雷達地形測繪使命（SRTM）數(shù)據(jù)配合進行地理和氣象特征分析，研究拉孜縣的冰雹形成特征和人工防雹作業(yè)布局。根據(jù)內地人工防雹的成功經驗結合高原氣象特點，總結拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標，指揮人工防雹作業(yè)。

2 結果分析

2.1 拉孜縣冰雹的時空分布

2.1.1 拉孜縣年冰雹日數(shù)的分布規(guī)律。根據(jù)拉孜縣氣象局地面氣象觀測站1978—2020 年的觀測資料，共記錄有116 個冰雹日，繪制成拉孜縣冰雹日數(shù)年變化統(tǒng)計圖（圖1），可以看出，拉孜的年冰雹日數(shù)變化很大，少則沒有，多則20 天（1980 年），冰雹日數(shù)變化呈明顯的下降趨勢。

圖1 拉孜縣冰雹日數(shù)年變化統(tǒng)計圖

分析拉孜的冰雹日數(shù)年變化呈陡降趨勢，考慮到冰雹天氣的局地性和拉孜縣氣象局地面氣象觀測站只記錄本站天氣現(xiàn)象的規(guī)定，可能存在冰雹記錄不全面的問題。為彌補資料缺陷，從拉孜縣應急管理局調查了2018—2020 年冰雹災害發(fā)生情況（表1），從表中可以看出，2018—2020 年拉孜縣分別有3、8、13 個共24 個冰雹日，與拉孜縣地面氣象觀測站本站記錄的0冰雹日有明顯差別。分析表明，由于冰雹多發(fā)生在山區(qū)，而拉孜縣地面氣象觀測站設置在城區(qū)，因此冰雹記錄會存在一定偏差。

表1 拉孜縣應急管理局2018—2020年冰雹災害統(tǒng)計表

2.1.2 拉孜縣冰雹的月變化規(guī)律。將上述收集到的拉孜縣1978—2020 年共140 個冰雹日按月份統(tǒng)計得到拉孜縣冰雹日數(shù)月變化統(tǒng)計圖（圖2），統(tǒng)計表明。拉孜縣降雹一般出現(xiàn)在每年的5—10 月，主要集中在6—9 月，7 月是降雹最多的月份。冰雹主要發(fā)生在夏季和秋季，季節(jié)降雹日數(shù)呈單峰型，發(fā)生日數(shù)最多的為夏季，占全年冰雹總日數(shù)的75%；秋季、春季發(fā)生冰雹日數(shù)分別占全年冰雹總日數(shù)的21.4%和3.6%，屬于典型的夏雹型。

圖2 拉孜縣冰雹日數(shù)月變化統(tǒng)計圖（1978—2020年）

2.1.3 拉孜縣冰雹的日變化規(guī)律。一是降雹的日變化。統(tǒng)計拉孜縣140 個降雹日冰雹發(fā)生的時間，結果表明：降雹在一天內的任何時間段均可出現(xiàn)，但大部分出現(xiàn)在午后至傍晚，約75%的冰雹出現(xiàn)在14—21時，而冰雹峰值集中在16～20 時，即冰雹多發(fā)生在日最高氣溫出現(xiàn)時間稍滯后，夜間和早晨很少降雹。二是降雹的持續(xù)時間統(tǒng)計拉孜縣140個降雹日冰雹發(fā)生的持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)降雹的持續(xù)時間長短差異也較大，最短的不足一分鐘，最長達半個小時以上，一般為數(shù)分鐘。拉孜縣降雹的平均持續(xù)時間約為6.5 分鐘，大多數(shù)冰雹持續(xù)時間為1～15分鐘，其概率約為90%，降雹持續(xù)時間小于5 分鐘的概率約為50%，超過20 分鐘的很少。

2.1.4 拉孜縣冰雹發(fā)生的地理分布。西藏自治區(qū)人工影響天氣中心根據(jù)30 年（1978—2008）氣象資料整編，利用拉孜縣的冰雹歷史資料、地面氣象觀測資料和冰雹災情實地調查結果繪制了拉孜縣冰雹云的主要移動路徑圖（圖3），統(tǒng)計表明拉孜縣的冰雹云主要生成于縣域的西南方向，約占80%，冰雹云移動路徑主要沿河流、山谷走向。

圖3 拉孜縣冰雹云的主要移動路徑圖

2.2 拉孜縣人工防雹作業(yè)技術優(yōu)化

2.2.1 人工防雹作業(yè)站點布局優(yōu)化。為了更加精細地研究分析拉孜縣冰雹的形成特征和人工防雹作業(yè)布局，使用航天飛機雷達地形測繪使命（SRTM）數(shù)據(jù)配合進行地理和氣象特征分析。SRTM 數(shù)據(jù)由美國國家航空航天局（NASA）、國防部國家測繪局(NIMA)等單位聯(lián)合測量，經處理制成了數(shù)字地形高程模型（DEM）［12］。可以從NASA 的SRTM 數(shù)據(jù)網(wǎng)站下載西藏自治區(qū)的DEM 數(shù)據(jù)，通過Matlab 軟件進行數(shù)據(jù)格式轉換，拼接后生成能被Surfer軟件識別的數(shù)據(jù)格式，最后生成拉孜縣及周邊地區(qū)的數(shù)字高程模型與冰雹路徑圖(圖4)。從圖4 可以看出，拉孜縣空中主要有兩條水汽輸送通道，一條為東南部山區(qū)的印度洋水汽輸送通道，來自印度洋的水汽從南往北通過喜馬拉雅山脈的山口和北坡山谷地帶輸送到拉孜縣東南部山區(qū)；另一條為西部的雅魯藏布江水汽輸送通道，來自雅魯藏布江的水汽從西往東輸送到拉孜縣西部，并沿河谷走向往東北方向前進。兩條水汽輸送通道進入拉孜縣以后相應形成了兩條冰雹多發(fā)帶，拉孜縣已知的冰雹多發(fā)地（或冰雹云移動路徑）均與此有關。

圖4 拉孜縣及周邊地區(qū)的數(shù)字高程模型與冰雹路徑圖

科學布設人工防雹作業(yè)站點是人工防雹成敗的關鍵因素之一，作業(yè)站點的布設應著重考慮冰雹云主要移動路徑，作業(yè)站點一般布設于冰雹云產生的源頭和移動路徑（保護區(qū)）上游地區(qū)。另外，各作業(yè)站點還要綜合考慮聯(lián)防聯(lián)控，這是防御較強冰雹云的一個重要手段，可起到事半功倍，節(jié)約用彈和提高防雹效果的作用。結合上述拉孜縣的兩條水汽輸送通道和兩條冰雹多發(fā)帶的地理位置，拉孜縣的人工防雹作業(yè)站點主要應該布設在其進入拉孜縣的源頭和上游地區(qū)、以及沿途重點保護區(qū)的上游地區(qū)。

2.2.2 人工防雹作業(yè)指揮技術優(yōu)化。氣象雷達指揮是人工防雹作業(yè)的一個重點環(huán)節(jié)，利用雷達實時監(jiān)測云系演變、提前識別冰雹云并選擇作業(yè)時機是作業(yè)成敗的關鍵。侯正俊［13］利用日喀則市711 測雨雷達和江孜縣CTL 型數(shù)字化氣象雷達1999—2003 年觀測到的118 次冰雹云過程回波資料,統(tǒng)計分析得出雷達識別冰雹的判別指標，即：當雷達回波強度Ze≥30dbz、回波高度H≥8km、可發(fā)出降雹預警；當H≥8km，Ze≥40dbz，可以判別為有冰雹出現(xiàn)，準確率達到64%以上；當H≥10km，Ze≥50dbz,判定為強降雹，準確率達到90%.這些指標在拉孜縣的人工防雹作業(yè)指揮中也發(fā)揮了重要作用，但是近幾年來，人工防雹作業(yè)雷達指揮在拉孜縣遇到了困難，一是由于山脈阻擋，日喀則市新一代多普勒天氣雷達在拉孜方向存在探測盲區(qū)，二是拉孜縣的小型數(shù)字化雷達已年久失修，導致沒有雷達數(shù)據(jù)可用。我們根據(jù)內地人工防雹的成功經驗結合高原氣象特點，總結出了一套拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標，在實踐中取得了很好的識別效果。

樊志超［14］總結湖南省西北部山區(qū)夏季冰雹云的特點，得出了感冷熱、辨風力、看云色、聽雷聲、識閃電、觀物象，參諺語的先兆特征定性指標，可以快速有效提早發(fā)現(xiàn)冰雹云。通過總結拉孜縣20 多年的人工防雹工作經驗，收集民間諺語，并經實際冰雹云觀測檢驗，發(fā)現(xiàn)這些指標通過改進可以應用到拉孜縣，但與湖南省相比較，拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標具有明顯的高原特色。

2.2.2.1 感冷熱。拉孜在春夏季節(jié)，特別是春夏之交，如果早晨露水重(濕度大)，而到中午時，太陽輻射強烈，體感悶熱，當日或次日容易下冰雹。

2.2.2.2 辨風力。雹云來之前，地面風力加大且吹向云底（氣流輻合上升），雹云到時風向突變，與云的移向一致。有“雹前都有風，沒風就很輕”之說。

2.2.2.3 看云色。一般雹云，云色基本上為頂部發(fā)白，底部發(fā)黑，云的中部有時也發(fā)黃發(fā)紅。有“黑云黃邊子，一定有雹子”之說。

2.2.2.4 聽雷聲。炸雷聲脆時短，一般不含雹。悶雷俗稱拉磨雷或連響雷，這種雷聲弱而低沉且連續(xù)不斷，一般是云中放電，雷聲在空中反復多次，在地面聽起來就低沉，短促且連續(xù)不斷，有“拉磨雷，雹成堆”之說。

2.2.2.5 識閃電。豎閃是云體與地面間放電，這種云一般不含冰雹。橫閃是云體之間放電，一般含有冰雹，橫閃多與雹云發(fā)展中的接云（合并）有關，災害嚴重的冰雹云常具有較強烈的閃電，有“橫閃多雹，縱閃多雨”“悶雷帶橫閃，雹子大如碗”之說。

2.2.2.6 參諺語。一些關于冰雹云外部特征的諺語有很好的識別作用，云體高聳龐大、云頂發(fā)展旺盛、云塔不斷上沖云砧發(fā)展，呈掃帚形和白色絲縷狀，有“白頭腦，黑云系一定要下雹”“云生發(fā)要下雹”之說；云前后上下翻滾劇烈，低層前部呈滾球狀，翻滾越厲害冰雹越大，有“亂攪云，冰雹臨”之說；兩塊或多塊對流云合并，雹云發(fā)展強烈，有“云打架，雹子下”之說。

以上這些雹前天氣現(xiàn)象，不能單一地、孤立地看，必須綜合地進行分析，才能提高目測識別的準確率。這個綜合定性指標仍應盡量與冰雹云的雷達定量判別指標配套使用。

3 結論與討論

3.1 拉孜縣冰雹的時空分布特征

拉孜縣冰雹主要發(fā)生在6—9 月，7 月是降雹最多的月份，屬于典型的夏雹型，降雹日變化的峰值集中在16～20 時，降雹時間段呈明顯的單峰型，冰雹云主要生成于縣域的西南方向。

3.2 拉孜縣的兩條空中水汽輸送通道與地面人工防雹作業(yè)站點布局

一條為東南部山區(qū)的印度洋水汽輸送通道；另一條為西部的雅魯藏布江水汽輸送通道，兩條水汽輸送通道進入拉孜縣以后相應形成了兩條冰雹多發(fā)帶。拉孜縣的人工防雹作業(yè)站點主要應該布設在其進入拉孜縣的源頭和上游地區(qū)、以及沿途重點保護區(qū)的上游地區(qū)。

3.3 人工防雹作業(yè)指揮重點使用冰雹云綜合定性指標

結合高原的氣象特點應用內地冰雹云定性識別指標，得到拉孜縣夏季冰雹云的先兆特征綜合定性指標：感冷熱、辨風力、看云色、聽雷聲、識閃電、觀物象，參諺語，在實踐中取得了很好的識別效果。