多普勒雷达产品在湘南一次人工防雹作业中的应用

周长青，徐靖宇，唐明晖，周 盛

（1湖南省气象台，长沙410118；2湖南省人工影响天气办公室，长沙410118）

0 引言

冰雹是一种常见的灾害性天气，在湖南地区发生较多，尤其是春季，由冰雹造成的损失较为严重，给农业、电力、交通等行业带来重大影响。因此，开展冰雹天气过程个例分析和人工防雹技术研究，减少冰雹对社会经济、农业生产及人身安全造成的损失具有重要意义。

近年来，国内外有关冰雹监测预警方法和人工防雹技术的研究已有很多成果。廖玉芳等[1]利用11次强对流事件中23个产生三体散射的强对流风暴，对三体散射的统计特征进行了分析和讨论。郭艳[2]利用多年的地面观测和雷达资料进行统计分析，研究TBSS与地面降雹之间的对应关系。黄骏等[3]利用多普勒雷达产品，并结合地面实况降水等资料对湘西北地区一次人工防雹作业分析表明：多普勒雷达能很好的监测对流单体的发生发展及其移动路径，对提前识别冰雹云、选择判别作业时机有很好的预警指示作用。莫益江[4]对2016年4月12日人影消雹作业实例研究表明：55 dBZ以上强回波、三体散射、VIL值等回波特征的准确判断，是抓住消雹作业有利时机的关键；李秀琳等[5]分析总结了2005—2006年渭南19个典型雹日的VIL回波特征和指标，通过VIL值的变化可以应用于预测降雹，对强对流天气的临近预报和有效开展人工防雹作业具有指导意义。张锦泉等[6]总结甘肃省10余年的人工防雹经验以及成果，总共归纳了2种冰雹云的雷达回波特征以及利用冰雹云的回波形态对冰雹云进行识别，对于各地的人工防雹具有一定的参考作用。

本研究利用多种多普勒雷达产品结合地面、高空实况资料对2016年3月20日发生在湘南地区的一次人工防雹个例进行分析，从雷达三体散射、组合反射率、VIL、回波顶高等回波特征对冰雹云进行识别追踪，以期确定人工防雹作业地点和时机，再通过分析作业前后冰雹雷暴单体的变化，分析防雹作业效果，从而加强多普勒雷达产品在人工防雹作业中的应用，提高人工防雹技术水平。

图1 2016年3月20日08时—20时湖南冰雹实况分布图

1 天气形势分析

1.1 天气实况

2016年3月20日湖南湘中以南地区出现了一次严重的冰雹天气。从2016年3月20日08—20时，国家站共出现5站次降雹实况记录（见图1），临武、桂阳、永兴、常宁、衡南、道县等地等地均出现降雹天气，其中道县最大冰雹直径达25 mm。

1.2 环流背景分析

从3月20日08时高空和地面资料看，湖南正处于500 hPa（见图2）高空槽前，低层有较好的辐合抬升条件[7]；700 hPa湘南南部有一中低空急流，最大急流速度达到26 m/s，850 hPa暖切（图2）同样位于湘南，为本次过程提供了较好的水汽条件[8-10]；另外，925 hPa与地面（图略）辐合线同样都位于湘南，动力条件较好；且湘南地区T850～500≥25℃，T700～500≥15℃层结不稳定[11-13]，为本次冰雹天气的发生提供了有利的环境条件[14-15]。在对天气形势分析的基础上，通过强对流潜势预报分析可以整体地了解和把握强对流天气的种类和落区，对人工防雹作业区域和时间的选择有重要的指导意义。

2 作业时机的确定

在天气形势分析的基础上，利用郴州站SA波段多普勒天气雷达资料对冰雹天气雷达回波特征进行分析，进一步确定开展人工防雹作业的时机。3月20日午后对流活动开始在湘南发展，相继经过双牌、宁远、蓝山、嘉禾、临武、桂阳、宜章、常宁等地，给湘南带来一次区域性冰雹天气。本研究选取发生在郴州嘉禾和桂阳的一次冰雹天气，分析和探讨多普勒雷达产品在人工防雹作业中的应用。

图2 2016年3月20日08时500 hPa高度场和850 hPa高空填图

从郴州雷达基本反射率图上看（图略），15:34有1个单体(V8)首先从嘉禾开始发展并逐渐增强，该单体逐渐向东移动，在15:52移动至嘉禾和桂阳交界处，15:58进入桂阳境内，并在6.0°仰角上首次观测到三体散射特征，此时可以判断该地有冰雹天气的发生[15-16]，可以迅速确定作业时机，在相关区域开展人工防雹作业。

该单体(V8)的三体散射从15:58—16:34共持续了7个体扫时间，在16:10发展的最为强烈，分别在2.4°、3.4°、4.3°、6.0°共4个仰角上观察到三体散射（见图3a），除了三体散射外还观测到较明显的旁瓣回波特征[15]；组合反射率CR（见图3b）在16:10最大回波强度达到了65 dBZ以上，同时，垂直积分液态含水量VIL（见图3c）达到了50 kg/m2，同时回波顶高ET（图略）也达到了12 km以上，均能较好地判断冰雹的产生[17-18]。

通过对多普勒雷达特征的分析，嘉禾和桂阳迅速确定了开展人工防雹作业的时机对该单体(V8)进行防雹作业，嘉禾于20日16:07开始进行高炮防雹作业，于16:10结束作业，共发射高炮炮弹40发，桂阳于16:26进行高炮防雹作业，于16:30结束作业，共发射高炮炮弹30发（见表1）。

3 防雹效果检验

经过作业后，该单体(V8)在向东北方向移动的过程中，在16:40三体散射特征完全消失，并在随后迅速减弱消失。该单体(V8)对应的风暴趋势图（见图4）上可以看到，在16:10以前的几个体扫最大反射率高度(DBZM HT)和风暴核高度(CENT HT)基本稳定维持5 km左右，超过了0°层高度4125 m（08时探空），达到了冰雹产生的条件[19-20]，在进行防雹作业以后，从16:10开始逐步下降，特别是在16:28以后迅速下降。与此同时，该风暴的垂直积分液态含水量(CELL BASED VIL)在前几个时次基本维持在50 kg/m2以上，特别是在作业前的15:58达到最大值超过了60 kg/m2，在16:10以后也呈逐渐下降趋势。

从冰雹概率(POSH/POH)产品来看能更直观地反映该单体(V8)冰雹的演变规律，该单体(V8)从15:58(UTC 07:58)开始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均达到了100%，这与首次观测到三体散射的时间一致，说明此时该单体(V8)内部有冰雹产生，经过人工防雹作业以后，该单体(V8)在16:34开始大冰雹概率和冰雹概率(POSH/POH)均快速下降，说明该单体(V8)内部冰雹云迅速消散，并最终在16:40时迅速减弱消失[15]。

此次人工防雹作业指挥中，在多普勒雷达回波强度、VIL、回波顶高等一系列指标达到冰雹产生的条件时，当首次观测到三体散射时可立即确定作业时机，开展人工防雹作业后，冰雹的雷达回波特征以及单体(V8)本身迅速减弱消失，与防雹作业过程非常吻合，从单体的演变上验证了此次人工防雹作业的效果较为理想。

4 结论与讨论

综上所述，通过对2016年3月20日08时天气形势分析，湘南处于500 hPa高空槽前；中低空急流、切变线和地面辐合线在湘南交汇；配合大气层结不稳定结构（T850～500≥25℃，T700～500≥15℃），为本次冰雹天气的发生提供了有利的环境条件，对整体地了解和把握强对流天气的种类和落区以及对人工防雹作业的区域和时间选择有重要的指导意义。

图3 2016年3月20日16:10郴州雷达回波图像

表1 2016年3月20日郴州市嘉禾、桂阳县人工防雹作业信息表

图4 2016年3月20日16:46郴州雷达风暴趋势产品图（V8）（坐标为世界时）

在作业时机的选择上，利用郴州多普勒雷达产品，对冰雹的典型回波特征进行分析，通过组合反射率超过65 dBZ强回波、多个仰角出现三体散射和旁瓣回波特征，以及大于50 kg/m2的VIL高值区等最终确定防雹作业时机；在完成作业以后通过对比发现，此次冰雹过程从冰雹的产生、发展到迅速消失与此次人工防雹作业的过程非常吻合，验证了此次人工防雹作业的效果较为理想。因此，综合利用多种雷达产品资料能够较好地了解对流单体，尤其是冰雹的发生、发展、强度、移动路径以及空间结构特征等，对确定作业时机、提高人工防雹作业水平以及作业效果分析等方面具有十分重要的作用。

[1]廖玉芳,俞小鼎,吴林林,等.强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析[J].高原气象,2007(4):812-820.

[2]郭艳.大冰雹指标TBSS在江西的应用研究[J].气象,2010,36(8):40-46.

[3]黄骏,辛学飞,梁明增,等.多普勒雷达在湘西北人工防雹中的应用[J].湖南农业科学,2016(4):53-56.

[4]莫益江.2016年春季河池市冰雹天气特征及人影消雹实例分析[J].气象研究与应用,2017,38(1):43-46.

[5]李秀琳,贾金海.VIL产品在人工防雹中的应用[J].陕西气象,2008(3):13-16.

[6]张锦泉,张永成,孙磊.冰雹云雷达识别方法及防雹作业经验分析[J].现代农业科技,2015(21):246,248.

[7]吴悦,李骄杨,李忠党.2016年1月钟山县一次罕见冬季冰雹天气分析[J].气象研究与应用,2016,37(2):42-46.

[8]李宜爽,刘蕾,王艺.广西柳州2016年4月一次致灾冰雹天气过程分析[J].气象研究与应用,2016,37(3):52-56,138.

[9]王晓玲,龙利民,王珊珊.一次春季冰雹过程的成因分析[J].暴雨灾害,2010,29(2):160-165.

[10]叶成志,唐明晖,陈红专,等.2013年湖南首场致灾性强对流天气过程成因分析[J].暴雨灾害,2013,32(1):1-10.

[11]邝美清,蒋宗孝,张家斌,等.2013年3月20日三明市大范围冰雹过程分析[J].广东气象,2014,36(5):36-40.

[12]陈关清,杨群,李伟栋,等.贵州铜仁连续两次冰雹天气过程的对比分析[J].干旱气象,2016,34(1):163-172.

[13]唐佳,姚蓉,王晓雷,等.2015年春季湖南两次混合对流天气过程对比分析[J].干旱气象,2017,35(2):250-259.

[14]苏耀墀,黄晓东.江门地区一次冰雹过程的分析[J].广东气象,2017,39(1):35-39.

[15]俞小鼎,姚秀萍,熊廷南.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京:气象出版社,2006:151-154.

[16]俞小鼎.强对流天气的多普勒天气雷达探测和预警[J].气象科技进展,2011,1(3):31-41.

[17]赖雨薇,黄磊,周惠文.多普勒雷达产品对南宁冰雹天气的应用分析[J].气象研究与应用,2014,35(4):36-39,43.

[18]李德俊,唐仁茂,熊守权,等.强冰雹和短时强降水天气雷达特征及临近预警[J].气象,2011,37(4):474-480.

[19]许爱华,应冬梅,黄祖辉.江西两种典型强对流天气的雷达回波特征分析[J].气象与减灾研究,2007(2):2,23-27.

[20]赖雨薇,梁岱云.南宁春季冰雹特征分析[J].气象研究与应用,2017,38(1):64-67,78.