郴州市冰雹天气预测预警及人工防雹方法研究
2014-11-10李少云王德良樊志超李亚华杨湘婧彭智超
李少云+王德良+樊志超+李亚华+杨湘婧+彭智超
摘 要 通过使用郴州各气象站的历史冰雹资料和多普勒雷达资料，统计分析了郴州市冰雹的气候特征，归纳了冰雹发生的天气形势、雷达回波和大气层结特征，给出了冰雹预测的物理量判别指标，为提高郴州冰雹天气的预报预警能力作了有益的探讨。还研究了人工防雹作业技术和方法，为提高人工防雹作业指挥水平提供技术支持。
关键词 冰雹；气候特征；预测预警；防雹方法；湖南省郴州市
中图分类号：P458.121.2 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2014）27--03
1 郴州市冰雹天气的时空分布
1.1 时间分布特征
统计1951-2010年湖南省郴州市10个气象站的资料（10个站中只要有一个站出现冰雹，就算郴州地区出现一次冰雹。近年来，随着气侯变化、人工消雹等因素，冰雹出现的次数有所减少。远离测站的降雹也无法统计进来），共有冰雹日150个（图1），其中2、3、4、5月共发生138次，占全年总数的92%，7、8、9、10总共有10次，占全年的7%。冰雹的日变化十分明显。降雹天气多发生在午后，13～20时出现冰雹的次数占一天内总数的70%以上，这是因为郴州春季冰雹发生同热力作用有非常明显的关系。
1.2 地域分布特征
统计1951～2010年10县（市）冰雹历史资料，共150次降雹，其地区分布见图2。冰雹较多的主要是分布在郴州市的两区及其西部、南部、东南地区，即北湖区、苏仙区、桂阳县、嘉禾县、宜章县及汝城县；少雹区为郴州市北部地区的安仁县、永兴县、资兴市北部和西南部的临武县。以春季（3-4月）的年平均雹日≥0.6日作为多雹区标准，桂阳县最大（0. 36日/a），但未达到多雹区的标准。
1.3 冰雹发生源地和移动路径
郴州冰雹的移动路径，有规律可循的主要有3条（图3）。
（1）源于新田县，经桂阳县的四里、六合后再分两路，一路经流峰，直奔敖泉、和平、雷坪向永兴县；另一路经桂阳县的古楼到十字、余田、仁义、北湖区的华塘向郴州市区。
（2）源于新田县，经嘉禾县的广发、石桥、肖家、普满、桂阳的浩塘、仁义、银河、樟市、洋市及到永兴县洋塘。
（3）沿春陵江沿江一带，主要影响桂阳县的浩塘、仁义、银河、樟市、洋市、雷坪及永兴县的洋塘。
2 冰雹的预报预警
2.1 冰雹的天气形势特征
2.1.1 高空冷槽类
（1）高空冷槽、地面锋前降雹型：这类是郴州常见的降雹形势，主要是500 hPa西风槽以阶梯槽的形式影响湖南，槽前配合有冷锋南下，锋前的西南倒槽得到明显发展，容易形成飑线，冰雹就发生在飑线附近。
（2）高空冷槽、地面锋后降雹型：500 hPa西风槽以阶梯槽的形式影响湖南后，地面冷空气已进入郴州，冷锋在南岭静止，850 hPa切变线在湘南一线。当500 hPa有低槽东移，槽后冷平流使中低层垂直运动得到发展，降雹区一般在850 hPa切变线
附近。
2.1.2 南支小槽类
（1）南支小槽、地面倒槽锋生降雹型：南支槽影响前，湖南处于入海高压后部，冷空气变性回暖，江南表现为上下一致偏南气流，南支槽前西南气流向湘东南上空输送，低层有明显的增暖增湿，大气层结极不稳定，槽前减压使地面西南倒槽迅速发展。当江南中层有冷平流时，产生对流性降水，槽内锋生后降雹。
（2）南支槽、地面高压后部降雹型：其降雹时没有锋面影响，降雹后也无锋面生成。降雹过程是郴州处在变性入海的冷高压后部和孟加拉湾槽前时发生。孟湾槽前西南气流使对流层低层明显增暖，大气层结变得很不稳定，同时，高空的辐散加强，促使地面辐合增大而降雹。
2.2 冰雹的雷达回波特征
根据郴州多普勒雷达资料的应用实践，钩状回波、V型缺口、三体散射现象（TBSS）、有界弱回波区（BWER）、强烈的风暴顶辐散、垂直液态水含量VIL大值区等雷达回波特征，是判断降雹的重要指标。
（1）钩状回波：钩状回波的形成是钩内强而竖直的上升气流使得该区不含降水粒子而造成的无回波区（图4），钩内一般有中气旋存在。通常探测到钩状回波，再结合回波体的强度、高度和尺度，就能够确定它为强冰雹云。
（2）V型缺口：由于云中的大冰雹等大粒子对雷达回波有很强的衰减作用，形成所谓的“V”形缺口。
（3）有界弱回波：（图5）。
（4）三体散射：三体散射现象（TBSS）是指由于雷达能量在强反射率因子区向前散射而形成的异常回波，强度一般小于20dBz（图6），呈类似细长的钉子状从强回波区沿径向伸展。这种回波标示着对流云体中大冰雹的存在。
2.3 冰雹的层结特征
（1）0℃层的高度：降雹时雹云内的0 ℃层的高度要适中，太高时冰雹容易融化而变成阵雨，太低时不利于雹核增长。有利于降雹的0 ℃层高度一般为4 000 M（600hpa）左右。
（2）-20℃层的高度：一是有利降雹的-20℃层的高度一般在7 000～7 500 m。二是降雹时一般会出现-20 ℃层的高度逐渐下降，0 ℃层的高度逐渐上升一般为4 000 m左右，两层间的厚度逐渐变小。
（3）大气层温湿变化：低层增暖比高层增暖快，或低层增湿，高层减湿，造成有利于对流发展的上干下湿的潮湿不稳定状态。一般600hpa以上空气变干，600 hPa以下空气变湿。
（4）暖盖（包括逆温及等温层）：暖盖是指温度递减率小于或等于3 ℃/km的某层空气。郴州降雹时暖盖一般存在于3 000 m上下的空间，厚度约450 m左右。
2.4 冰雹的判别指标
当出现冰雹的天气形势时，发生冰雹一般还要具备三个条件：大气层结极不稳定、充沛的水汽和强烈的上升运动。一般用沙氏指数、K指数和积雨云内最大上升速度Wm值来综合判定。根据郴州地区2001-2010年的冰雹个例资料统计，归纳其判据如下：endprint
（1）沙氏指数（SI）：当SI≤-3.5 时，郴州境内12小时内可能有冰雹发生。
（2）K指数：当K指数≥36.5时，郴州境内12小时内可能发生冰雹天气。
（3）积雨云内最大上升速度Wm：用逐日的温度对数压力图上的数据可计算云内最大上升速度。
当最大上升速度Wm≥27m/s时，郴州境内12小时内发生冰雹天气的可能性大。
3 人工防雹方法研究
为了防御冰雹给烤烟等农作物造成危害，郴州市气象局2006-2014年在桂阳、永兴、嘉禾、宜章四县开展人工防（消）雹试验，防雹时段为3月中旬～7月初，设立固定炮点16个，共作业234次。在长期的防雹实践中，通过不断学习、研究、总结，摸索出了一些比较成熟的防雹技术和方法。
3.1 科学布局炮点
“三七”高炮布设在烟叶主产区和冰雹路径的上游，布设在当地历年冰雹多发区域和冰雹多发路径上，高炮作业点选在周围视野开阔的作业影响区上风方4 km的迎风坡位置上。
3.2 总结雹云特征，制定作业指标
3.2.1 冰雹云的先兆特征综合定性指标
总结郴州冰雹云的特点得出了感冷热、辨风力、看云色、听雷声、识闪电、观物象、参谚语的先兆特征定性指标。冰雹云实际是强积雨云，一次冰雹来临之前，总会有几天晴热高温天气。冰雹大风常结伴而来，有冰雹必有大风，出现大风不一定有冰雹。“黑云黃边子，一定有雹子”，指冰雹云多有颜色发黃，并常常可以听到闷雷或像磨东西似的推磨声。山区冰雹云多为横枝状连续闪电，夜间冰雹云闪电多为红色，“横闪多雹，纵闪多雨”。
3.2.2 郴州冰雹强弱雷达判别参数
表1 郴州冰雹强弱雷达判别参数
云 型 45db回波云顶温度/℃ 45db回波云顶高度/km
强冰雹云 ≤-20 ≥8
弱冰雹云 -14～-20 7～8
雷雨云> -14 <7
3.3 掌握最佳时机，选择作业部位
防雹作业将过量的碘化银播撒到云中，抑制雹胚长大，以达到防雹的目的。在积雨云的发展阶段，即秃积雨云向鬃积雨云过渡阶段，是作业的最佳时机。
目力观测对流云前部的入流区，也就是对流云前部云体翻滚最厉害的部位，顔色暗红处上升气流最大。夜间闪电不耀眼，且有横闪的地方处为上升气流最大处。也就是防雹作业的关键部位。
根据专家数值模拟试验，人工防雹用弹量每个雹云单体需要100～300 g的碘化银。因此，在空域批复的时间内对于每一个作业炮点尽可能多射击，一般每次50～70发炮弹。
3.4 人工防雹作业实例
（1）2012年4月24日受高空低槽、中低层切变和地面弱冷空气的共同影响，雷达回波达60 dBZ，厚度9 km，嘉禾、桂阳非炮点区域内部分地方出现了雷雨大风及冰雹天气，特别是嘉禾普满炮点房屋被大风吹倒，周围大树连根拔起。这次过程全市16个炮点作业22次，用弹682发，由于作业及时，炮点控制区内冰雹均得到有效消去。
（2）2014年3月26日21：30，郴州多普勒雷达监测到永兴悦来、油麻炮点周围有强度大于65 dBZ、高度在11 km的大片强对流回波，判定肯定为冰雹回波，经过作业后，强回波范围明显缩小，回波高度也下降到9 km以下，炮点控制区内冰雹有效消去。
4 结语
（1）郴州多雹季节为2-5月，占全年的93%；分别以桂阳县、汝城县为中心的两个多雹区和分别以临武县、永兴县为中心的2个少雹区；有规律可循的路径有3条。
（2）郴州地区发生冰雹的天气形势主要有两类四型：即高空冷槽类地面锋前降雹型、地面锋后降雹型；南支小槽类地面倒槽锋生降雹型、地面高压后部降雹型。
（3）发生冰雹的雷达回波特征有钩状回波、V型缺口、三体散射、有界弱回波、强烈的风暴顶辐散和高VIL值区等。
（4）适合的0℃、-20℃层的高度有利天冰雹的增长；降雹的大气层结特点是：地面和低层增温、中层降温，低层暖平流、中层冷平流。
（5）预报冰雹的判别指标有沙氏指数（SI）、K指数和积雨云内最大上升速度Wm。
（6）人工防雹的方法有：科学布局炮点；总结雹云特征，制定作业指标；掌握最佳时机，选择作业部位。
（责任编辑：刘昀）endprint
（1）沙氏指数（SI）：当SI≤-3.5 时，郴州境内12小时内可能有冰雹发生。
（2）K指数：当K指数≥36.5时，郴州境内12小时内可能发生冰雹天气。
（3）积雨云内最大上升速度Wm：用逐日的温度对数压力图上的数据可计算云内最大上升速度。
当最大上升速度Wm≥27m/s时，郴州境内12小时内发生冰雹天气的可能性大。
3 人工防雹方法研究
为了防御冰雹给烤烟等农作物造成危害，郴州市气象局2006-2014年在桂阳、永兴、嘉禾、宜章四县开展人工防（消）雹试验，防雹时段为3月中旬～7月初，设立固定炮点16个，共作业234次。在长期的防雹实践中，通过不断学习、研究、总结，摸索出了一些比较成熟的防雹技术和方法。
3.1 科学布局炮点
“三七”高炮布设在烟叶主产区和冰雹路径的上游，布设在当地历年冰雹多发区域和冰雹多发路径上，高炮作业点选在周围视野开阔的作业影响区上风方4 km的迎风坡位置上。
3.2 总结雹云特征，制定作业指标
3.2.1 冰雹云的先兆特征综合定性指标
总结郴州冰雹云的特点得出了感冷热、辨风力、看云色、听雷声、识闪电、观物象、参谚语的先兆特征定性指标。冰雹云实际是强积雨云，一次冰雹来临之前，总会有几天晴热高温天气。冰雹大风常结伴而来，有冰雹必有大风，出现大风不一定有冰雹。“黑云黃边子，一定有雹子”，指冰雹云多有颜色发黃，并常常可以听到闷雷或像磨东西似的推磨声。山区冰雹云多为横枝状连续闪电，夜间冰雹云闪电多为红色，“横闪多雹，纵闪多雨”。
3.2.2 郴州冰雹强弱雷达判别参数
表1 郴州冰雹强弱雷达判别参数
云 型 45db回波云顶温度/℃ 45db回波云顶高度/km
强冰雹云 ≤-20 ≥8
弱冰雹云 -14～-20 7～8
雷雨云> -14 <7
3.3 掌握最佳时机，选择作业部位
防雹作业将过量的碘化银播撒到云中，抑制雹胚长大，以达到防雹的目的。在积雨云的发展阶段，即秃积雨云向鬃积雨云过渡阶段，是作业的最佳时机。
目力观测对流云前部的入流区，也就是对流云前部云体翻滚最厉害的部位，顔色暗红处上升气流最大。夜间闪电不耀眼，且有横闪的地方处为上升气流最大处。也就是防雹作业的关键部位。
根据专家数值模拟试验，人工防雹用弹量每个雹云单体需要100～300 g的碘化银。因此，在空域批复的时间内对于每一个作业炮点尽可能多射击，一般每次50～70发炮弹。
3.4 人工防雹作业实例
（1）2012年4月24日受高空低槽、中低层切变和地面弱冷空气的共同影响，雷达回波达60 dBZ，厚度9 km，嘉禾、桂阳非炮点区域内部分地方出现了雷雨大风及冰雹天气，特别是嘉禾普满炮点房屋被大风吹倒，周围大树连根拔起。这次过程全市16个炮点作业22次，用弹682发，由于作业及时，炮点控制区内冰雹均得到有效消去。
（2）2014年3月26日21：30，郴州多普勒雷达监测到永兴悦来、油麻炮点周围有强度大于65 dBZ、高度在11 km的大片强对流回波，判定肯定为冰雹回波，经过作业后，强回波范围明显缩小，回波高度也下降到9 km以下，炮点控制区内冰雹有效消去。
4 结语
（1）郴州多雹季节为2-5月，占全年的93%；分别以桂阳县、汝城县为中心的两个多雹区和分别以临武县、永兴县为中心的2个少雹区；有规律可循的路径有3条。
（2）郴州地区发生冰雹的天气形势主要有两类四型：即高空冷槽类地面锋前降雹型、地面锋后降雹型；南支小槽类地面倒槽锋生降雹型、地面高压后部降雹型。
（3）发生冰雹的雷达回波特征有钩状回波、V型缺口、三体散射、有界弱回波、强烈的风暴顶辐散和高VIL值区等。
（4）适合的0℃、-20℃层的高度有利天冰雹的增长；降雹的大气层结特点是：地面和低层增温、中层降温，低层暖平流、中层冷平流。
（5）预报冰雹的判别指标有沙氏指数（SI）、K指数和积雨云内最大上升速度Wm。
（6）人工防雹的方法有：科学布局炮点；总结雹云特征，制定作业指标；掌握最佳时机，选择作业部位。
（责任编辑：刘昀）endprint
（1）沙氏指数（SI）：当SI≤-3.5 时，郴州境内12小时内可能有冰雹发生。
（2）K指数：当K指数≥36.5时，郴州境内12小时内可能发生冰雹天气。
（3）积雨云内最大上升速度Wm：用逐日的温度对数压力图上的数据可计算云内最大上升速度。
当最大上升速度Wm≥27m/s时，郴州境内12小时内发生冰雹天气的可能性大。
3 人工防雹方法研究
为了防御冰雹给烤烟等农作物造成危害，郴州市气象局2006-2014年在桂阳、永兴、嘉禾、宜章四县开展人工防（消）雹试验，防雹时段为3月中旬～7月初，设立固定炮点16个，共作业234次。在长期的防雹实践中，通过不断学习、研究、总结，摸索出了一些比较成熟的防雹技术和方法。
3.1 科学布局炮点
“三七”高炮布设在烟叶主产区和冰雹路径的上游，布设在当地历年冰雹多发区域和冰雹多发路径上，高炮作业点选在周围视野开阔的作业影响区上风方4 km的迎风坡位置上。
3.2 总结雹云特征，制定作业指标
3.2.1 冰雹云的先兆特征综合定性指标
总结郴州冰雹云的特点得出了感冷热、辨风力、看云色、听雷声、识闪电、观物象、参谚语的先兆特征定性指标。冰雹云实际是强积雨云，一次冰雹来临之前，总会有几天晴热高温天气。冰雹大风常结伴而来，有冰雹必有大风，出现大风不一定有冰雹。“黑云黃边子，一定有雹子”，指冰雹云多有颜色发黃，并常常可以听到闷雷或像磨东西似的推磨声。山区冰雹云多为横枝状连续闪电，夜间冰雹云闪电多为红色，“横闪多雹，纵闪多雨”。
3.2.2 郴州冰雹强弱雷达判别参数
表1 郴州冰雹强弱雷达判别参数
云 型 45db回波云顶温度/℃ 45db回波云顶高度/km
强冰雹云 ≤-20 ≥8
弱冰雹云 -14～-20 7～8
雷雨云> -14 <7
3.3 掌握最佳时机，选择作业部位
防雹作业将过量的碘化银播撒到云中，抑制雹胚长大，以达到防雹的目的。在积雨云的发展阶段，即秃积雨云向鬃积雨云过渡阶段，是作业的最佳时机。
目力观测对流云前部的入流区，也就是对流云前部云体翻滚最厉害的部位，顔色暗红处上升气流最大。夜间闪电不耀眼，且有横闪的地方处为上升气流最大处。也就是防雹作业的关键部位。
根据专家数值模拟试验，人工防雹用弹量每个雹云单体需要100～300 g的碘化银。因此，在空域批复的时间内对于每一个作业炮点尽可能多射击，一般每次50～70发炮弹。
3.4 人工防雹作业实例
（1）2012年4月24日受高空低槽、中低层切变和地面弱冷空气的共同影响，雷达回波达60 dBZ，厚度9 km，嘉禾、桂阳非炮点区域内部分地方出现了雷雨大风及冰雹天气，特别是嘉禾普满炮点房屋被大风吹倒，周围大树连根拔起。这次过程全市16个炮点作业22次，用弹682发，由于作业及时，炮点控制区内冰雹均得到有效消去。
（2）2014年3月26日21：30，郴州多普勒雷达监测到永兴悦来、油麻炮点周围有强度大于65 dBZ、高度在11 km的大片强对流回波，判定肯定为冰雹回波，经过作业后，强回波范围明显缩小，回波高度也下降到9 km以下，炮点控制区内冰雹有效消去。
4 结语
（1）郴州多雹季节为2-5月，占全年的93%；分别以桂阳县、汝城县为中心的两个多雹区和分别以临武县、永兴县为中心的2个少雹区；有规律可循的路径有3条。
（2）郴州地区发生冰雹的天气形势主要有两类四型：即高空冷槽类地面锋前降雹型、地面锋后降雹型；南支小槽类地面倒槽锋生降雹型、地面高压后部降雹型。
（3）发生冰雹的雷达回波特征有钩状回波、V型缺口、三体散射、有界弱回波、强烈的风暴顶辐散和高VIL值区等。
（4）适合的0℃、-20℃层的高度有利天冰雹的增长；降雹的大气层结特点是：地面和低层增温、中层降温，低层暖平流、中层冷平流。
（5）预报冰雹的判别指标有沙氏指数（SI）、K指数和积雨云内最大上升速度Wm。
（6）人工防雹的方法有：科学布局炮点；总结雹云特征，制定作业指标；掌握最佳时机，选择作业部位。
（责任编辑：刘昀）endprint
