西藏拉孜县人工防雹作业技术研究*

2021-04-19次旦央吉樊志超侯正俊次仁卓嘎潘多

西藏科技 2021年2期

次旦央吉樊志超侯正俊次仁卓嘎潘多

（1.西藏日喀则市拉孜县气象局，西藏日喀则 858100；2.湖南省人工影响天气领导小组办公室，湖南长沙 410118；3.西藏自治区人工影响天气中心；4.西藏拉萨市气象局，西藏拉萨 850000）

0 引言

西藏地处青藏高原腹地，受特殊地理和环境的影响，属于冰雹多发地区，冰雹之多居全国之首［1-4］。西藏自20 世纪70 年代初开展人工防雹增雨作业，取得了较好的经济社会效益［5-6］。但由于海拔高，地域辽阔、地形复杂，加之冰雹发生的局地性特征，西藏各地在冰雹监测和人工防雹作业指挥、作业技术等方面还不够完善［7-9］，特别是针对高海拔主要农区人工防雹技术的研究更加滞后，仍处在边试验、边发展、边应用的阶段。拉孜县位于念青唐古拉山脉最西部，平均海拔4100m 左右，作为高海拔地区，开展人工防雹增雨作业已有23 年并取得显著经济社会效益［10-11］。1997年拉孜县成立指挥部，采取政府主导、多部门参与的方式，在10 个乡镇开展了人工防雹增雨作业，至2020年共有31 个地面固定炮点，其中“37”高炮4 门、“BL-2A”型火箭发射架27 套，初步形成了主要产粮区人工防雹地面防御网，年均开展人工防雹增雨作业180 多次，发射弹药近千发（枚），作业保护区内农田面积约为5600hm2，总结提炼拉孜县人工防雹作业技术对提高西藏高海拔地区的人工防雹减灾水平具有重要指导作用。

1 资料与方法

选取拉孜县气象局自建站开始1978—2020 年共42年的地面气象观测资料、气候区划资料和部分乡村实地调研资料，统计分析拉孜县冰雹的时空分布特征。使用航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）数据配合进行地理和气象特征分析，研究拉孜县的冰雹形成特征和人工防雹作业布局。根据内地人工防雹的成功经验结合高原气象特点，总结拉孜县夏季冰雹云的先兆特征综合定性指标，指挥人工防雹作业。

2 结果分析

2.1 拉孜县冰雹的时空分布

2.1.1 拉孜县年冰雹日数的分布规律。根据拉孜县气象局地面气象观测站1978—2020 年的观测资料，共记录有116 个冰雹日，绘制成拉孜县冰雹日数年变化统计图（图1），可以看出，拉孜的年冰雹日数变化很大，少则没有，多则20 天（1980 年），冰雹日数变化呈明显的下降趋势。

图1 拉孜县冰雹日数年变化统计图

分析拉孜的冰雹日数年变化呈陡降趋势，考虑到冰雹天气的局地性和拉孜县气象局地面气象观测站只记录本站天气现象的规定，可能存在冰雹记录不全面的问题。为弥补资料缺陷，从拉孜县应急管理局调查了2018—2020 年冰雹灾害发生情况（表1），从表中可以看出，2018—2020 年拉孜县分别有3、8、13 个共24 个冰雹日，与拉孜县地面气象观测站本站记录的0冰雹日有明显差别。分析表明，由于冰雹多发生在山区，而拉孜县地面气象观测站设置在城区，因此冰雹记录会存在一定偏差。

表1 拉孜县应急管理局2018—2020年冰雹灾害统计表

2.1.2 拉孜县冰雹的月变化规律。将上述收集到的拉孜县1978—2020 年共140 个冰雹日按月份统计得到拉孜县冰雹日数月变化统计图（图2），统计表明。拉孜县降雹一般出现在每年的5—10 月，主要集中在6—9 月，7 月是降雹最多的月份。冰雹主要发生在夏季和秋季，季节降雹日数呈单峰型，发生日数最多的为夏季，占全年冰雹总日数的75%；秋季、春季发生冰雹日数分别占全年冰雹总日数的21.4%和3.6%，属于典型的夏雹型。

图2 拉孜县冰雹日数月变化统计图（1978—2020年）

2.1.3 拉孜县冰雹的日变化规律。一是降雹的日变化。统计拉孜县140 个降雹日冰雹发生的时间，结果表明：降雹在一天内的任何时间段均可出现，但大部分出现在午后至傍晚，约75%的冰雹出现在14—21时，而冰雹峰值集中在16～20 时，即冰雹多发生在日最高气温出现时间稍滞后，夜间和早晨很少降雹。二是降雹的持续时间统计拉孜县140个降雹日冰雹发生的持续时间，发现降雹的持续时间长短差异也较大，最短的不足一分钟，最长达半个小时以上，一般为数分钟。拉孜县降雹的平均持续时间约为6.5 分钟，大多数冰雹持续时间为1～15分钟，其概率约为90%，降雹持续时间小于5 分钟的概率约为50%，超过20 分钟的很少。

2.1.4 拉孜县冰雹发生的地理分布。西藏自治区人工影响天气中心根据30 年（1978—2008）气象资料整编，利用拉孜县的冰雹历史资料、地面气象观测资料和冰雹灾情实地调查结果绘制了拉孜县冰雹云的主要移动路径图（图3），统计表明拉孜县的冰雹云主要生成于县域的西南方向，约占80%，冰雹云移动路径主要沿河流、山谷走向。

图3 拉孜县冰雹云的主要移动路径图

2.2 拉孜县人工防雹作业技术优化

2.2.1 人工防雹作业站点布局优化。为了更加精细地研究分析拉孜县冰雹的形成特征和人工防雹作业布局，使用航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）数据配合进行地理和气象特征分析。SRTM 数据由美国国家航空航天局（NASA）、国防部国家测绘局(NIMA)等单位联合测量，经处理制成了数字地形高程模型（DEM）［12］。可以从NASA 的SRTM 数据网站下载西藏自治区的DEM 数据，通过Matlab 软件进行数据格式转换，拼接后生成能被Surfer软件识别的数据格式，最后生成拉孜县及周边地区的数字高程模型与冰雹路径图(图4)。从图4 可以看出，拉孜县空中主要有两条水汽输送通道，一条为东南部山区的印度洋水汽输送通道，来自印度洋的水汽从南往北通过喜马拉雅山脉的山口和北坡山谷地带输送到拉孜县东南部山区；另一条为西部的雅鲁藏布江水汽输送通道，来自雅鲁藏布江的水汽从西往东输送到拉孜县西部，并沿河谷走向往东北方向前进。两条水汽输送通道进入拉孜县以后相应形成了两条冰雹多发带，拉孜县已知的冰雹多发地（或冰雹云移动路径）均与此有关。

图4 拉孜县及周边地区的数字高程模型与冰雹路径图

科学布设人工防雹作业站点是人工防雹成败的关键因素之一，作业站点的布设应着重考虑冰雹云主要移动路径，作业站点一般布设于冰雹云产生的源头和移动路径（保护区）上游地区。另外，各作业站点还要综合考虑联防联控，这是防御较强冰雹云的一个重要手段，可起到事半功倍，节约用弹和提高防雹效果的作用。结合上述拉孜县的两条水汽输送通道和两条冰雹多发带的地理位置，拉孜县的人工防雹作业站点主要应该布设在其进入拉孜县的源头和上游地区、以及沿途重点保护区的上游地区。

2.2.2 人工防雹作业指挥技术优化。气象雷达指挥是人工防雹作业的一个重点环节，利用雷达实时监测云系演变、提前识别冰雹云并选择作业时机是作业成败的关键。侯正俊［13］利用日喀则市711 测雨雷达和江孜县CTL 型数字化气象雷达1999—2003 年观测到的118 次冰雹云过程回波资料,统计分析得出雷达识别冰雹的判别指标，即：当雷达回波强度Ze≥30dbz、回波高度H≥8km、可发出降雹预警；当H≥8km，Ze≥40dbz，可以判别为有冰雹出现，准确率达到64%以上；当H≥10km，Ze≥50dbz,判定为强降雹，准确率达到90%.这些指标在拉孜县的人工防雹作业指挥中也发挥了重要作用，但是近几年来，人工防雹作业雷达指挥在拉孜县遇到了困难，一是由于山脉阻挡，日喀则市新一代多普勒天气雷达在拉孜方向存在探测盲区，二是拉孜县的小型数字化雷达已年久失修，导致没有雷达数据可用。我们根据内地人工防雹的成功经验结合高原气象特点，总结出了一套拉孜县夏季冰雹云的先兆特征综合定性指标，在实践中取得了很好的识别效果。

樊志超［14］总结湖南省西北部山区夏季冰雹云的特点，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，可以快速有效提早发现冰雹云。通过总结拉孜县20 多年的人工防雹工作经验，收集民间谚语，并经实际冰雹云观测检验，发现这些指标通过改进可以应用到拉孜县，但与湖南省相比较，拉孜县夏季冰雹云的先兆特征综合定性指标具有明显的高原特色。

2.2.2.1 感冷热。拉孜在春夏季节，特别是春夏之交，如果早晨露水重(湿度大)，而到中午时，太阳辐射强烈，体感闷热，当日或次日容易下冰雹。

2.2.2.2 辨风力。雹云来之前，地面风力加大且吹向云底（气流辐合上升），雹云到时风向突变，与云的移向一致。有“雹前都有风，没风就很轻”之说。

2.2.2.3 看云色。一般雹云，云色基本上为顶部发白，底部发黑，云的中部有时也发黄发红。有“黑云黄边子，一定有雹子”之说。

2.2.2.4 听雷声。炸雷声脆时短，一般不含雹。闷雷俗称拉磨雷或连响雷，这种雷声弱而低沉且连续不断，一般是云中放电，雷声在空中反复多次，在地面听起来就低沉，短促且连续不断，有“拉磨雷，雹成堆”之说。

2.2.2.5 识闪电。竖闪是云体与地面间放电，这种云一般不含冰雹。横闪是云体之间放电，一般含有冰雹，横闪多与雹云发展中的接云（合并）有关，灾害严重的冰雹云常具有较强烈的闪电，有“横闪多雹，纵闪多雨”“闷雷带横闪，雹子大如碗”之说。

2.2.2.6 参谚语。一些关于冰雹云外部特征的谚语有很好的识别作用，云体高耸庞大、云顶发展旺盛、云塔不断上冲云砧发展，呈扫帚形和白色丝缕状，有“白头脑，黑云系一定要下雹”“云生发要下雹”之说；云前后上下翻滚剧烈，低层前部呈滚球状，翻滚越厉害冰雹越大，有“乱搅云，冰雹临”之说；两块或多块对流云合并，雹云发展强烈，有“云打架，雹子下”之说。

以上这些雹前天气现象，不能单一地、孤立地看，必须综合地进行分析，才能提高目测识别的准确率。这个综合定性指标仍应尽量与冰雹云的雷达定量判别指标配套使用。