2020年3月22日三明市人工防雹作业技术及效果评价

邝美清 张家斌 王丹平

(1.三明市气象局，福建 三明 365000；2.尤溪县气象局，福建 三明 365114；3.永安市气象局，福建 三明 366000)

人工影响天气是指为避免或者减轻气象灾害，以大气物理为基础，合理利用气候资源，在适当条件下通过人工干预的方式对局部大气的云物理过程进行影响，实现人工增雨、人工防雹、人工消雾、人工消云等目的的活动。利用播云抑制冰雹增长技术已逐渐被认可。人工防雹原理是向正在发展的雹云中的雹胚形成区播撒人工冰核碘化银，通过核化和凝华、碰冻、增长，迅速形成大量毫米尺度的人工雹胚，参与同自然雹胚对云中过冷水实现有利竞争，以抑制较大冰雹的形成。此外，BL型防雹火箭弹弹体在自炸时会产生一定的“冲击波”，一方面可以破坏作业区域的流场，阻断水汽供应；另一方面，爆炸力也可以使作业区域内较大粒子发生破碎，从而达到人工防雹效果[1-6]。

三明市是全国为数不多的百万担烟叶产区，常年种植烟叶面积近40万亩。冰雹是三明市重要的灾害性天气之一，虽然发生范围小，时间短，但来势猛烈、强度大，并常伴随狂风、暴雨，对工农业生产特别是农业经济作物种植危害极大，是烟叶生产的主要气象灾害之一[7]。

近年来，三明市政府及有关部门对人工防雹工作的需求越来越迫切，气象部门也将人工防雹视为为“三农”服务、为新农村服务的重要举措。每年冰雹等强对流天气多发时节，三明市气象部门积极开展冰雹天气的预测预警，实施人工防雹作业，对预防、减轻雹灾的危害，保护农民收种意义重大，取得了良好的社会效益和经济效益。

本文采用基于天气雷达探测的物理检验技术方法[8-10]，对比作业前后多个雷达回波参数[11]的宏观变化，并检验了防雹作业效果。

1 天气形势与人工防雹作业概况

根据天气形势分析，2020年3月22日08时500hPa受南支槽前西南急流影响，低层切变偏北东移，地面弱冷空气渗透南下。分析邵武站探空可知，环境场上干下湿，K指数33℃，850hPa和500hPa温差达25℃，沙氏指数-2.5℃，0℃层高度和-20℃层高度适中，分别为4300m、7400m。此形势有利于出现冰雹。

(a)天气形势图 (b)邵武探空图

针对此次过程，三明市共开展人工防雹作业42次，发射火箭弹325枚。其中，宁化县作业9次，发射火箭弹70枚；清流、将乐各作业6次，发射火箭弹93枚；建宁、泰宁各作业4次，发射火箭弹63枚；沙县、明溪各作业3次，发射火箭弹48枚；永安、尤溪各作业2次，发射火箭弹29枚；梅列、三元、大田各作业1次，发射火箭弹22枚。

2 人工防雹作业技术评价和效果分析

2.1 作业技术评价和效果分析

22日14时～23时，三明市开展42次作业，其中34次有效作业于强对流云体内部，作业后，云体强度出现明显的减弱，作业效果明显；8次无效作业；8次无效作业中，包含2次云体位于作业射程外，6次作业时机把握不准(详见表1)。

表1 2020年3月22日人工防雹作业技术评价和效果分析

2.2 有效作业个例分析

2.2.1 第一阶段带状回波(15∶00-17∶07)

3月22日15时，有一带状回波自西向东由江西进入三明市北部。此时云体发展旺盛，回波强中心强度大于60dBZ，回波顶高9km，>50dBZ的强回波高度突破6km，强回波的范围为长50km，宽10km，面积达500km2。三明市气象局采取了连续跟踪、多点联防等技术措施，在云体移动过程中(15∶00-16∶08)，在建宁、泰宁、将乐先后进行了5次防雹作业，共发射火箭弹40枚(建宁2次，泰宁2次，将乐1次)，其中有效作业4次(建宁2次，泰宁1次，将乐1次)。经过2次有效作业，16∶07的带状回波减弱，分散成几个块状回波，强回波中心强度减弱为55dBZ，回波顶高下降至7km，>50dBZ的强回波高度降至5km，强回波面积明显减小。16∶07-17∶07，对流回波继续向东南方向移动，在建宁、泰宁、将乐、宁化先后进行了7次防雹作业，共发射火箭弹47枚(建宁1次，泰宁2次，将乐3次，宁化1次)，其中有效作业6次(建宁1次，泰宁2次，将乐2次，宁化1次))。经过6次有效作业，17∶07在作业点及其周边回波强度减弱至50dBZ以下，强回波面积进一步减小。

图2 22日15∶08、16∶07、17∶07回波强度图(a、b、c)和回波强度剖面图(d、e、f)

3月22日15时～17时，南平市光泽、建阳、政和的局部乡镇出现冰雹，建宁、泰宁、将乐开展的多点联防作业使带状对流云云体分散，回波强度持续减弱，强回波中心由60dBZ下降至45dBZ，作业点及周边没有出现冰雹，该次多点联防防雹作业有效。

2.2.2 第二阶段块状回波(18∶30-20∶40)

18∶30，有一块状回波进入明溪后增强，强回波中心强度达60dBZ，回波顶高8km，>50dBZ的强回波高度突破6km，强回波面积50km2，回波单体发展旺盛，出现穹窿结构，强回波自西向东移动。针对此强回波，18∶30-20∶40，三明市局沿着回波移动路径，在明溪、梅列、三元、沙县、尤溪先后进行了7次防雹作业，共发射火箭弹54枚(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙县2次，尤溪2次)，其中有效作业6次(明溪1次，梅列1次，三元1次，沙县1次，尤溪2次)。经过6次有效作业，20∶35块状回波强度减弱至35dBZ，回波顶高5 km，单体逐渐消散。

图3 22日18∶30、20∶35回波强度图(a、b)和回波强度剖面图(c、d)

3月22日18时～21时，明溪、梅列、三元、沙县、尤溪开展的多点联防作业使块状对流云回波强度持续减弱，强回波中心由60dBZ下降至35dBZ，回波顶高由8km下降至5km，作业点及周边没有出现冰雹，该次多点联防防雹作业有效。

2.2.3 第三阶段块状回波(20∶00-22∶30)

3月22日20时，如图4所示，有一块状强回波自西向东由江西石城进入三明市南部。此时云体发展旺盛，回波强中心强度大于60dBZ，回波顶高9km，>50dBZ的强回波高度突破6km，强回波面积达200km2。三明市气象局采取连续跟踪、多点联防措施，在云体移动过程中(20∶00-21∶00)先后进行了5次防雹作业，共发射火箭弹40枚(宁化3次，清流2次)，其中有效作业4次(宁化3次，清流1次)。经过4次有效作业，20∶59的对流单体回波顶高下降至7km，>50dBZ的强回波高度降至3km，强回波面积减小至50km2。22∶06，块状回波分裂出来的小单体移至大田县，22∶16，在大田县的东风农场作业点作业，发射火箭弹8枚，此时回波中心强度为40dBZ，回波顶高5 km。作业后20分钟，单体减弱，逐渐消散。

(a) (b) (c) (d)

(a) (b) (c)

3月22日20时～22时，宁化、清流、大田开展的多点联防作业使块状回波强度持续减弱，强回波中心由66dBZ下降至40dBZ，回波顶高由9km下降至5km，作业点及周边没有出现冰雹，该次多点联防防雹作业有效。

2.3 无效作业个例分析

2.3.1 方位角不对

3月22日18∶51-18∶52，宁化城郊乡茶湖江砖厂作业点开展1次防雹作业，发射火箭弹8枚。从图6来看，强回波云系位于该作业点东部，实际作业方位角为260°(偏西方向)。作业部位不在强回波中心。

图6 22日16∶06茶湖江砖厂作业点回波强度图(绿色阴影部分为安全射界)

3月22日17∶09-17∶10，将乐县黄潭镇黄潭村作业点开展1次防雹作业，发射火箭弹8枚。从图7可以看出，强回波云系位于作业点西南方向，强回波不在安全射界内，作业时作业点上空安全射界内回波强度弱。

图7 22日17∶09黄潭村作业点回波强度图(绿色阴影部分为安全射界)

2.3.2 作业时机不对，偏早或偏晚

3月22日17∶37-17∶38，明溪县枫溪乡小珩村作业点开展1次防雹作业，发射火箭弹8枚。从图8可见，作业时17∶36，作业点上空回波强度弱，最强才30dBZ，此时并不适合作业。从回波演变情况来看，西侧的强回波于18∶06以后才移入作业点射程内，因此此次作业时机把握不准，作业偏早。

图8 22日17∶36(a)、18∶06(b)小珩村作业点回波强度图(绿色阴影部分为安全射界)

3月22日18∶42-18∶44，宁化县淮土镇五里亭作业点开展1次防雹作业，发射火箭弹7枚。从图9来看，作业时18∶42，作业点上空无回波，此时并不适合作业。从回波演变情况来看，强回波已于18∶12进入作业点射程内，可见本次作业时机选择偏迟。

图9 22日18∶12(a)、18∶42(b)五里亭作业点回波强度图(绿色阴影部分为安全射界)

3 结论

2020年3月22日午后到上半夜，三明市出现雷雨大风、短时强降水等强对流天气，22日14-23时，三明市开展42次人工防雹作业，其中34次有效作业于强对流云体内部，作业后出现了云体整体回波强度减弱，回波顶高下降，强回波中心减弱，强回波面积减小等特征，云体强对流发展受到了明显的抑制，作业点及周边没有出现冰雹，作业效果明显；8次无效作业。通过作业技术和效果评估分析，相关建议如下：

此次作业过程采取了多点多次联合作业的方式，整体有效抑制了冰雹过程的发生发展。但出现了个别作业点不满足作业条件、作业时机选择不恰当等情况。这一方面是因为交通不便，错过最佳作业时机后匆忙作业；另一方面，也存在作业区域的云系不具备防雹作业条件，而作业队仍进行作业的现象；还有一方面是作业时空域申请未能及时得到空管部门批准，错过最佳作业时机。建议三明市级指挥部门根据人工防雹作业指标，结合实际雷达回波情况，指挥各作业队开展科学作业。

作业点的安全射界范围偏小，容易导致出现强对流云体位于作业点射程内但不在安全射界内，从而影响人工防雹作业效果。建议三明市气象局在选择人影作业点时，优先考虑安全射界范围大的作业点。