百色市一次人工防雹过程分析

詹莹玉，钟韬，张正国，黄晓辉，程鹏

（广西壮族自治区人工影响天气办公室，广西南宁 530022）

冰雹是我国主要气象灾害之一，许多地区每年都会受到不同程度的雹灾影响，了解其发生发展机制有助于提前做好防范，减少灾害造成的损失。飑线发生发展常伴随着雷雨大风、冰雹等强对流天气，陈梓浩等［1］对广东一次强飑线过程进行分析，发现冷锋和切变线南压是该飑线产生的主要机制，高低空大气层结的有利配置是其重要的动力和维持机制；梁钊扬［2］发现对流层低层充足的暖湿水汽输送和辐合、层结的不稳定、“上冷下暖”、中层干空气的卷入以及低层辐合、高层辐散是一次强冰雹天气发生发展的必须条件；郝建平等［3］利用多普勒天气雷达产品分析了大范围降雹天气过程的降雹指标；汪海恒等［4］发现多普勒雷达三体散射回波特征对大冰雹的产生有很好的指示意义，旁瓣回波对冰雹有一定预警作用；林雪仪等［5］通过统计分析得出了清远地区前汛期雷雨大风和冰雹天气的物理量指标。

人工增雨防雹火箭是目前防雹减灾的重要工具，国内各省针对人工防雹开展了一系列研究，李成鹏等［6］对比分析近几年滇中人工防雹作业过程中的对流回波演变特征，得到不同防雹工具的作业指标；王庆等［7］分析了两个极相似风暴单体在催化和未催化情况下风暴单体的演变特征，表明开展防雹作业的风暴单体有回波强度减弱、回波高度下降、VIL（vertically integrated liquid water）减小、生命史缩短等特征［8］。针对实际防雹作业过程的风暴云演变特征及其效果的研究有利于指导各地有效的开展人工防雹作业，有效减少冰雹灾害造成的损失［9-11］。

2019年4月11日广西省百色市出现了中到大雨局部暴雨，并伴有强飑线的天气过程，所辖10个县（市、区）33个乡镇出现了冰雹，最大冰雹直径约50 mm，全市12个县（市、区）均出现6级以上大风，最大风力为右江区汪甸乡28.4 m/s（10级）。本研究针对该次冰雹天气过程的发生发展机制及各县开展防雹作业的雷达回波演变情况进行分析，为今后进一步开展相关研究奠定基础。

1 资料

本研究所用资料为2019年4月10日08：00—11日20：00（北京时，下同）的气象观测资料、NCEP再分析资料、多普勒天气雷达探测资料，以及百色市各气象信息员对冰雹过程的反馈资料、火箭作业资料等。

2 天气形势

2.1 环流形势

2019年4月11日08：00—20：00 500 hPa东亚大槽、高原槽、南支槽同位相叠加东移，广西省西北部的百色市处于南支槽前（图1）；700 hPa桂西受风速＞12 m/s的西南偏西风急流控制；850 hPa切变线自贵州南部向广西北部移动，11日20：00位于广西境内，呈东北-西南向。4月10日08：00—11日05：00百色市地面为西南暖低压控制，11日08：00—20：00地面冷锋不断自北向南移动，11日14：00百色市中部处于冷暖空气交汇处，对流活动开始发展。11日08：00—17：00，百色市南部有一湿舌维持，干线（露点锋）位于中部，呈东北-西南向，随着冷空气的南下，干线不断向西南方向移动，有利于触发百色市境内强对流系统的产生。

图1 2019年4月11日14：00 500 hPa位势高度

2.2 大气不稳定条件

2019年4月11日08：00对百色市温度-对数压力图（t-ln p）分析，850 hPa高度出现逆温层，有利于能量的累积；850 hPa温度与500 hPa温度差为31℃，探空层结为上干冷、下暖湿结构，有利于强对流天气的产生；湿对流有效位能为1 151.4 J/kg，K指数为36℃，沙氏指数为-3.55℃，850至200 hPa垂直风切变为42 m/s，较强的不稳定能量和层结以及强垂直风切变有利于强对流天气的产生；0℃层高度位于600 hPa左右，-20℃层高度在400 hPa左右，0、-20℃的配置有利于大冰雹的产生。

3 风云4号卫星及多普勒天气雷达产品

风云4号红外卫星云图显示，2019年4月11日15：00百色市西北部开始有对流云发展，云团不断东移与东部强对流云团合并发展，强对流云团主体于21：00移出百色市境内；20：00红外云图显示贵州省南部出现中尺度对流辐合体，并不断向南移动，于21：00进入百色市境内，继续不断发展并向东南方向移动，于12日00：00移出百色市境内。

百色市多普勒天气雷达资料显示，11日13：00—20：00百色市受不断发展、消亡的孤立单体风暴影响为主；20：00北部受呈片状分布的多单体风暴影响，21：00—12日01：00飑线自西北向东南方向移动影响百色市。12日01：00—06：00百色市西南面为不断发展、消亡的多单体风暴影响，该时段风暴回波强度较弱。

4 地面火箭作业情况

强对流发展的主要时段及主要影响地区的地面火箭作业情况如表1所示，过程前期百色市南部受强孤立对流单体的影响，夜间开始自北向南受飑线系统影响，受强对流系统影响的各县（市、区）积极开展防雹作业，夜间开展作业的时间、地点与飑线的影响时间、移动位置基本一致。

表1 2019年4月11日17：40—22：15百色市开展人工增雨防雹作业情况

4.1 人工防雹对雷暴单体的影响

11日17：13百色市田林县南部（图2，单体A）、云南省文山州富宁县北部分别有对流单体发展（图2，单体B），回波形态相似、强度相似，单体自西向东移动，移动路径相似，两个单体距离较近且几乎同时生成，下垫面及环境背景基本一致，单体A、B在生成、移动过程中与百色市多普勒天气雷达的距离接近，强对流影响过程中有针对风暴单体A开展人工防雹作业，单体B始终无作业影响。17：40—17：44回波单体A前端（东南部）汪甸乡开展人工增雨防雹作业；18：01—18：07单体A与南部新生的对流小单体合并加强并出现勾状回波，18：13单体A与南部小对流单体分离并继续西移，18：19单体A移入凌云县沙里乡境内，18：32—18：35沙里乡开展防雹作业，18：36回波主体最大组合反射率因子为40 dBz，18：54单体A减弱消亡（组合反射率因子值 ＜35 dBz）；17：43—18：54单体 A南部及后部不断有分散的新单体生成，这些小单体风暴沿着单体A的路径移动，单体体积较小，最大组合反射率≤55 dBz，21：23全部小单体风暴均已消亡。17：13—21：29单体 B不断西移发展，最大组合反射率始终维持在55 dBz以上，最大值达65 dBz，22：22在河池市巴马县北部减弱消失。单体A较单体B减弱速度快、生命史短1 h左右。

两个单体的回波顶高演变分析，在第一次作业前（17：25—17：37）回波顶高均为 11 km，作业后（17：43—18：31）单体A回波顶高 ＜单体 B回波顶高；18：32—18：35凌云县沙里乡开展人工防雹作业，作业结束后单体A回波顶高进一步降低（图3），之后又稍增高，但该时段内单体A回波顶高始终明显小于单体B的回波顶高，表明人工防雹作业有效的抑制风暴单体的发展。

图3 2019年4月11日17：13—18：54风暴单体A、B回波顶高演变对比

两个单体的垂直累积液态水含量（VIL）最大值分析（图4），第1次作业前（17：13—17：37）单体A的VIL最大值≥35 kg/m2，作业后（17：43—18：31）VIL迅速下降至 5 mg/m2；18：32—18：35凌云县沙里乡开展防雹作业，作业结束后，VIL变化不大，而未开展防雹作业在单体B的VIL始终维持在30 kg/m2以上，表明在回波发展较强盛阶段开展人工增雨防雹作业使得VIL下降明显，作业有效抑制了风暴单体的发展。

图4 2019年4月11日17：13—18：54风暴单体A、B的VIL最大值演变对比

4.2 人工防雹对飑线的影响

20：59百色市西北部受飑线系统影响（≥35 dBz回波长宽比 ＞5），21：03—21：05位于飑线西段的百色市田林县福达乡开展人工防雹作业，作业后回波强度继续加强，未发现明显减弱现象；21：10—21：12位于飑线东段的乐业县新化镇开展人工防雹作业，作业后回波继续加强，未发现明显减弱现象，据福达乡、新业镇气象信息员反映，该时段内作业影响区域无大冰雹产生，表明局地、非连续作业对飑线主体的发展未造成明显影响，但仍可能对作业影响区域产生一定的防雹效果。

21：40—22：12飑线西段自北向南先后受田林县八桂乡、潞城乡，右江区汪甸乡、凌云县朝里乡防雹作业的影响；22：12—22：15，凌云县沙里乡开展防雹作业，由于此时强回波主体已移出沙里乡，作业前后飑线回波强度变化不明显；22：15—23：45，百色市境内未开展人工防雹作业。23：40受前期防雹影响，飑线F段回波强度较飑线东段减弱明显（图5，方框区域），表明开展持续性的区域联合人工防雹作业对飑线发展有一定抑制作用。

图5 2019年4月11日23：40百色市多普勒天气雷达组合反射率因子（单位：dBz）

5 结论

1）该次冰雹天气过程是由高空槽引导低空切变线及地面冷锋南下造成的，地面冷空气入侵发展旺盛的西南暖低压，触发了强对流天气的产生，地面干线的存在有利于触发强对流天气系统，温度、湿度随高度的变化配置有利于大冰雹的产生；过程前期温度-对数压力图、物理量场对冰雹的产生有很好的预示意义，分析大气环境场有利于提前做好防雹作业准备。

2）对相似风暴单体在作业和未作业情况下的雷达回波演变特征进行分析，发现开展防雹作业的单体回波强度、回波顶高、垂直累积液态水含量较未受人工防雹作业影响的单体减弱明显，表明在风暴单体发展旺盛阶段开展人工防雹作业能够有效的抑制对流云的发展，在风暴主体减弱的同时，带来的降水使得大量潜热释放，这有利于其后部新单体的不断生成，这些新风暴单体强度维持在55 dBz以下，生命史较短，不利于大冰雹的产生。

3）局地的、非连续性的防雹作业对飑线主体的影响不明显，但对作业影响区域可能有一定的防雹作用；在飑线移动路径、回波发展较旺盛阶段持续开展区域联合人工防雹作业能够抑制飑线的发展；飑线强回波主体过境之后开展作业，对飑线主体的发展影响不明显，表明作业时机对于防雹效果的影响很大。

本研究仅针对一次防雹过程进行分析，样本不足，且由于作业区缺乏精密的云物理观测设备，未对防雹过程中云层的微物理特征、影响机制、催化剂量对防雹效果的影响等进行分析，今后仍需进一步开展相关研究。