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防洪排涝
注意加强预防烟叶冰雹灾
来源:云南省烟草农业科学研究院
更新:2010-05-27
  冰雹灾害是由强对流天气系统引起的一种剧烈性气象灾害,云南大部烟区为冰雹灾害频发区。据玉溪通过天气雷达观测表明,每年6至8月,天气雷达回波强度在35dBZ以上的强对流日数在68天以上,强对流天气的发生导致产生大风、冰雹等气象灾害。玉溪市1965年至2008年的气象记录统计资料显示,每年均有冰雹灾害发生,发生较多的年份达43次(2004年)。大理州气象局资料显示,烟叶大田生长期(5-9月)平均每年发生冰雹灾害0.2~0.3次,即3~5年遇到一次冰雹灾。冰雹会对烟叶造成直接的物理损伤,影响烟叶产质量,发生严重时可造成烟叶绝收。不同烟株生长期遇冰雹灾害所造成的损失程度不同,团棵期以前被冰雹袭击,可利用烟株的再生能力,采取留二杈烟等措施进行补救;若在现蕾期前后遇冰雹灾害,将造成绝收,给烟农带来较大经济损失,严重影响烟农种烟积极性。
  当前,烟株已进入旺长期,近期部分烟区已有冰雹灾害发生,如,5月28日易门县小街乡3个种烟村和通海县杨广镇义广哨村的部分烟田,1400余亩受雹雨袭击,造成不同程度的损失。因此,各烟区应注意加强冰雹预防,密切配合气象部门做好冰雹发生预报,及时采取人工影响天气的积极应对措施,减少冰雹灾害发生率,降低烟叶自然灾害风险。
  一、预报冰雹的方法
  准确的冰雹预报,对于在降雹前积极采取防护措施有重要意义。预报冰雹,目前尚无可靠的预报指标,大都是利用地面的气象资料和探空资料,参照当天的天气形势,根据对云中声、光、电现象的仔细观察及冰雹的活动规律,结合雷达观测综合预报
  1、观云预报
  冰雹云的识别,对于不同地区和季节、不同类型的雹云、不同发展阶段、不同的探测手段和识别方式,都有差异。根据专家长期的积累,只要掌握四要素,就能较准确预知冰雹的到来,从而提前做好防雹准备。
  一是感冷热。湿气大,中午太阳辐射强烈,造成空气对流,易产生雷雨云而降雹。
  二是看云色。冰雹来临以前,雹云内翻腾滚动十分厉害,常常是两块或几块浓积云相对运动后合并而加强发展,往往有利的地形条件也会加强气流汇合;雹云的颜色先是顶白底黑,而后云中出现红色,形成白、黑、红的乱纹云丝,云边呈土黄色。
  三是听雷声。俗言道,“拉磨雷,雹一堆”。雷音很长,响声不停,声音沉闷,像推磨一样,就会有冰雹。
  四是观闪电。一般雹云的闪电大多是横闪,而下雨云则是竖闪。
  但需提前6~3~0.5小时做出预警,包括预报落区和时段,防止漏报。
  2、雷达预报
  雷达预报即利用一定强度雷达回波对应高度和顶温识别冰雹云,利用雷达可以定量观测到云的高度、云的厚度、云的雷达回波强度等特征量,并结合连续监视云的移动及其结构变化,确定会不会下冰雹。雷达回波指标因地方和季节不同而特征各异。据玉溪市气象局多年探索实践,当雷达回波强度达35dBZ以上的强对流天气出现,就可能会下冰雹;据“九五”国家科技攻关成果,陕西旬邑县用冰雹云雷达回波特征指标(表1),结合雹云发展特征(如初始或初期回波一般在5—6公里的负温区出现,在雹云发展阶段常发生异常增长等),可提前5—10分钟识别出冰雹云。用雷达识别雹云,应根据当天预报,每半小时观测一次,当雷达回波强度达到警戒值时,应立即采取人工防雹作业。
  部分地区雷达回波参量综合参考指标:
  (1)回波顶高是云内垂直气流强弱的重要指标,举例:强冰雹云的回波顶高≥11公里;弱冰雹云≥6.5公里;平均值为≥8.5公里;环境温度为-6--12℃;
  (2)强回波顶高与对流层顶(探空)的差距也是识别冰雹云的重要指标。差距越小、冰雹越强。参考指标:RHI 强回波顶高平均值6公里左右。冰雹云强回波中心位置一般在5公里以上,可作为判别冰雹云与非冰雹云(5km以下)的指标;
  (3)回波强度≥40dBZ。随季节变化,夏季较强;
  (4)RHI回波宽度≥15公里;
  (5)云中正温区厚度与负温区厚度之比,一般为1:3;负温区厚度越大越不稳定;
  (6)雷达指标对应卫星云图云顶温度<-40℃;
  (7)RHI 回波出现弱回波穹窿,悬挂回波,砧状回波,梯形坡度大,出现回波墙等特征;
  (8)RHI跃增。回波强度,回波顶高,强回波顶高, 出现突增;平均增幅5分钟内上移1-2公里;
  (9)PPI人字形带状回波,在人字两带交接处易降雹;
  (10)PPI钩状回波,如果出现在对流云的发展阶段, 预示着降雹;
  (11)PPI 指状回波的指尖与主体的连接处为冰雹云的主要发生区;
  (12)PPI在涡旋状回波根部或V形缺口回波顶端易发生冰雹;
  (13)在5—7公里高度上出现强度为10—15dBZ的初始回波并且几块回波生消后排列成带,受系统和热力因子影响有突发性增长,预示可能降强冰雹。
  此外,也可运用强回波顶高和0℃层高度,结合上述多种指标发现冰雹云与雷雨云的差异,从而区分冰雹云和雷雨云,具体方法如下:
  H强—H0≥K     为冰雹云
  H强—H0
  H强 表示强回波顶高,H0表示当天0℃层高度;
  K:地区、季节不同,其值不同。
  二、防雹方法
  采取人工影响天气是最为有效的防雹措施,人工防雹是以云和降水物理为基础的科学技术减灾手段。据玉溪市对多年人工防雹效益分析,防区内的冰雹发生率仅为2%左右,投入产出比达1:26,仅2006年,全市避免或减少烤烟雹灾经济损失5亿多元。目前,使用的防雹方法有两种,一种是爆炸方法,另一种是催化方法,至于选择用哪种方法,还需根据各地的实际情况来决定。
  我国主要使用爆炸方法。过去,防雹的主要工具是土炮,炮中装几两火药,没有炮弹。近年来各地普遍采用和推广了空炸炮和土追击炮,可发射至300-1000米高度。这种炮造价低、爆炸力强。也有些地区制造了各种类型的火箭,也使用了高射炮,可以射到几千米高空。究竟爆炸为什么能防雹,目前尚无确切的答案。有人认为爆炸时产生的冲击波能影响冰雹云的气流,或使冰雹云改变移动方向。有的人认为是爆炸冲击波使过冷的水滴冻结,从而抑制冰粒增长,而小冰雹很容易化为雨,这样就收到了防雹的效果。
  第二种防雹方法是化学催化方法。利用火箭或高射炮把带有催化药剂(碘化银)的弹头射入冰雹云的过冷却区,改变云和降水及冰雹的微物理结构,改变冰雹生长形成的物理过程,通过过量催化,大量增加云中人工冰核,争食水分,降低成雹条件,抑制冰雹的增长或化为雨滴。药物的微粒起了冰核作用。
图1  作业时机选择流程图
  三、防雹作业技术
  运用上述方法和指标以及其他方法识别冰雹云,一般初始回波形成后的前5分钟内强回波强度迅速增大。冰雹云的先兆特征一旦出现(必须在冰雹尚未形成时),立即实施作业。一旦形成冰雹降到地面,作业就失去作用。因此,早期识别,早期作业(作业时机选择流程见图1),是作业成败的关键因素。作业时机选择流程见图1。
  1、不同雹云类型作业
  (1)单体雹云。受地形和局地气候影响较大, 生命史短,往往在半小时内由积云发展成冰雹云,几分钟后冰雹落地。作业要迅速及时,并监视新生成的单体,提前作业。
  (2)多单体雹云。锋面切变线或飑线过境时的雹暴。回波带基本分5种:单带、双平行带、平行短带、 涡旋状回波及并存多单体回波。应针对不同形态的出现,提前作业。
  (3)强单体雹云。强冷空气及强风切变背景下的庞大云体,生命史较长。可见弱回波区及周围弱回波穹窿、悬挂回波及强回波梯度区等特征。一般难以防御。如果作业设计严密,提前作业,对-8℃~-12℃层及其以上1公里左右的强回波区开炮并同时对弱回波区,悬挂回波及其下方-2℃~-6℃层附近区域催化,可能收效。
  2、作业时机
  (1)雷达初始回波顶高在5分钟内明显上升1-2公里以上,表明云体处在从雷雨云向冰雹云发展的跃增阶段,即为高炮作业开始时间。
  (2)提前作业。在单体初生时作业或雹云形成之前的雷雨云阶段即作业,易收到防雹效果。防雹作业应尽可能设计好时间提前量,如果时间未能提前,可在防护区上风方5公里处作业,使之提前降雹, 对防护区而言也可能收到防雹效果。
  3、作业部位
  作业部位为云中强上升气流区自然雹胚形成的位置,决定于冰雹云的类型和发展阶级,应根据雷达观测确定。一般在-6℃(高度)以上,撒播层厚度一般为1km。
  4、催化剂量
  (1)由雷达与临近探空资料,确定雹云的尺度、体积。当雹云强中心距炮位10公里处时,用雷达对强中心用等分贝衰减(5或10分贝)或数字化雷达显示,强回波顶高即可定为作业积云顶高,减去从探空查得-5℃层高度,即得作业积云体厚度h。雷达读出该积云宽度R,则作业云体积V=1/3πR2h,计算出作业云体积。
  (2)根据强回波中心位置、移向移速与炮位的距离查对出高炮射击的方向、仰角、高度(附表1)。
  (3)根据人雨弹催化剂成核率、自炸时间、雹云体积及云中液态含水量计算用弹量。
  5、用弹量估算
  防雹作业用弹量估算较复杂。与作业云的强度、体积、含水量、催化剂成核率等有密切关系。单纯从人雨弹成核作用考虑,一次强冰雹云作业需用弹量超过1000发。在我国,目前同时考虑催化成核作用和人雨弹爆炸效应。
  防雹作业的用弹量估算公式: 
  其中V为作业对象云体积(km3),Q为作业云中含水量(g/m3);G为0°层高度单个冰雹粒子质量,一般为0.5克;f为催化剂成核率个/g;E为人工冰核播撒可增长成人工雹胚的份额,一般取10-3 ~10-4;n为一发人雨弹的AgI含量 (g)。
  鉴于各种作业对象云的差异及不确定因素,可在平时结合作业实践经验和数值模拟结果,估测出各种类型雹云作业的用弹量。表2是参考用弹量。
  增雨作业用弹量则少一些。根据作业积云发展旺盛期的强度、体积、含水量等因素,分别发射一定数量的人雨弹,如分期分批分等发射20、40、或60发。 
 
  6、射击方法
  防雹作业采用何种射击方法,关系到入云催化的效果。
  (1)前倾梯度射击组合。当云体呈前倾状态向作业点移来时,采用相同引信炮弹,不同扇面,不同射击角度,弹距基本相同,迅速组合射击;使炮弹在不同高度、不同水平距离上迅速相继爆炸,弹着点在云内呈上小下大前倾式梯形分布。 
  (2)垂直梯度射击组合。当云体呈立柱式状态向作业点移来时,采用相同扇面,低射角发射短引信炮弹,高射角发射长引信炮弹,弹距基本相等,使炮弹在不同高度同一水平距离相继爆炸,弹着点在云内呈立体垂直梯形分布。
  (3)水平射击组合。当云主体逼近作业点时,采用相同扇面,低射角发射长引信炮弹,高射角发射短引信炮弹,弹距基本相等,使炮弹在同一高度、不同水平距离迅速相继爆炸,弹着点在云内呈一个平面梯形分布。
  (4)同心园射击组合。云主体移到作业点天顶时,采用低射角发射长引信炮弹,高射角发射短引信炮弹,连续点射3600两圈,弹距基本相等,使炮弹在作业点的天顶周围同一高度上组成双层同心园。
  (5) 后倾射击组合。当云体刚刚移过作业点呈后倾状态时,采用大体相同的或上小下大的扇面,不同射角发射相同引信炮弹,弹距相等,使炮弹组成一个后倾平面或梯形相继迅速爆炸。
  (6)扇形点射组合。当云体减弱或炮弹型号不全及数量不足时,采用同一引信炮弹,相同射角,相同扇面,对云体某一高度进行单发连续射击,弹距基本相同。 
  (7)侧向射击组合。当云体从距作业点侧面3-5km移过时,对准云体前部,采用侧向射击方式,以云体宽度1/2~1/3为扇面,以不同射角发射长引信炮弹。
  火箭飞行弹道为抛物线,只是在近地面看似直线,易使火箭操作人员采用图2中φ1射角进行作业。但在高空,其飞行轨迹是明显弯曲的,故在静风状态下,云体准静止不动时,应采取φ2射角作业。风向会影响火箭飞行,“迎风飞”可使火箭向上风方位移,“随风漂”可使火箭向下风方位移。考虑到此二者有相互抵消作用,作业时应采用图2中的φ3射角为好。

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