第七师垦区雷暴天气成因与精准化人工防雹作业技术的研究*

徐 龙，张 丹，李慧敏，王妮妮，刘 辉

（1.新疆生产建设兵团第七师气象局，新疆 奎屯 833200；2.石河子气象局）

0 引言

农业是第七师胡杨河市的支柱产业，主要农作物有棉花、小麦、番茄、甜菜等，垦区地处干旱和半干旱气候区，属冰雹多发地带，每年的4～9 月为降雹的高峰时期，是第七师垦区主要气象灾害之一，经第七师气象局数据统计，自1993—2019 年，过雹面积在1.33 万hm2以上特大灾害6 日次，0.33 万～1.00万hm2重大灾害7日次，特别是2019年8月23日的雷雹天气，过雹面积1.67 万hm2，重灾面积达1.20万hm2，给第七师农牧业造成经济损失约2.5 亿元。项目组成员认真研读2020年习近平总书记关于“三农”工作的重要论述，深刻领会人影工作对农业生产的保障作用，充分认识精简人影防雹队伍、优化人影指挥流程、科学精准指挥人影防雹作业是摆在第七师人影工作者面前亟需解决的课题。

1 技术方法

精选第七师垦区2010—2020 年期间出现万亩以上重大灾害的典型雷暴日个例30 个。统计分析各路径生成发展的典型雷暴特征，对每条路径不同的下垫面特殊条件、大气环流背景、时空分布特征等进行研究，找出雷暴天气在发展过程中各阶段的气象物理量参数和多普勒天气雷达回波特征[1]，依托“三道防线”主要防雹措施，合理布局，实施精准化防雹（增雨）作业。

2 冰雹各路径雷暴特征

2.1 一路径雷暴生成发展特征及防雹措施

一路径为西北路径，雷暴发生概率为43.9%（见表1），其下垫面为丘陵山地。强对流天气主要受西西伯利亚低涡（槽）分裂短波的影响，天气多处于西北方向地面高压前部。山区谷地聚集充沛的水汽，受地形抬升作用，常常在山区上空形成强对流云体，气流在过山后会发生波状运动，常常形成平行于山体走向的带状回波或超级单体，根据统计带状回波占比为73%，主要影响一二六团、一二七团、一二三团、一二八团、一二九团等团场，造成的灾情往往比较严重。在统计的30 个雷暴个例天气中，雹云的初生阶段和发展阶段在山区就已形成，出山后直接进入跃增阶段或降雹阶段。云体多为传播型雹云，雷达回波主要表现为云体左侧降水，右侧不断有新单体生成加强，影响时间长。

此路径发生的超级单体，每次都给第七师垦区农牧业造成巨大冰雹灾害，2011 年6 月22 日凌晨过雹面积3.08 万hm2，重灾面积1.21 万hm2；2013 年6月23 日过雹面积0.40 万hm2；2019 年8 月23 日过雹面积1.67 万hm2，重灾面积1.20 万hm2。这些超级单体往往在山区上空就已经成熟，催化难度较大。

防雹措施：加强对流天气的预警预报和联防工作，利用火箭车辆的机动性，将一线团场作业火力推进到北山山区布防，在山区中对雹云天气实施早期催化作业，迫使其产生大量降水，二、三线团场与乌苏市火箭作业车辆向前推进到防区前沿，集中火力对移出山区的雹云持续催化作业，效果会比较理想。

2.2 二路径雷暴生成发展特征及防雹措施

二路径为正西路径，雷暴发生概率为29.3%，其下垫面为沙漠、林场、水源地，雷暴发生地主要在甘家湖牧场，有低涡（槽）分裂短波的影响，大气层结不稳定时，本地区热力条件好，有较强垂直上升运动，水汽充足，雷暴生成特点多为中空云系，根据资料统计，正西路径12 次雷暴天气，中空发展9 次，占比为75%。雷暴特点是发展迅猛，自初始到降雹15～30 min，云体在一二五团产生降雹减弱后东移至一三〇团奎屯水库（主要移动路径），水汽补充会造成云体再次加强产生降雹。

防雹措施：由于中空云系生成于4～6 km 高空，早期回波较弱，探测人员不易发现和识别，因此应提高雷达探测人员对早期中空云系的识别能力，做到早发现、早识别和早催化，在雹云发展初期应果断指挥作业车辆对雹云进行早期催化，效果比较理想；如果不能在初始阶段及时催化，雹云会在很短时间内跃增成熟产生降雹，催化效果将会很差。

2.3 三路径雷暴生成发展特征及防雹措施

三路径为西南路径，雷暴发生概率为26.8%，地形南接天山山脉，雷暴天气大多为低涡分裂短波槽前西南风控制，由乌苏古尔图镇西或西南进入七师垦区，沿天山自西向东或东偏北方向移动，移动过程中路经甘家湖牧场进入七师垦区，由于甘家湖牧场特殊下垫面，雷暴天气会再次加强，经常会与西北气流合并成南北宽约上百公里的云带，影响整个七师垦区，影响时间较长。

防雹措施：第七师与乌苏在此区域的防雹作业区相互交错，因此需要加强第七师与乌苏市联防机制，采取联合防雹作业，第七师火箭作业车辆与乌苏火箭作业车辆共同对云体进行催化作业，迫使云体连续产生降水，减少能量，达到消雹减灾的目的。

3 精准化作业个例分析

3.1 个例一

2019年8月23日19：50至21：30，第七师垦区内遭受了一次强冰雹天气袭击，冰雹直径1.5～3.0 cm，积雹厚度5～8 cm，过雹面积1.33 万hm2，重灾面积约1.20万hm2，经济损失约2.5亿元。

当日第七师垦区受高空低涡分裂短波的影响，大气层结处于不稳定状态。18：53 时，垦区上游庙尔沟山区南侧偏西方向有弱对流云生成，并自西北向东南方向移动，图1显示，在一二六团西北庙尔沟山区有对流云发展，云团面积较大，有2 个强中心（a、b），RHI 显示云体右下方强回波区产生降水，左上侧强区正在发展，第七师人影指挥中心申请作业空域，准备对云体实施早期催化作业。

19：07 时，a 单体回波强区面积增大（图1），RHI显示40 dBz 强区高度伸展至9 km，速度场显示云体中下部有强烈的气旋运动。b 单体随后逐渐与a 单体分离，向东北方向移动出七师防区。

图1 雷达PPI图

20：10 时，作业空域批复，七师防区内相关作业点对强对流云体进行了超剂量消雹作业，RHI显示，20：12 时云体高度达13 000 m，强中心高度达11 500 m，强中心宽度8～10 cm，强度55～58 分贝，云体已经完全发展成熟，云体内已存大量冰雹，并出现连续降雹现象，速度图显示云体中下部有强烈辅合现象。22：50 时，雹云减弱并移出第七师防区。

作业效果分析：此次雹灾属超级单体雹云所致，雹云尺度大，移速缓慢（约18 km/h），结构密实，影响面广，防雹难度大，属历年同期罕见，虽然在雹云发展初期进行了作业布局，但是由于空域批复较晚，未能对雹云进行早期催化作业（作业火箭车辆在防区外10 km 山区已布防），致使雹云进入防区时已经发展成熟，带雹移动20 余km，错失了最佳作业时机，后期进行了大剂量作业，效果较差。此次雹云天气过程过雹面积1.33 万hm2，重灾面积1.20万hm2，经济损失约2.5亿元。

3.2 个例二

2020年8月25日16：30至23：10，七师胡杨河市垦区4个团场出现暴雨夹冰雹。冰雹直径0.5～1.0 cm，局部密度较大，过雹面积约0.47万hm2，灾情轻微。

21：00 至22：40，七师胡杨河市垦区受高空低槽扰动的影响，生成于庙尔沟西南面的冰雹云，先后影响一二六团、一二七团、一二三团、一二八团和一二九团，图2 显示21：29 时雹云距离防区约10 km 左右，RHI 显示，云高1.0 万～1.2 万m，强度45～55 分贝，冰雹云结构密实，有明显弱回波区，速度场显示在云体中下部有强烈的辐合性气旋，伴有明显的雷声闪电，在空域批复的情况下，师市联防指挥部利用火箭车的灵活机动性，指挥一二六团流动防雹火箭在山区对雹云实施早期大剂量催化作业。

图2 21：29时雷达PPI图

图3显示，21：41时云体经过早期催化作业后移动至第七师防区内，并开始产生降水，速度图显示，云体中下部仍有气旋运动，云体中存在大面积逆风区，天气现象剧烈。师市联防指挥部及时指挥一二七团、一二三团和一二八团防雹火箭向一二六团方向移动，一二九团和一三〇团火箭车向一二三团和一二八团防区移动，集中火力对冰雹云持续实施大剂量催化作业。

图3 21：41时雷达PPI图

22：10 时，由于当日空域批复及时，经过连续不间断的大剂量催化作业，一二三团、一二七团和一二八团个别连队部分农田仍然产生降雹，造成棉花叶面受损，灾情轻微。

作业效果分析：一是2020 年8 月25 日13：30 时第七师师市人影办及时发布了冰雹天气预警，确保各团人影办提前做好一切防雹作业准备工作。二是各团人影办接到冰雹天气预警后，立即组织防雹队员和流动防雹火箭处于临战状态。天气雷达全天候跟踪探测垦区天空状况，向各团实时提供天气信息。三是及时和不间断申请空域并得到批复，确保了在雹云发展初期开展防雹催化作业（在距防区10 km 以外山区开始催化作业）。四是利用火箭车辆的机动灵活性，合理调动各防雹作业点作业车辆集中火力联合防雹，增加了防雹作业的提前量，最大限度地遏制了冰雹云的进一步发展和加强，有效地减轻了冰雹的灾害，防雹效果较为显著。

4 小结

（1）针对3 条路径不同下垫面条件和雷暴生成发展的各自特点，利用火箭车辆的灵活性进行合理布局，西北路径主要是在防区10～15 km外山区布防和早期催化作业；正西路径主要是在防区外的甘家湖牧场布防和早期催化作业；西南路径主要是加强与乌苏市区域联防，第七师作业火箭车辆推进至乌苏市防区边界共同防御作业，实现早期催化雹云的目的。（2）不断分析和研究历年的强对流天气的雷达回波资料，提高探测人员的天气雷达识别早期雹云能力，特别是对传播雹云的路径外推、中空雹云早期特征，做好地面防雹火力布置，及时开展催化作业。（3）通过个例分析，对强雹云进行早期和连续大剂量催化作业效果较好，错过初始阶段和发展阶段，雹云进入成熟期后再采取大剂量催化作业，效果不理想，对农牧业造成的冰雹灾害往往比较严重。