李成鵬，金文杰

(云南省氣象局 人影中心，云南 昆明 650034)

0 前言

云南處于東亞季風和南亞季風交匯區(qū)域，西北受青藏高原大地形影響，形成了復雜多樣的自然地理環(huán)境和氣候條件，是中國強對流天氣頻發(fā)區(qū)之一。強對流天氣具有極強的地域和時域性特征，其中冰雹、大風和雷暴是云南最常見的強對流天氣。全省每年約有60 個縣次遭受不同程度的雹災，云南各月均有雹災出現(xiàn)[1，2]。做好強對流天氣的預報，對于防災減災、保障國民經(jīng)濟建設具有十分重要的意義。冰雹是一種局地性強、來勢猛、持續(xù)時間短的強對流天氣，常造成局地農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收，對它的預報是日常工作中的難點。近10多年來由于云南天氣氣候極端事件頻發(fā)，冰雹天氣一直都是氣象部門研究的重點，雹災的防范也是人工影響天氣的重要任務。國內(nèi)許多氣象專家通過大量的研究，發(fā)現(xiàn)925 hPa與500 hPa之間強烈的溫差是冰雹發(fā)生的一個重要特征，強對流天氣發(fā)生在對流不穩(wěn)定區(qū)的北側(cè)梯度較大地區(qū)，冰雹出現(xiàn)在強對流云團移動方向的正前方[3，4]，并得出了部分冰雹云的雷達特征通用指標[4-6]，回波強度、強回波核高度、30 dBz回波高度、回波頂高、垂直積分液態(tài)含水量這5個物理量是判別冰雹出現(xiàn)的重要指標[6-10]。本文針對同一時段發(fā)生在曲靖馬龍縣、楚雄雙柏縣和玉溪峨山縣3個地方的一次相似的強對流雷達回波作重點分析，檢驗相關指標在滇中區(qū)域人工防雹中的適用性，并對比開展人工防雹作業(yè)和未開展作業(yè)的對流云演變情況。

1 雷達回波及防雹情況

2016年8月11日云南省11個州市出現(xiàn)強對流回波，如圖1(封三圖版Ⅰ)，其中強回波中心A、B、C分別位于曲靖馬龍縣、楚雄雙柏縣和玉溪峨山縣，3個強對流回波的發(fā)展情況較為相近，均由2～3個強度在35～40 dBz的對流單體合并而成，合并后強度迅速加強至50 dBz以上。

這一過程當中，馬龍縣和雙柏縣分別對回波云A、B實施了人工防雹作業(yè)，未出現(xiàn)冰雹災害。由于玉溪峨山縣未申請到作業(yè)許可，C回波云發(fā)展加強，16∶20開始在峨山境內(nèi)發(fā)生了降雹，造成84 hm2烤煙受災。

1.1 馬龍雷達回波及作業(yè)情況

2016年8月11日15∶15，在馬龍縣西部和西南部分別有對流回波生成，見圖2(封三圖版Ⅰ)中A1和A2，兩回波發(fā)展迅速。15∶39時回波A1和A2均表現(xiàn)出明顯的躍增趨勢，強度均增加至50 dBz以上，強中心高度分別達到3.9 km和4.2 km，回波頂高均超過10 km。A1向東南方向移動，A2向西北方向移動，兩回波加強有逐漸合并的趨勢。

15∶37開始馬龍縣5個作業(yè)點對A1強對流回波云實施人了工防雹作業(yè)。15∶41開始竹園、襪度、民村3個作業(yè)點對回波云A2實施了作業(yè)，A2在合并過程中對流明顯被抑制，15∶57 A1、A2合并加強成為強回波，馬龍縣繼續(xù)對A回波云開展人工作業(yè)。此次過程馬龍縣共開展了13次作業(yè)(表1)，持續(xù)時間23分鐘，用彈量113發(fā)，及時的作業(yè)抑制了回波的發(fā)展；在16∶09時回波的強度降至50dBz以下，強中心高度也降至2.8 km，垂直液態(tài)含水量VIL也由15∶57的19.3 kg·m-2下降至8.3 kg·m-2。16∶15回波云A的 VIL減小，強中心高度降低，只產(chǎn)生了降水，未出現(xiàn)冰雹現(xiàn)象，表明此次人工防雹作業(yè)非常有效。

表1 2016年8月11日15∶37～16∶00馬龍縣作業(yè)情況

1.2 雙柏雷達回波及作業(yè)情況

從圖3(封三圖版Ⅰ)可見，2016年8月11日15∶15，單體回波B1在雙柏縣北部生成發(fā)展，并自東向西移動，15∶27在B1的東南面又新生成一對流單體回波B2，B1、B2同時迅速發(fā)展加強。至15∶39，回波B1、B2的強度均已超過50 dBz，30 dBz回波高度分別達到7.4 km和6.5 km，B2的回波頂高達14.1 km，表明此時對流發(fā)展非常旺盛。15∶51兩回波發(fā)展達到旺盛并逐漸靠近。15∶53雙柏縣開始實施防雹作業(yè)，有效抑制了回波的發(fā)展，15∶57兩塊回波合并時，回波強度分別由原先的52 dBz和51.9 dBz下降至50.5 dBz，30 dBz回波高度和回波頂高也都有所下降。

此次過程雙柏縣共實施了5次人工防雹作業(yè)(表2)，持續(xù)時間9分鐘，用彈量88發(fā)，及時的作業(yè)抑制了回波的發(fā)展；16∶03作業(yè)結(jié)束后B1、B2合并為回波B，但回波強度已降至50 dBz，未出現(xiàn)冰雹現(xiàn)象，隨后回波很快減弱并趨于消散。

表2 2016年8月11日15∶53～16∶02雙柏縣作業(yè)情況

1.3 峨山縣降雹雷達回波情況

從圖4(封三圖版Ⅰ)可見，2016年8月11日15∶15在峨山縣西北部，有3個對流單體C1、C2、C3自東北向西南移動，C1和C3逐漸發(fā)展，而C2向C1靠近過程中減弱。

15∶45回波C1和C2合并(之后統(tǒng)稱為C1)后迅速發(fā)展，至15∶51回波C1的強度躍增至57.9 dBz，強中心高度發(fā)展到4.6 km，30 dBz回波高度和回波頂高分別達到9 km和11.8 km，垂直發(fā)展已十分旺盛。同時回波C3迅速發(fā)展。

回波C1和C3于15∶57合并為回波C并進一步加強，至16∶03回波C的中心強度基本維持，其30 dBz回波高度和回波頂高則分別發(fā)展至9.4 km和15 km。此時回波發(fā)展達到最盛期，并在15∶15出現(xiàn)較為明顯的弱回波穹窿。

16∶21回波C中心強度達60.0 dBz，強中心高度達6.4 km，30 dBz回波高度和回波頂高分別達到11.3 km和17.2 km，垂直發(fā)展十分旺盛。由于未申請到作業(yè)許可，16∶21～16∶26期間，回波云C在峨山縣塔甸鎮(zhèn)嘿膩村委會降雹，致使840 hm2畝烤煙受災。降雹后能量釋放，16∶21回波C強度明顯減弱，且強中心高度降至3.1 km，之后其回波高度也逐漸下降。

2 雷達回波物理量對比分析

在對冰雹云的雷達回波分析中發(fā)現(xiàn)，925～500 hPa強烈的溫差[4]、旁瓣回波和三體散射[5，6]、中尺度特征等[7]指標的時效性較差，判別出冰雹云時，往往冰雹云已趨于成熟甚至已經(jīng)發(fā)生降雹。因此實際業(yè)務中需要統(tǒng)計分析多普勒特征，以此進行冰雹等強對流天氣的識別和預報。

選取回波強度、強中心高度，30 dBz回波高度、回波頂高、垂直液態(tài)含水量VIL 5個物理量，對同一時段發(fā)生在馬龍、雙柏、峨山3個地區(qū)的相似雷達回波過程進行對比分析。如圖5所示，由左至右的3個框標注了作業(yè)時段，加粗一級的點虛線框標注出了馬龍縣5個作業(yè)點實施作業(yè)的時段，劃線點虛線框標注出了雙柏縣3個作業(yè)點實施作業(yè)的時段，實線框則標注出了峨山縣降雹的時段。

(a)最大強度

(c)30 dBz回波高度

(e)垂直液態(tài)含水量VIL

(a)marimum radar reflectivity.(b)height of the strong radar-echor center.(c)height of 30 dBz echo.(d)echo tops.(e)VIL

2.1 回波強度演變對比

從圖5a可見，馬龍縣開始實施作業(yè)前，對流回波A1和A2還處在發(fā)展初期，之后回波強度出現(xiàn)了躍增達到50 dBz，15∶37開始防雹作業(yè)后有效地抑制了強對流發(fā)展，回波A2的發(fā)展被有效阻止了。作業(yè)結(jié)束后，回波A1和A2雖然發(fā)生了合并，但其強度呈現(xiàn)下降趨勢，并未降雹。而此時在峨山縣區(qū)域，回波C1和C2合并后，C1的強度有躍增趨勢，由于未開展作業(yè)，回波穩(wěn)定持續(xù)增長，16∶20回波強度達到最大，超過60 dBz，產(chǎn)生降雹，降雹結(jié)束后回波C的強度迅速減弱消散。而雙柏縣的作業(yè)點實施作業(yè)時，回波B1和B2已經(jīng)開始合并加強，作業(yè)有效地抑制了強回波的發(fā)展，在作業(yè)期間和作業(yè)后，回波B總體呈逐漸減弱的趨勢。

2.2 強中心高度演變對比

從圖5b可見，在峨山區(qū)域的回波開始發(fā)展時，其強中心均較低，15∶50左右C1與C2合并，強中心高度躍增，與回波強度的躍增相對應，之后其強中心高度保持在4 km以上，降雹前其強中心高度達6.4 km，表明冰雹云已發(fā)展成熟。16∶26回波C的強中心高度迅速下跌至3.1 km，與降雹時間相吻合。同時，馬龍縣的回波A1和A2其強中心高度在15∶40增長，在作業(yè)期間，回波高度均有較大波動，表明對流活動受到了作業(yè)的有效抑制，且在作業(yè)結(jié)束后回到最低點，表明已經(jīng)在作業(yè)后產(chǎn)生降水。盡管之后在16∶15有再次的增加，但遠未達到回波C的高度，也并未產(chǎn)生降雹，并在之后很快減弱。雙柏縣的回波B其強中心高度則基本保持在最低點，即使在回波合并后依然保持，表明作業(yè)抑制了其對流發(fā)展。

2.3 30 dBz回波高度

30 dBz回波高度代表了冰雹云的過冷水區(qū)中大粒子的發(fā)展情況，也被用來識別強回波區(qū)[10]，日常業(yè)務工作中發(fā)現(xiàn)30 dBz回波高度與回波強度和強中心高度的躍增對應關系較好。圖5c為30 dBz回波高度演變圖，即過程中30 dBz強度的回波所能達到的最大高度。由圖可見在回波C1、C3的發(fā)展階段，該高度隨時間緩慢增長，而C2則處于一個減弱衰亡的階段，其高度在逐漸下降，直到被C1吞并。在15∶45左右回波C1與C3合并后，其30 dBz回波高度迅速躍增，與回波強度和強中心高度的躍增相對應，在與回波C3合并為回波C后，這一高度持續(xù)增長，并一直持續(xù)到降雹后，這一增長趨勢還短暫維持，表明對流云的垂直發(fā)展在降水產(chǎn)生后依然有較短時間的維持。但隨著降水的持續(xù)，在16∶35后，該高度迅速下降并持續(xù)直至回波跌至30 dBz以下。

與之相對，回波A和回波B發(fā)展期間也表現(xiàn)出30 dBz高度的逐漸增加，在作業(yè)期間和作業(yè)后也短暫地維持這一增長趨勢，表明其垂直的發(fā)展相對降水產(chǎn)生有一定滯后，但同樣隨著降水的持續(xù)，這一高度很快迅速下降?；夭ˋ的30 dBz高度則在之后隨強度的短暫增加亦有所增加，但之后同樣迅速下降。表明防雹作業(yè)使回波垂直結(jié)構(gòu)的下降提前了。

2.4 回波頂高演變

圖5d為回波頂高演變圖，與30 dBz高度類似，在對流過程C發(fā)展時，C1、C3的頂高逐漸增加，C2則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。之后3塊回波合并過程中，回波C的頂高逐漸升高，在降雹前達到最高，超過16 km。降雹后回波頂高緩慢減弱。與之相對，對流過程A和B的回波頂高演變有類似的趨勢，與30 dBz頂高類似，A和B的頂高在作業(yè)過程中保持上升，隨著降水的繼續(xù)，回波頂高逐漸減弱。表明作業(yè)提前產(chǎn)生的降水有效抑制了對流的垂直發(fā)展。

2.5 垂直液態(tài)含水量VIL演變

從圖5e回波垂直液態(tài)含水量VIL演變圖可見，回波C1和C2合并后，VIL迅速增加，在3塊回波合并為回波C后，VIL保持在一個較高值(20 kg以上)，在降雹前達到最高。降雹后，回波C的VIL隨著降水的持續(xù)迅速下降至10 kg以下。與之相比，在回波A和回波B發(fā)展、合并過程中，VIL同樣有著與回波強度對應的躍增和發(fā)展，但均在作業(yè)后轉(zhuǎn)為下降的趨勢，表明防雹作業(yè)提前產(chǎn)生了降水，有效抑制了冰雹云的發(fā)展和冰雹的形成。此次對比分析中，冰雹云演變過程中的VIL指標與其他研究[8，9]不盡相同，VIL密度指標變化不明顯，但同樣觀察到了VIL值在降雹前有躍增現(xiàn)象，可以作為輔助指標結(jié)合運用。

3 結(jié)論

(1)在強對流的演變過程中發(fā)現(xiàn)，有些冰雹云常用指標[4-7]時效性較差，其他地區(qū)的冰雹預報指標[5]，冰雹云初始回波的指標[9]等并不完全適用，VIL值在降雹前有躍增現(xiàn)象，可結(jié)合其他指標一起運用。此次對比分析中，當回波強度出現(xiàn)躍增、強中心高度保持在4 km以上，同時30 dBz回波高度與回波強度和強中心高度的躍增相對應，回波頂高超過16 km，垂直液態(tài)含水量VIL值在降雹前有躍增現(xiàn)象，達到20 kg以上時，表明物理量達到了滇中地區(qū)冰雹發(fā)生的臨界指標。在實際防雹應用中，應該結(jié)合當?shù)貙嶋H，綜合考慮各項指標的適用性。

(2)馬龍和雙柏縣抓住了臨界指標的最佳時機開展了人工防雹作業(yè)，及時抑制了回波的發(fā)展，當?shù)刂划a(chǎn)生了降水，未出現(xiàn)冰雹現(xiàn)象，表明人工防雹作業(yè)非常有效。而峨山縣未申請到作業(yè)許可，發(fā)生了冰雹，致使84 hm2烤煙受災。

(3)從3個地區(qū)一次相似的對流回波和作業(yè)情況分析來看，業(yè)務人員具備對雷達回波的熟練分析能力，作業(yè)人員密切跟蹤對流性天氣，抓住時機開展作業(yè)，才能達到人工影響天氣的最佳效果。