衡邵盆地7—8月对流云特征与人工增雨作业效果分析

唐佐阳，吕巍伟，吕校华，杨 科

（1.湖南省邵阳市气象局，湖南 邵阳 422000；2.湖南省新邵县气象局，湖南 新邵 422900）

1 引言

干旱已经成为影响面广，持续时间长、造成经济损失较为严重的自然灾害之一，对农牧业生产、生态环境建设、森林防火、社会经济和人民生活均会造成严重影响［1-8］。衡邵盆地位于湖南省中南部，总面积3.6万平方公里，多山地丘陵，属中亚热带湿润季风气候区，境内主要气象灾害有：干旱、洪涝、局地山洪、高温、低温、冰雹、冰冻、雷电、大风、大雾等，而干旱居各种灾害之首。干旱是制约衡邵经济发展的一个重要因素，湖南省发改委牵头做出了《衡邵干旱走廊综合治理规划》项目，该项目的实施是应对气候变化的一个重要举措。每年夏季的7～8月，受西太平洋副热带高压控制或大陆暖高压脊控制，天气晴朗少雨，太阳辐射强烈，都会出现持续或间断性高温干旱天气。持续的高温干旱天气往往给工农业生产和人们的日常生活带来严重的影响，对畜、禽、水产等动物养殖业也造成一定的损害，同时干旱又会给森林防火造成严峻形势。因此，在干旱期间，必须抓住时机，适时实施人工增雨作业，对缓解旱情和降低森林火灾风险有重要意义。人工影响天气作为防御自然灾害的重要科技手段，近十年来得到广泛应用。国内很多学者和气象工作者对人工增雨作业也有不少的研究［9-17］，得出了一些有意义的结果，但他们所研究人工增雨作业检验的次数太少，代表性不强，而对于人工增雨作业与对流云关系的研究，国内工作者研究的较少，也没有一个确定的积云地面人工增雨作业雷达判别指标，因此有必要进行多次积云雷达回波指标分析，寻找出作业判别指标，利用大量的人工增雨作业次数的数据采集，进行增雨效果评估分析，建立更加科学合理的人工影响天气作业方案和服务关键技术指标，最大限度地减少或降低干旱给农业生产、生态环境、人民群众的生产生活带来的损失和影响。

2 资料和方法

雷达回波资料选用邵阳CINRAD/SA多普勒天气雷达2010—2016年的7—8月期间，在衡邵盆地所观测到的100个对流云个例，人工增雨作业个例选取邵阳区域内14次作业，降水资料利用炮点附近自动站资料与远离炮点的自动站降水资料进行对比分析。

3 对流云回波特征分析

3.1 单块积云回波水平尺度及面积统计特征

3.1.1 单块积云水平尺度特征

积云单体回波水平尺度，出现频率最大的是3-6km，占41.6%（表 1），回波单体水平尺度＞15km的占6.2%，显示夏秋季节积云回波单体水平尺度不太大，以中小尺度居多。

表1 积云单体回波水平尺度频率分布

3.1.2 单块积云回波面积特征

夏秋季积云单体回波水平面积并不大，出现几率最大的是＜100㎞2积云单体，占 46.9%（表 2），100-200㎞2和 200-300㎞2积云单体的分别占18.8%和 14.4%，＞500㎞2积云单体较少，只占6.8%。

表2 降水性积云平面回波面积分布

3.2 不同天气形势下积云雷达回波面积分布特征

将7、8月积云雷达回波面积与对应的天气系统对比分析，统计结果如表3。

分析表明，7、8月衡邵盆地上空主要受副高、中低层切变和副高边缘等天气系统影响，对应的积云出现几率占49.8%、16.2%和6.2%，这3种天气形势出现的几率占总数的72.2%。

在不同的天气形势下，积云雷达回波面积的大小差别甚大，出现平均最大回波面积的影响系统是中低层切变线。

表3 不同天气形势下回波面积（单位k㎡）分布

3.3 积云回波顶高分析

一般而言，对流的强弱在一定程度上和回波伸展的高度、回波强度等有关［18-22］，所以 ETPPI（回波顶高）产品可以用来分析、估测雷达探测范围内，不同地区的对流发展程度，即积云对流的强弱。

应用体积扫描获取的三维数据，选定回波强度阀值，根据测高公式，在一定的底面积的垂直柱体中，自上而下搜索选定阀值所在的高度。若该回波强度阀值在上、下两个仰角的经线之间，则用线性插值和距离加权平均技术确定阀值所在高度，用这种方法便可得到积云单体的回波顶高度分布，即ETPPI产品。

根据衡邵盆地7、8月对流单体活动特点，回波强度阀值设置为5dBz，即云顶高度处的回波强度阀值为5dBz，垂直柱体的底面积为4km＊4km.我们选取浓积云65块、降水性浓积云12块、积雨云38块，共115块积云单体进行分析，得出积云云顶高度频数：

浓积云云顶高度为3.5-7.0km，降水浓积云云顶高度为5.5-7.5km，积雨云云顶高度大部分均高于10km，积雨云回波顶出现几率最大的是6.5-10km占53%，其次是10-12km，占16.6%，顶高超过15km的累计百分比仅占8.8%。可见夏秋干旱期有90%以上的积雨云回波顶高集中在6.5-15km范围内，显然多为冷云降水云系。积雨云的回波顶高度为11-19km，最常出现在12-17km。

按不同天气形势来统计积云回波顶高度，结果见表4。

表4 不同天气形势下回波顶高度的分布

I类天气形势对应副高、西南气流、台风外围偏北气流、高原暖脊等比较稳定的天气形势。Ⅱ类天气形势对应副高边缘、东风波、高空低槽、中低层切变、台风低压等不够稳定的天气形势。从表4分析出，一般是不稳定的天气形势下积云回波顶高较稳定的天气形势的高。雷达回波顶高为5-15km的积云占绝大多数（I类为81.5%，Ⅱ类为88.6%）

3.4 夏秋干旱期积云降水雷达回波特征

以天气背景划分，积云降水回波大致可以分为以下4种类型：南支槽型、副高边缘型、东北冷涡型、强冷空气型。通过对65个积云降水过程进行分析，得出积云生长、成熟、消散的雷达回波识别指标见表5。

表5 积云降水回波的雷达识别指标

4 地面人工增雨作业效果个例分析

利用多普勒雷达产品及地面密集的区域自动雨量站资料，对2013年8月到2016年8月邵阳区域范围内50次火箭弹和37高炮增雨作业进行物理检验和雨量对比分析得出：利用车载式火箭炮的流动性及射高的灵活性，火箭弹增雨效果非常明显，37高炮增雨作业效果一般。人工增雨作业自然增雨量平均为7.7mm，在5至10km2小面积范围内实施人工增雨作业时，当超过两发火箭弹后，随着火箭弹的数量增加，对增雨效果无明显影响。

5 结论与讨论

通过对衡邵盆地2010—2016年7—8月期间100个对流云个例雷达回波特征分析，以及对50次地面火箭弹和37高炮人工增雨作业效果进行检验。得出如下结论：

（1）积云回波在水平尺度上表现为，单块积云回波水平尺度在3-6km最多，占41.3%，＞15km最少，占6.3%；.从面积来看，单块积云回波面积＜50㎞2最多，占25.0%，＞500㎞2最少，只占 9.4%；回波顶高大多数在5.5-6.0km之间。

（2）在不同天气形势下，回波面积和高度也不尽相同。

（3）积云降水回波的雷达识别指标在不同的季节存在一定的差异。

（4）实施增雨作业后平均相对于自然降水量的增雨量达7.7mm，增雨效果比较明显。

（5）当作业面积在5至10km2范围内时，增加作业炮弹的数量对增雨量的效果没有明显的影响。

目前，人工影响天气是缓解旱情行之有效的重要手段，能减少其给农业生产、生态环境建设、森林防火、人民生产生活、社会经济带来的影响。但人工影响天气作业又会受到天气形势、通讯设备的信息传送、航管空域的开放度，其中最主要的是天气形势，人工影响天气与天气系统配合还需进一步研究与实践，使增雨效果达到最大化。

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