铜仁市夏季人工增雨作业条件指标研究

2015-03-06陈关清何历洪

中低纬山地气象 2015年3期

关键词：铜仁市反射率降水量

方标，陈关清，屈花，何历洪

(1.贵州省铜仁市气象局，贵州铜仁 554300， 2.贵州省思南县气象局，贵州思南 565100)

铜仁市夏季人工增雨作业条件指标研究

方标1，陈关清1，屈花2，何历洪1

(1.贵州省铜仁市气象局，贵州铜仁 554300， 2.贵州省思南县气象局，贵州思南 565100)

为了提高铜仁市的抗旱能力和人工增雨作业效率，该文通过统计、对比分析2013年铜仁市夏季人工增雨作业78次记录(样本)和多普勒天气雷达常用产品作业前后其特征变化，得出适合铜仁市人工增雨条件的雷达回波特征：反射率因子(0.5°仰角)≥25 dBz，回波顶高≥6 km，垂直液态水含量≥10 kg/m2，径向速度场有辐合特征，回波移动缓慢或者稳定少动时，人工作业增雨作业效果较好，同时综合应用各种雷达产品建立人工增雨作业判别指标。

人工增雨；回波特征；判别指标；铜仁

1 引言

铜仁市地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，西北高，东南低。夏季是铜仁市农作物成长的主要时期，由于其处于西太平洋副热带高压外围，降水很少，因此铜仁市缺水严重，是贵州省最主要干旱地区之一，其中不乏出现重旱的情况，给农作物的生长带来了不利的气象条件。但是在干旱时期内，副热带高压存在东西摆动。当副高东撤，副高西侧的西南暖湿气流将大量水汽带到铜仁，从而为人工催化增雨提供了必要的气象条件。多普勒天气雷达是人工增雨作业条件识别最重要的探测工具之一，而天气雷达产品参数特征却是实际业务中判断人工增雨作业条件最常用的手段。

一直以来，国内一些专家、学者开展了一些雷达资料在人工增雨作业条件分析中的研究，取得了一定的成果。如：李金辉等[1]统计分析陕西中北部降水过程的时空分布及雷达回波特征，得到适宜人工增雨的稳定性层状云和混合性层状云的雷达回波参数特征；李红斌等[2]对大连市2003年6月—2005年10月43次降水天气过程的多普勒雷达速度场资料进行了统计和分析，得出了常见的雷达回波零速度线特征分别呈“S”型、“弓”型和速度不对称型等分布特征时对人工增雨作业潜力分析和作业条件判别指标。

铜仁市在人工影响天气作业条件分析判断方面比较落后，之前主要以人影作业人员的经验为主，自2012年8月铜仁市气象局雷达运行以来，通过天气雷达参数特征分析判断人工增雨作业条件的工作一直在紧张的进行，本文通过统计分析2013 年夏季铜仁市78次作业效果和多普勒天气雷达产品参数特征，得出了人工增雨作业条件的雷达参数指标，为铜仁市人工增雨作业提供参考。

2 资料来源及说明

本文使用的资料为2013年铜仁市夏季人工增雨作业记录和铜仁市新一代多普勒天气雷达产品。人工增雨作业记录来源于铜仁市人工影响天气办公室的人影作业记录，雷达资料来源于铜仁市气象局新一代多普勒天气雷达(CINRAD/CD型)体扫数据，在分析时选取：基本反射率、回波顶高、垂直液态水含量及径向速度等。由于组合反射率是垂直柱体内的最大反射率值，通常情况下，对流性降水回波其最大反射率值位于回波低层，因此，本文未用组合反射率因子来分析，而直接采用0.5°的反射率因子进行分析。另外，在气象上用降水量来区分降水的强度，本文定义：10 mm以下(小雨)的为不适宜增雨，降水量在10～25 mm之间(中雨)的为可以人工增雨，25 mm以上(大雨)的为适宜增雨。

3 铜仁市人工增雨作业的常用雷达回波特征

3.1 目标云系与增雨效果

笔者统计铜仁市2013年夏季78次人工增雨降水量与多普勒雷达资料时发现(如图1)，在不适宜增雨的云系中，积状云占绝大部分；在可以增雨和适宜增雨的云系中，主要以层状云和混合云系为主。混合云降水量大于层状云，积状云降水最少。因此，在实际的人工增雨作业时，通常考虑在出现较大面积层状云和混合型云时进行人工作业增雨。

图1 78次人工增雨降水量与云系的关系图

3.2 反射率因子与增雨效果

反射率因子能够直观地显示出降水回波的发生发展变化特征、降水的强度和移动发展趋势，也能够较清楚地识别积云、层云和积层混合云系以及锋面、飑线等天气学特征，因此在人影工作中得到了广泛的应用。

图2给出了铜仁市2013年基本反射率值(0.5°)与人工增雨降水量变化图可以看出，基本反射率因子的值越大，降水量越大。在反射率因子小于20 dBz时，降水很小，降水量在10 mm以下的达到了90%，未出现降水量在25 mm以上的情况；当反射率因子在20～30 dBz之间时，降水量大于10 mm的可能性较大，为84%；当反射率因子在30 dBz以上时，降水量大于10 mm可能性很大，为96%。因此，在以后的实际人工作业增雨时，为了节约炮弹资源和提高增雨效果，在反射率因子上可以用20 dBz为界。

图2 基本反射率因子与降水量关系图

3.3 回波顶高与增雨效果

统计2013年铜仁市78次人工作业增雨效果与回波顶高(表1)，结果表明：当回波顶高在6 km以下时，作业后主要是小雨或者无雨，极少数情况下也会出现小到中雨；当回波顶高在6～8 km时，降水量主要集中在10～20 mm之间；当回波顶高大于8 km左右时，出现中到大雨的可能性较大。因此，在实际的人工作业情况下，主要考虑在回波顶高在6 km以上。

表1 人工作业增雨效果与回波顶高关系

3.4 垂直液态水含量(VIL)与增雨效果

垂直累积液态水含量(VIL)是反映降水云体中，在某一确定的底面积的垂直柱体的液态水含量的分布情况[3]。VIL越大，表明空中液态水的含量越多，降水的潜力就越大，因此，VIL值越大，在条件适宜的情况下降水量也就越大。统计2013年铜仁市人工增雨效果与其关系发现(图3)：当VIL<10.00 kg/m3时，普遍出现小雨，最大降水量为9.2 mm；VIL值在10～15 kg/m3时，降水量最小为10.3 mm，最大为26.2 mm，降水量主要集中在20～25 mm之间；当VIL值大于25 kg/m3时，降水量出现大雨的概率高达93.7%。

图3 VIL值与降水量关系图

3.5 径向速度与增雨效果

由于多普勒雷达资料具有稳定、准确、实时等特点，所以在增雨作业技术分析研究中具有很好的实用价值。通过对铜仁市 2013 年夏季人工作业增雨时多普勒雷达速度场资料特征进行统计和分析，其特征主要有：①零速度线大多呈现西北—东南走向或呈现S型弯曲；②有垂直分切变，该特征是夏季层状云和混合型降水回波速度场最为普遍的特征。③有弱风速辐合区或者辐合系统。通过2013年8月在铜仁地区增雨作业中进行运用，取得了较好的效果，目前已成为铜仁市人工增雨作业决策指挥的重要辅助判据指标之一。

3.6 回波面积与增雨效果

统计分析铜仁市2013年78次人工增雨效果与回波面积大小的关系时发现，只有当基本反射率因子大于25 dBz的回波面积大于50 km2且大于35 dBz的回波面积大于5 km2时，才会普遍出现降水量在10 mm以上。

4 增雨作业条件判别指标

通过以上人工增雨效果与常用雷达参数进行分析，得出了铜仁市人工增雨作业适宜性条件指标，以期能够为铜仁市人工抗旱提供科学依据。

铜仁市夏季人工增雨作业雷达判别指标

不过，由于研究使用的人工增雨效果纪录为不适宜、可以、适宜增雨定性的描述，这种定性描述具有较强的主观性，使得资料的可信度降低，对指标的阈值带来了一定的影响。另外，在进行人工增雨作业条件判别时，由于雷达探测原理和参数计算方法，使得本研究使用的雷达参数本身具有一定的计算误差，鉴于此，在未来的工作中还要结合业务工作实践综合分析各个雷达产品参数特征，进一步检验和完善这些判别指标，这样才能从实质上提升铜仁市人工增雨的效率，更好地为防灾减灾体系服务。