潘 多，侯正俊，次 珍

(1．西藏自治區(qū)拉薩市氣象局，西藏拉薩850000;2．西藏自治區(qū)人工影響天氣中心，西藏拉薩850000)

隨著全球氣候變暖、人口增長、生態(tài)環(huán)境惡化、經(jīng)濟發(fā)展與水資源短缺的矛盾日益加劇，有效的人工增雨已成為確保西藏自治區(qū)水資源安全、經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)保護的有效措施。人工增雨是開發(fā)利用空中云水資源，在適當?shù)臈l件下，針對具有降水潛力的云在適當?shù)臅r機和部位用科學(xué)方法進行催化，激發(fā)或加速降水形成過程，以此提高降水效率，達到增加地面降水的目的。

有效開展人工增雨的基礎(chǔ)條件有具有潛力的云雨條件、適當?shù)牟课缓蜁r機、科學(xué)的作業(yè)方法和效果檢驗。針對西藏較為典型的干旱、半干旱季風(fēng)氣候特征和特殊的地理條件，利用常規(guī)氣象資料進行有利于高原人工增雨的大氣環(huán)流背景分析、空中云水資源評估是有效地開展人工增雨的基礎(chǔ);利用各型雷達觀測資料和經(jīng)驗，積極開展人工增雨作業(yè)指標的分析總結(jié)，準確地預(yù)測和判定是有效開展人工增雨的關(guān)鍵，而科學(xué)的作業(yè)方法和效果檢驗是有效地開展人工增雨、提高增雨效益的技術(shù)保障。該研究利用1995～1998年日喀則地區(qū)711測雨雷達、1999～2011年江孜CTL-A型雷達和部分日喀則多普勒雷達資料、結(jié)合多次指導(dǎo)人工增雨作業(yè)所積累的經(jīng)驗和常規(guī)氣象資料，進行適合當?shù)厝斯ぴ鲇昊A(chǔ)條件的分析，探索地面人工增雨雷達的可播性指標，減少無效作業(yè)在資金、人工和設(shè)備上的損耗，提高人工增雨的科學(xué)性、可信性和有效性。

1 可播性天氣系統(tǒng)及天氣條件

1．1 初夏(5～6月)環(huán)流特征 東亞大氣環(huán)流從南向北季節(jié)性推移，高原上空也向雨季特征轉(zhuǎn)化。雨季前，干旱的主要環(huán)流特征是咸海、巴湖冷槽和東亞大槽勢力強盛，高原及其南側(cè)盛行西風(fēng)，印度北部受高壓的控制。干旱結(jié)束，雨季開始的環(huán)流形勢特征主要為伊朗高壓、西太平洋副高北跳，孟加拉灣風(fēng)暴暴發(fā)或孟加拉灣減弱同時新疆高壓加強。進入雨季后高原降水的主要系統(tǒng)有切變線、高原低渦、高原小高壓單體前后的豎切變、東伸到高原上的伊朗高壓邊緣的橫切變、西伸到高原上的西太平洋副高邊緣的橫切變(圖1)。

1．2 盛夏(7～9月)西藏高原上基本環(huán)流特征

1．2．1 雨型。雨型是盛夏的正常環(huán)流，在500 hPa的環(huán)流場上，高原周圍是南北低、東西高的鞍形場，即西太平洋副高、伊朗高壓、副熱帶西風(fēng)槽和印度低壓(圖2)。

1．2．2 西太平洋高壓型(T型)。在咸海和巴湖一帶為穩(wěn)定的長波槽，伊朗高壓勢力偏南、偏西，由于西藏高壓東移和西太平洋副高合并或西太平洋副高西伸，高原上主要以西南氣流為主。在T型下，高原上氣溫高、濕度較大、多局部對流天氣。

1．2．3 西藏高壓型(Q型)。在副熱帶高壓強盛的時候，我國華南、西南的東風(fēng)波動常沿著東風(fēng)氣流向西移動并影響到高原上，在這樣的形勢下，當西藏高壓東移和西太平洋副高打通，切斷高原東側(cè)的強冷槽時，冷槽南段可轉(zhuǎn)成東風(fēng)波動向西移動影響高原。

1．3 冬春季(10月～次年4月)高原上主要環(huán)流特征

1．3．1 孟加拉灣風(fēng)暴。影響高原的孟加拉灣風(fēng)暴主要發(fā)生在每年的5月和10～11月期間，它對高原的影響除少數(shù)表現(xiàn)為減弱成低壓直接襲擊以外，大部分是通過與南支槽或副熱帶急流共同結(jié)合而產(chǎn)生［1］。如2008年10月孟灣風(fēng)暴“若西米”登陸轉(zhuǎn)向東北(圖3)，影響西藏東南部和山南地區(qū)南部出現(xiàn)特大暴雪和暴雨天氣。

圖1 夏季高原雨型降水系統(tǒng)(高原低渦切變)

圖2 典型高原雨型環(huán)流特征(鞍型場)

圖3 2008年10月27日08:00 500 hPa環(huán)流場

1．3．2 西風(fēng)槽。對于高原地區(qū)而言，能造成影響的西風(fēng)槽有3種，其中2種是大氣環(huán)流因為受高原大地形影響而出現(xiàn)的南北各一支繞流槽，即南支槽和北支槽，第3個就是高原上的西風(fēng)槽(少見，主要在5和9月，過渡季節(jié))。南支槽和北支槽是造成高原冬季降雪的主要系統(tǒng)，特別當兩者配合出現(xiàn)階梯槽形勢(南支槽在東、北支槽在西)，非常有利于冷空氣下高原和暖濕氣流上高原，如果有孟加拉灣風(fēng)暴云系(主要出現(xiàn)在冬季)被南支槽引導(dǎo)北上，高原上(特別是南部邊緣地區(qū))會出現(xiàn)較強降雪天氣。

2 季節(jié)性可播云型

通過對拉薩市近30年降水次數(shù)和降水云型統(tǒng)計分析(圖4)，綜合雷達回波特點，在不同季節(jié)可能產(chǎn)生降水的云型中，按照層狀云、積雨云、積層混合云三類降水云型劃分［2］。冬、春季節(jié)積雨云和積層混合云出現(xiàn)的次數(shù)和頻率較高，是冬、春季節(jié)人工增雨(雪)的主要目標云型;而夏、秋季節(jié)80%以上的降水來自對流云和積層混合云，且對流云降水日數(shù)和概率大于積層混合云，按照產(chǎn)生機制和強度，積雨云(對流云)又可分為系統(tǒng)性和局地性2種，其中系統(tǒng)性積雨云的發(fā)生、發(fā)展與大、中、小天氣系統(tǒng)密切相關(guān)，往往在低壓槽、切變線、低渦等系統(tǒng)附近產(chǎn)生發(fā)展，其特點主要為云層較為深厚、云中垂直對流活躍、含水量豐富、降水范圍大、時間長［3］，宏觀特征和雷達回波特征明顯，作業(yè)效果最佳。受地形及熱力影響產(chǎn)生的局地性積雨云(對流云)，因范圍小、生命時短和強度相對較弱，在小范圍區(qū)域可適時開展人工增雨，如森林(草場)滅火、湖泊蓄水城鎮(zhèn)降溫增濕等特定目標區(qū)的增雨作業(yè)，由爆炸法原理產(chǎn)生的“炮響雨落”和增雨防雹兼顧的效果明顯。

圖4 1981～2010年拉薩降水次數(shù)與降水云型次數(shù)月變化

3 雷達資料的應(yīng)用

天氣雷達高精度、直觀和時效性高的特點，決定了其在人工增雨中具有其他探測工具不可替代的作用，主要體現(xiàn)在:①在中短期有利于人工增雨天氣預(yù)報產(chǎn)品指導(dǎo)下，可隨時、連續(xù)跟蹤、監(jiān)測影響區(qū)域天氣系統(tǒng)的變化，提前發(fā)布短時增雨潛勢預(yù)報，適時指導(dǎo)增雨作業(yè)，特別是在夜雨率較高的高原利用意義更大。②根據(jù)回波特征及參數(shù)變化，科學(xué)判定，選擇最佳作業(yè)時機、催化部位和用彈量。③收集科研數(shù)據(jù)、資料，為增雨效果檢驗提供依據(jù)和佐證。④PPI、RHI 2種掃描方式和圖形在人影決策中最為直觀和快捷。依據(jù)現(xiàn)有資料，根據(jù)相互獨立，并與較強積雨云相關(guān)性較好的要求，以Z-R關(guān)系為基點，選定回波強度(基本反射率Ze)、0 dBz回波頂高度(H)、強回波高度(H≥25 dBz)、負溫區(qū)高度△H、回波形態(tài)為基本判別指標。

在平面掃描PPI上，基本反射率Ze值的大小能客觀地反映出所測云體中過冷水滴或冰晶的含量和云體的強度，Ze值越大云的強度越強，降水和增雨的潛力越大，因而可將Ze值的大小作為增雨預(yù)判的一項重要指標［4］。在回波特征上，系統(tǒng)性積雨云、強對流云基本特征為云體結(jié)構(gòu)緊密、大面積塊狀型回波，回波水平尺度＞10 km，平均回波強度Ze≥15 dBz，強中心回波強度Ze＞25 dBz。對流云在演變形式上表現(xiàn)為多單體合并回波和單體回波，多單體合并大多為對流單體各自發(fā)展，由于各單體的移動方向及移動速度的不同而產(chǎn)生合并，合并后能量的集中促使某一單體迅速增強、水平尺度增大，常配合有利的天氣系統(tǒng)如切變線、低渦等，在形態(tài)特征上常呈帶狀、“弓”狀和不對稱狀。對流發(fā)展旺盛時，常伴有電閃雷鳴，閃電頻數(shù)＞5次/min，以橫閃、云體烏黑、云底翻滾狀為宏觀特征，對人工增雨最為有利。單體回波型強對流云具備以上特征，Ze＞35 dBz，瞬時降水大、時間短，對特定目標區(qū)增雨作業(yè)貢獻最大，發(fā)展旺盛時冰雹云可增雨防雹兼顧。層積混合云回波多呈大面積片狀，平均Ze≤15 dBz，其中包含一個或多個強回波對流云團，Ze≥25 dBz。速度圖上正負速度交界線明顯，近地層存在明顯的風(fēng)速輻合，對應(yīng)VIL的變化梯度值，VIL值越大，增雨的潛勢越大。

在垂直掃描RHI上，積云(對流云)表征為柱狀形回波，強回波區(qū)(Ze≥25 dBz)常位于回波的中上部，回波緊密、邊緣清晰，回波頂高H≥8 km、強回波(H≥25 dBz)高度≥5 km，平均云底高度≤1．8 km，有效作業(yè)后回波高度有明顯的躍增，負溫區(qū)高度△H即為無衰減回波高度H與0℃層高度之差。選擇此項作為判別指標是因為云體中的重要部位達到過冷水活躍溫度的所在高度，即△H越厚，越利于有效降水的形成。

綜上所述，當積云(對流云)在PPI顯示器上雷達回波強度Ze≥15 dBz、強中心回波強度 Ze＞35 dBz，在垂直(高度)顯示器上，回波頂高H≥8 km、強回波高度H≥5 km，有利于人工增雨作業(yè)。層狀云在PPI上雷達回波強度Ze≥10 dBz、強中心回波強度Ze≥20 dBz，在垂直(高度)顯示器上，回波頂高H＞5 km，強回波高度H＞3 km，可適時開展人工增雨作業(yè)。層積混合云在PPI上雷達回波強度Ze≥15 dBz、強中心回波強度Ze≥25 dBz，在垂直(高度)顯示器上，回波頂高H＞6 km、強回波高度H＞4 km，有利于開展人工增雨作業(yè)(表1)。如2008年7月11日日喀則西南方多單體對流云團發(fā)展，呈帶狀分布，19:13甲措雄、曲布雄、城南炮點陸續(xù)開始人工增雨作業(yè)(圖5a)，19:32云團合并加強，強中心回波躍增7 dBz(圖5b)，而實況是日喀則本站降水量16．4 mm，可見人工增雨效果顯著。

表1 各種類型云系人工增雨潛勢預(yù)判指標

圖5 2008年7月11日19:06帶狀積云發(fā)展(a)和19:32合并加強(b)

4 結(jié)論

(1)影響高原降水的主要系統(tǒng)有切變線、高原低渦、高原小高壓單體前后的豎切變、東伸到高原上的伊朗高壓邊緣的橫切變、西伸到高原上的西太副高邊緣的橫切變。冬春季主要為孟灣風(fēng)暴和西方槽。

(2)對降水貢獻率最大的可播云型為積云和層積混合云，占全年可降水云型的80%以上。

(3)當各類型云系平均雷達回波強度Ze≥10dBz，強中心回波強度Ze＞20 dBz，回波頂高H＞5 km，強回波高度H＞3 km，有利于開展人工增雨作業(yè)。

(4)因在PPI上只能粗略反映云體的水平面積和強度，RHI上垂直剖面掃描需在PPI上的定位指示下來確定云中垂直剖面掃描位置，所以單一使用PPI或RHI掃面難以完成探測目標云的判定和指揮，需進行組合使用。

(5)使用多功能數(shù)字化天氣雷達，可將PPI或RHI掃描設(shè)為初始預(yù)判模式，將立體掃描等參數(shù)作為指揮模式。

(6)作業(yè)時機、方式、用彈類型和用彈量的準確把握，對有效進行人工增雨至關(guān)重要，在目標云特別是層積混合云的上風(fēng)方，應(yīng)采用催化型人雨彈多點均勻作業(yè)播撒;在積云(對流云)云體發(fā)展旺盛時，當Ze≥35 dBz、H＞8 km時，采用爆炸型人雨彈，短時大劑量作業(yè)，可起到增雨防雹兼顧的作用。

［1］楊鑒初，陶詩言，葉篤正，等．西藏高原氣象學(xué)［M］．北京:科學(xué)出版社，1959:24－32．

［2］趙仕雄，德力格爾，涂多彬．黃河上游降水云層對流特性及降水微結(jié)構(gòu)機制研究［J］．高原氣象，2003，22(4):385．

［3］郭恩銘．西藏高原積雨云的研究［J］．氣象，1982(8):22 －24．

［4］蔡濤，馬麗征，莫愛勰，等．人影作業(yè)現(xiàn)場調(diào)取新一代天氣雷達圖的實現(xiàn)［J］．氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32(3):91 －93．