一次人工增雨作业云回波个例分析
杨 梅1 ， 许 彬1 ， 经爱凤1 ， 李玉林2
(1.江西省气象台，江西 南昌 330046； 2.江西省人工影响天气领导小组办公室，江西 南昌 330046)
摘 要：根据雷达连续观测所获取的降水回波资料，对2000年7月29日人工增雨作业前后的天气背景、雷达回波演变等特征进行分析，得到了一些有益的结论。
关键词：人工增雨 回波 分析
中图分类号：P481 文献标识码：A 文章编号：1007－9033(2001)04－0024－04
2000年7月29日，我省37个县（市、区）抢抓高空低槽和北方冷空气南下等有利的天气时机，适时进行了人工增雨抗旱作业，增雨效果明显。南昌713天气雷达对这次人工增雨作业过程进行了跟踪观测，发现作业后的云体出现了顶高升高、强度增强、水平尺度增大、云体合并等变化，特别是合并后的云体（团）在北抬移动过程中，不但在所经之地产生了强降水和≥20 m/s的强风，而且使对流性降水转变为积、层混合性降水，从而使雨带更趋稳定，降水范围和降水量都增大。
1 天气背景
这次人工增雨作业过程发生的前期，500 hPa图上中高纬度为两槽一脊型，贝加尔湖以西及鄂霍茨克海分别为低槽区，江南受稳定性大陆高压控制，维持晴天多云天气。随着贝加尔湖低槽的东移加深，7月29日，我省渐处槽后西北气流中。
从700 hPa和850 hPa天气图上可以看到，28～29日中低层低槽位置基本重合，且槽底位置偏北，江南上空以偏西气流为主，西南气流维持的时间较短，风速和湿度的变化也不明显。图面上我省仅在29日08时出现了短时西南气流，最大西南风风速也在这一时段出现在桂林（700 hPa：6 m/s）、郴州（850 hPa：10 m/s）。
跟踪地面锋面的移动情况可以发现，7月25～26日，贝加尔湖以西就有冷空气堆积，但冷锋东移南压缓慢，且明显滞后于高空低槽的东移速度，形成了前倾槽的不稳定形势，有利于对流天气的发展。随着冷空气前缘冷锋29日08时前后侵入我省，我省降水强度开始增强，且强雨团与锋面位置吻合较好，29日20时冷锋移至定海、福州到桂林一线，强雨带也基本移出我省。
2 人工增雨作业云雷达回波演变
2.1 对冷锋雨带西南段（铜鼓、上粟）作业云回波变化
从7月29日回波演变分析来看，最早的降水回波出现在上饶北部的乐平、德兴、景德镇等地。由于这些区域毗邻鄱阳湖，而且东部有1 800 m以上的玉京峰等高山，偏西气流在这里易受阻抬升，因此从29日08时开始，这一带对流云生成比较活跃。其中位于玉京峰东面的德兴，09时～10时出现了顶高15 km、强度45 dBz、水平尺度≥25 km的对流云团。10时测站西部、西南部，有一些零散阵雨回波。抬高仰角4°后，可见位于九岭山后的修水、武宁等地也有零散的对流云。根据观测经验，这些零散的对流云也是冷锋雨带的一部分。它们与赣东北景德镇等地的较强对流组成1条长达400 km、宽10～15 km的冷锋对流带。10时32分位于冷锋雨带SW段铜鼓到萍乡一带对流有所活跃。其中铜鼓附近较强，顶高为11 km，强度40 dBz，水平尺度约10 km（图1）。10时40分铜鼓、上粟区分别对各自上空的对流云进行作业。作业30 min后，在雷达上可看到冷锋雨带的西南段对流单体明显增加，在铜鼓、上粟区附近的云体范围明显扩大。其中铜鼓变化最为明显，回波顶高由10时32分的11 km增加到11时21分的17 km（增加了6 km），强度由40 dBz增加到50 dBz（增加了10 dBz）；强中心（50 dBz）的顶高达到11 km，厚度达8 km，水平尺度增加了1倍多，成为1块典型的强对流云（图2、图3）。这一切说明作业后云内对流明显增强。同样，在上粟区上空的云经催化后也明显增强，水平尺度扩大，顶高伸展到12 km，但和铜鼓的作业云相比，其催化后的云发展速度较慢。
另外，从云回波的连续演变看，铜鼓上空的云经催化后，随冷锋向SE方向发展，而上粟区的云经催化后，则随SW气流向NE方向发展，这2块云都在向对方传播和移动，它们各自的前沿开始相遇产生辐合而生成新的对流云，同时又合并到经催化的较大单体中。11时43分铜鼓方向经催化的云已由20多km2扩大为40×20 km2的中尺度对流短带，带内45 dBz的强单体顶高达16 km，云底宽度达20多 km。受它的影响，位于这条中尺度短带下风方的宜丰于11时58分出现了20 m/s的偏西大风，且1 h内降雨量达24 mm。12时后，铜鼓、上粟区再次作业，位于被催化云下风方的万载此时也开始对该块云进行作业。作业后，上粟方向北方的云，由原来的20多km2扩大为50×20 km2的中尺度对流短带，顶高由11时46分的10 km增加到12时42分的16 km（增加了6 km），强中心强度达45 dBz，强中心（45 dBz）的顶高达7 km，35 dBz的顶高达13 km。12时～13时万载降水达22 mm（图4）。
随着南北2块云的不断扩大和相对运动，12时42分2块云的前沿已经开始接触。12时52分2块云已经完全弥合在一起，形成1块70×50 km2的特大对流云团（图5）。合并后的云团在赣江边的清江附近停滞，强中心位于云团前沿靠近赣江一侧。受对流云团的影响，13时20分、14时12分清江站分别出现了18 m/s的大风和30 mm/h的强降水。13时30分合并后的强（云）雨团并没有随冷锋继续向偏SE方向移动，而是转朝NE方向移动。13时41分处于它前进方向的丰城出现了28 m/s的雷雨大风，并在13时～14时产生了21.5 mm的降水。由于强雨团的北抬，带动了暖湿气流加速往北输送，使得位于冷锋雨带东北段的余干、万年在13时～14时分别出现了36.2 mm和33.8 mm的降水。特别是由于强雨团的北抬，13时30分后冷锋雨带降水性质发生改变，由对流性降水转变为混合性降水。
2.2 合并强（云）雨团带来的变化
从雷达回波演变看，合并后雨团的北上使冷锋雨带内部发生了很大的变化。首先，它使原本分散在测站附近的对流云趋于合并且集中到了强雨团之中；其次，降水性质也发生了变化。8时～13时冷锋雨带内大多数为对流性降水，13时30分后冷锋雨带转为混合性降水，雨带外形结构也由分散的对流块（带）转为连续性的降雨带。正是这一降水性质的转变，导致了降水范围扩大和累积雨量的增大。13时～17时冷锋雨带以25 km/h的速度自NW往SE方向移动，所经之处普遍出现了中～大雨，局部地区出现了暴雨。
2.2.1 雨团的北上使分散的对流群（带）迅速集中和加强
11时40分雷达抬高仰角4°，观测到在冷锋雨带中段的靖安、奉新、永修等地也有较强的对流单体发展。其中永修由于地处修水和潦河交汇处，水汽充沛，云体顶高一度高达15 km，强度45 dBz，并在11时～12时下了20.2 mm的降水。由于当时永修没有作业，这块云仅维持了约30 min就减弱了。而靖安、奉新则在12时后对天顶附近的单块对流云进行了作业，30 min后，奉新出现了强对流单体，回波顶高达12 km，强度达45 dBz。这块强单体致使奉新在12时～13时出现了24 mm的降水。13时11分，此对流单体与高安北部的对流合并形成1条长达60×15 km2的中尺度对流云带。这条对流云带随锋面缓慢南移，当南面强雨团北上至丰城、进贤一带时，这条对流云带迅速融入其中。
对流单体的聚集，使分散的雨带趋于集中，也促进了对流的发展。位于雨带下风方的余干、万年在13时30分和13时03分分别出现了18 m/s和20 m/s的SW大风，13时15分～14时25分两地还连续3次出现了强降水。
2.2.2 特大雨团的北抬改变了冷锋雨带的降水性质
从雷达分析中看到，13时30分前冷锋雨带中的降水主要以对流为主，但自特大雨团北上网罗了众多的对流单体之后，冷锋雨带的降水性质就发生了变化，由对流性降水转为以层状云和对流云混合的降水。雨带的外形也由孤立的块（带）中尺度雨带演变为长300 km、宽30 km的SW－NE走向的天气尺度降水带。这条天气尺度降水带自新余经清江、丰城、进贤直至余干、万年一带（图6）。乐平在11时36分作业之后又在12时～13时进行了作业，万年于13时～14时进行了作业。处乐平下风方的万年等地回波明显加强。
冷锋雨带在缓慢南移的过程中，雨带的外形结构基本上没有变化，但随着雨带SW段趋近于赣中山地，强度明显增强。14时～16时，临川、余江、鹰潭等地多次对雨带前沿进行了高炮作业。处于雨带前沿的乐安、崇仁分别于14时45分和14时26分出现了20 m/s的雷雨大风，位于雨带SW段的峡江14时56分出现了强降水，临川区15时10分出现了30 mm/h的强降水。雨带所及之地普遍出现了中～大雨。
15时后冷锋雨带明显南压且强度减弱，雨带SW段出现了断裂。此时临川、余江、鹰潭等地继续对雨带中段较强的部位进行了作业，雨带再次趋强。位于雨带中段的余江和处雨带前沿的资溪、黎川分别在16时20分、16时40分、16时58分出现了强降水。17时后冷锋雨带才完全移出我省。
3 人工增雨的最佳催化部位和时机
从上述回波分析中可以看到，铜鼓、上粟区、万载、奉新、靖安、余江、临川、乐平、万年、鹰潭等地人工增雨作业后降水效果都比较明显，作业区及下风方雨量普遍加大。从雷达回波上看到，作业点都选在冷锋锋面和紧挨冷锋的前沿。实践证明，对这些部位进行人工增雨作业，由于云内上升气流、辐合力量都比较强，所以人工增雨作业后增雨效果比较明显。
此外，对处于不同发展时刻的云进行作业，其效果也是不一样的。11时21分当铜鼓、上粟区人工增雨催化成功后，位于雨带东北段的乐平出现了较强的对流。当时云的顶高16 km，强度达45 dBz，水平尺度≥25×25 km2。但此时强回波中心尺度较小，仅有3 km的厚度，且离地面有4 km的高度。分析表明，这是1块处于发展阶段的对流云。乐平于11时36分对此块云进行作业后，云内的强中心强度明显增强。11时～12时乐平出现了39.1 mm/h的强降水。被催化云的SW侧有对流单体朝余干、万年方向伸展，而对流单体伸展的方向正是SW气流的入流方向。在这种有利的形势配合下，12时～14时余干、万年出现了强降水。这表明人工增雨催化的时机是否得当，对增雨效果影响极大。当离锋面较远或处锋后时，作业效果并不理想。
4 结语
人工增雨是一门理论性和实践性都很强的学科。它的成功与否与天气系统和暖湿气流的配置关系非常密切，与地形、地物及对云的催化部位、催化时机、催化量关系也很密切。除此之外，作业后的效果检验更是件繁琐的工作。雷达可以探测云内上升气流的强弱、含水量的多寡等，从而被用于人工增雨的效果检验已在国内外使用多年。从本文分析可以看到，催化后的云体不但出现了云顶升高、强度增强、水平尺度增大等特征，而且还出现了云体之间的合并，最终发展成为几十km的特大雨团。美国气象科学家的研究表明，地面合并而成的50 km2的大风暴，表现出有很强的地面辐合，从而具有改变所在环境的能力，而低层水汽的辐合对下风方的降水量和发展强度是十分重要的。合并后的雨团在北抬过程中使周围的对流向它加速靠拢，进而使原先处于对流性的降水带转为混合性降水带。对此，有关的气象专家认为，对流云积聚所产生的下沉气流消耗了部分不稳定能量，抑制了积云的发展，但也正是它增加了云层进一步发展所需的低层水汽辐合，使降水量增大和持久。
收稿日期：2001－04－21
第一作者简介：杨 梅(1952－)，女，高级工程师，主要从事短期天气预报研究.
