人工防雹的物理过程与物理过程

人工防雹的物理过程与物理过程

气候背景及防雹作业难点所谓冷冷云是指从冷冷云中坠落到地面的温和降水。它的强度和规模因各种各样的冷冷云而异。由于它是突发性的、地方性的，预测和报警的难度非常高，因此造成的损害也不同。最重要的是，它损坏了树木，最重要的是建筑物和工作人员的伤亡。雅安市位于四川盆地中部,是川藏、川滇西公路的交汇处,四周有邛崃山、二郎山、夹金山、大雪山。北、西、南地势较高,东部地势较低,南部有大相岭、小相岭相隔,距离成都平原140km。境内山脉绵延、河道纵横,地表崎岖,海拔跨度500~5000m,地形气候特征明显,属亚热带山地季风气候,特别是大相岭南麓汉源县境内的唐家、大田、宜东片区,气候背景极为复杂,受到高空低潮和地面冷空气共同影响,中小尺度天气系统活动频繁,一直是冰雹、大风等重大气象灾害频发区。冰雹灾害时常威胁着当地农林经济甚至人民生命财产安全,防雹减灾工作形势严峻。人工防雹作业的目的在于减少冰雹对当地农作物的损害,或雹胚在转化为冰雹之前提前下降地面形成降水,怎样评估人工防雹作业成功与否是一件极为困难的事情。郭学良等1冰雹持续降雨天气2016年5月6日16时28分,汉源县宜东、富庄、西溪、清溪,以及大田西北方向的区域开始降雨并伴有冰雹,期间雨势和冰雹不断加强。冰雹持续到16:40左右结束,最大直径达到10mm,直到19时左右,降雨停止,本次强对流天气过程结束。整个冰雹天气过程中,大田东南、东北方向及九襄、富春、唐家、河西、丰厚、前域、后域等区域无冰雹灾害,个别地方甚至无雨。1.1冷平流和冰雹的形成图1a为2016年5月6日08时天气实况分析,500hPa上雅安受南支槽前西南气流影响,700hPa上康定到九龙有一切变线,850hPa有冷平流,未来12小时内有形成冰雹的可能性;从5月6日08时的EC细网格相对湿度时间垂直剖面图(格点102.6°E,29.5°N图略),5月6日08时~8日08时一直表现为上干下湿;5月6日08时~17时EC细网格风场预报,可见850hPa、925hPa图上,汉源—荥经均有切变线存在(图1b);5月6日08时~17时的K指数显示雅安区域内为高值区(图略),强对流天气发生的几率较大,这种天气形势有利于冰雹形成。1.2天气过程概况5月6日,15时40分左右,汉源境内西北方向出现了强对流云系,且有向西南方向移动的趋势,云量和强度在移动过程中逐渐加强,直到16时20分,云量完全覆盖天空,并伴随9m/s的西南风,能见度仅10km。16时28分,宜东、富庄、西溪、清溪,以及大田西北方向的区域开始降雨并伴有冰雹,期间雨势和冰雹不断加强,冰雹持续到16时40分左右结束,最大直径达到10mm,19时左右,降雨停止,本次强对流天气过程结束。整个冰雹天气过程中,大田东南、东北方向及九襄、富春、唐家、河西、丰厚、前域、后域等区域无冰雹灾害,个别地方甚至无雨。2防雹作业作业方式5月6日,按照防雹作业警戒期值守班规定,大田和唐家炮点所有作业人员全部到岗,严格按作业流程做好作业准备。汉源县人影办加强天气实况监测,及时报告天空强对流云系演变动向,随时准备作业。16时23~26分,雅安市汉源县大田、唐家炮点实施防雹作业,在空域允许的时间内,共发射07型炮弹46发,其中大田作业方位是东北偏北,唐家作业方位是西北方向,二个炮点作业方位近乎相向,斜向相交,互为补充。作业后,大田东南方向至东北方向、大田往县城方向至唐家、河西一片无冰雹灾害。但由于汉源地处山区,作业点又要避开集镇、村庄等人员密集区,导致防雹影响区域范围小,没法对整个强对流单体进行防雹,而只能对强对流单体南部进行防雹作业,减少作业影响区域内冰雹对农作物的损害。事实证明此次防雹作业是有效的,作业区域内基本没有下冰雹,只有局部地区有小冰雹,而与作业点相邻的乡镇下了较大冰雹,农作物遭受严重损失。3就业效果分析对人工增雨和防雹作业的效果分析方法有多种,效果检验方法有统计检验3.1作业效果分析根据该个例地面人工防雹作业信息(表1),选择能覆盖目标云的乐山站多普勒天气雷达基数据和二次产品用于此次物理检验,通常选择常用的回波顶高、最大反射率、垂直累积液态水含量、回波面积等雷达探测物理量进行作业效果的物理检验。从图2a中可以看出,在雅安汉源的北部地区有一个强对流单体生成,雅安人影办组织汉源县气象局对强对流云进行防雹作业,只对图2a中红色线圈出的对流单体进行了人工防雹作业,16时23~26分对目标云进行作业。15时55分(图2a)目标云开始逐渐发展,目标云面积和回波强度都逐渐增大,垂直累计液态水VIL也缓慢增长(图3);16时07分目标云面积在12分钟内已经增大到以前的二倍,VIL从20kg/m结合图2、图3、图4看出:(1)目标云在16时23分作业之前回波面积、回波顶高、垂直累计液态水VIL都处于一个上升趋势,作业后目标云的各回波参量发展趋势都处于一个下降趋势,各项雷达参量都在作业时间后6分钟出现了一个拐点,作业后各项雷达参数都处于下降,而且下降速度较快,但作业完半小时后及17时02分之后的各项雷达参数都较为平稳,没有太大的变化幅度。(2)垂直累计液态水VIL和强回波面积的起伏变化最明显,两项雷达参数在作业后半小时后下降到作业前的一半,说明在各项雷达参数中垂直累计液态水VIL和强回波面积的指示效果最明显。雷达的二次产品垂直累积液态水VIL表示将反射率因子数据转换成等价的液态水值,假设所有反射率因子都是由液态水反射得到的,所以垂直累积液态水VIL变化指示云中微物理过程发生变化,催化剂的引入到云体后开始和云中雹胚争抢云中液态水,阻止云中的冰雹胚胎长的更大或在变成大的冰雹之前就落到地面,促使云体中液体水快速下降,云中微物理的变化导致了雷达垂直累积液态水VIL发生变化。(3)此次防雹作业效果较好,作业时间正好选在冰雹发展期,及时抑制了冰雹云的发展,对冰雹能起到较好的减少作用。3.2作业降水时降水随作业天气的变化本文把作业区内所有站点雨量求平均作为作业区降水量,16~17时作为作业中的降水量,17~20时的作为作业后降水量,此次作业天气过程是强对流天气,降水来的突然,作业区14~16时没有降水,作业一小时内突然降水,降水量达到9.4mm,作业之后降水量从16~17时的9.4mm逐步下降到19~20时的0.33mm,目标云由于受到催化剂影响,促使云中过冷水下降到地面形成降水。3.3作业系统速度计算设作业半径为R,云体移速为V,催化剂影响时效T,则单次作业理论影响面积为:作业半径R一般取:37高炮3km,BL-1火箭5.5km,WR-98火箭6km,WR-1D火箭5km。本次作业采用高炮故R=3km。(2)云团移动速度V:汉源无雷达指挥作业,取作业层平均水平风速V=20km/h。(3)催化剂影响时效T:局地对流云降水T=0.5-1h,系统性大范围积状云降水T=2h,积层混合云和层状云降水T=3h。此个例为强对流天气,而且通过3.1节的分析,发现催化剂在作业后半小时内发挥效果,故T=0.5h,S=3.14×33.4y’s/s’-y防雹效益=防雹减少损失-作业成本。防雹减小的损失:Q=Y’×S/S’-Y。其中S为防雹作业保护面积,保护面积是农林经济作物实际种植面积占影响面积的60%,即本次作业保护面积为:88.26×60%=52.95km4抗癫痫能力评估和对策建议4.1地面和地面条件影响预报效果通过本次防雹作业,分析了环境客观条件的限制,在一定程度上削弱了防雹作业效果。一是强对流天气的探测预警能力,由于汉源本地监测手段有限,强对流天气的监测预报主要依靠卫星云图、气象基础探测等资料,对冰雹灾害预报预警的预见性和针对性不强,不易把握最佳作业时机,从而影响作业效果。二是实施防雹作业时,炮弹在飞行方向上受到风速、风向等参数的影响,实际飞行距离会缩小。三是空域时间,每次防雹作业必须申请空域时间,在允许的时间内完成防雹作业。而汉源是西藏航线的必经之地,民航、军航等飞机过境频繁,空域时间紧张,以至于影响炮弹用量,进一步影响作业效果。4.2提高防雹作业效果一是增建规范化炮点,历史资料显示,汉源冰雹灾害主要发生在九襄和宜东片区,就防雹减灾的意义,结合本地的地形地势、高炮射程等条件分析,宜在清溪、宜东等乡镇新增规范化防雹炮点,与大田、唐家炮点遥相呼应,扩大作业影响区域,提高防雹作业效果。二是作业装备调配,新增炮点建成前,试将现有火箭作业装备予以调剂,作为辅助手段,配合高炮作业,在冰雹发源地和方向上增加催化剂播撒量,提高破坏冰雹形成机制的能力,从而进一步提高防雹减灾作业效益。三是完善监测手段,尽量争取资金配置雷达等监测设备,以弥补监测盲区的不足,加强冰雹天气系统的监测,提高冰雹灾害的预报预警能力。同时,作业时要提前做好空域协调方面的准备工作,尽力争取空域时间支持,确保防雹实施的及时性、有效性。5对比分析结果。据外部的对比,综合分析主要分为7个被雹点和10.本文以雅安市汉源县2016年5月6日实施的一次人工防雹作业为例,通过分析人工防雹作业前的天气背景、作业情况和冰雹实况,以及利用雷达、卫星、雨量来分析防雹效果,对如何提高本地防雹作业效益提出一些针对性的对策建议。(1)汉源境内受高空低槽、西南暖湿气流和切变线共同影响,雅安区域内K指数为高值区,天气形势有利于冰雹形成。(2)市县级人影办在雅安市汉源县大田、唐家炮点实施防雹作业,共发射07型炮弹46发。目标云各项雷达参数在作业后6分钟内达到最大值,然后进入快速下降期,目标云在作业后的半小时内反射率从68dBz下降到51dBz,垂直累计液态水VIL从55kg/m(3)分析各项雷达参数的响应变化,垂直累计液态水含量和强回波面积的指示效果最明显,防雹作业后催化剂进入云体,和雹胚争抢云中液态水,致使云中微物理过