◇福建省泰宁县气象局 杨隆辉

依据人工防雹理论和多年人工防雹实践，对三明地区冰雹云的识别方法、火箭防雹的作业时机与部位、射击方法与用弹量估算等进行研究，并明确提出冰雹云识别指标、火箭防雹的作业时机与部位、高效的射击方法及用弹量估算的技术方法。

本文依据冰雹形成机理和防雹作业技术，结合实践经验，对三明地区冰雹云的识别方法、火箭防雹的作业时机与部位、火箭发射时的角度、用弹量的近似计算方法等进行研究，为提升人工防雹作业的效率与质量，尽可能减少或防止冰雹对烟草植株的危害，保护烟农种植烟叶的积极性。

1 冰雹云的识别方法

在强对流天气中正确区别冰雹云和雷雨云，可以减少不必要的浪费，提高防雹的科学性。在各种冰雹云识别方法中，多普勒天气雷达因其回波形态演变特征、回波参量演变等可以对冰雹云的强度、位置及其移动路劲等信息进行及时、准确地追踪，并为人工防雹作业提供防雹的最佳时机及部位、需要使用多少弹药等准确的信息或参数参考，故而成为指挥人工防雹的主要工具。三明地区于2013年将布设在泰宁县峨嵋峰的新一代天气雷达投入业务使用。新一代天气雷达具有的较高时空分辨率、对强对流灾害性天气云体结构特征演变准确反映等特点为指挥员准确及时指挥以及作业人员提前进入防雹作业状态提供了重要技术支撑。近年来，我国气象专家学者利用雷达产品识别冰雹云进行了大量的研究，并取得一些初步成果[1-3]。

整体而言，冰雹云的发展遵循以下特征：初始回波出现在0～-5℃的负温区，随着雹云的发展而表现出异常增长，而45dBz强回波区往往出现在云体中上部。本文参照省局人影办总结的人工防雹作业指标及气象权威专家研究结果得出的一些共性结论，给出新一代天气雷达识别冰雹云指标判据（见表1）。

表1 雷达识别冰雹云指标判据

2 作业时机

相关工作人员应当对冰雹云的发展过程进行密切关注。就初始雹云而言，一旦监测到在5min之内雷达的初始回波顶高呈现出显著的增加趋势（上升高度位于1000～2000m以上时），则能够得出云体正快速增加，一旦出现这一现象则表明即将可以开展人工防雹作业。若雹云已经发展起来，则按照固定点防雹作业方式对雹源部位进行单点多次或多点过量催化，依然会有防雹效果。

在人工防雹作业开展过程中，如何准确把握雹云的跃增阶段较为困难，再加上作业点具有固定性，因此该项作业必须征求航空管制部门的同意，给利用最佳作业时机防雹带来难度，所以指挥人员在发布作业指令时应根据实际情况尽可能估算出时间提前量，利于野外防雹作业人员抓住最佳作业时机。

3 作业部位

通常情况下，自然雹胚形成与增长区域即为开展作业的部位。在作业过程中，应当使用雷达对这一区域进行准确监测。由于-4℃为碘化银的成冰阈温，即在环境温度低于-4℃的云层内，碘化银微粒才能活化为人工冰核，因此火箭播撒碘化银微粒的高度必须达到或高于当地目标云环境温度-4℃层以上高度。考虑到云中温度一般稍高于环境温度，作业起始高度应在-4℃高度以上。通过云室测定，在-10℃时该复合焰剂经高温燃烧制备的碘化银成核率达到1015个/g。因此，作业部位通常选择在高空环境温度-6℃高度层以上的自然雹胚形成、增长的区域。

3.1 “穴道”、“零域”概念

根据许焕斌、段英[4]研究提出的人工防雹作业概念模型认为，在雹云的主上升气流边侧必然存在着水平速度为零的区域，这一区域被称为“零域”。另外，在该区域的垂直剖面上还有一条线，该线为“零线”。顺着“零线”，水凝物粒子将会呈循环运行增长趋势，之后还会进入到以主上升气流为主的冰雹长大区，进而形成雹。此时在“零线”下方的主上升气流的旁边还存在着入流区，该区域被称为冰雹的“穴道”，在“穴道”的入口位置处形成雹胚，之后随着尺度的不断增加，雹胚将会进入到上升气流区，以上即为形成冰雹的“穴道”理论。因此，在开展催化防雹作业时，仅仅需要将催化剂播撒在“穴道”区域，就能够使自然雹胚与人工雹胚之间由于相互“争食”而对冰雹的成长起到一定的抑制作用。

3.2 作业部位的确定

通常情况下，将催化剂播撒在“穴道”位置处，在对“穴道”位置进行确定时，应当首先找寻“零域”位置，即云体主上升气流区及流场相对水平风向几乎为零的区域，这一操作可以使用多普勒雷达资料对其进行判定，若雷达站与云体正面相对或相向，在对其进行判定时往往使用径向速度图；当云体从雷达站的侧面经过时，对其进行判定时通常需要借助悬挂回波的轴线，这一轴线显现的位置就是“零域”的位置。另外，还可以直接使用风廓线（VWP）等资料对“零域”的位置进行判定。若多普勒雷达导出的风廓线产品的回波移速与风速保持一致，则其所处的高度就是“零域”线所处的高度。这一“零域”线高度位置处的下边沿区域即为开展人工防雹作业的部位。在开展防雹作业时，既要考虑“穴道”的位置，同时也要满足播撒区的温度一般在-6℃高度层以上的自然雹胚形成、增长的区域之间。一般，单体最大上升气流区的确定往往使用多普勒雷达组织反射率因子产品，而播撒催化剂的位置往往选择在单体移向的正前方及回波强度最外部30～40dBz位置处，并根据就近探空站资料如邵武站8时、20时探空资料计算播撒高度。

4 射击方法

通过计算火箭发射架与冰雹云作业部位的方位角、仰角，作业人员在征得航空管制部门的同意后，及时发射火箭弹进行防雹作业。防雹火箭弹飞行时弹道易受环境风的影响，其尾翼升力所产生的力矩大于头锥升力所产生的力矩。因此，火箭弹头锥往往向着来风方向。当逆风对火箭进行发射时，受到风向的影响，往往会导致火箭位于“低头”状态；相反，在顺风天气条件下对火箭进行发射时往往会使火箭位于“抬头”状态，另外侧风条件下将会导致火箭向着来风方向，所以应根据环境风力大小适当调整修正火箭方位角或仰角。

4.1 发射角度的计算

由于火箭弹是轴对称的，假设尾翼安装无偏差，发动机推力无偏斜，在无风条件下，可以认为火箭是在一个不变的垂直平面内飞行。根据火箭弹运动方程，可以对每一种火箭弹，按不同的俯仰角计算其弹道，编制出不同俯仰角的弹道图和弹道表分别见图1和图2。

图1 BL－1A火箭弹弹道图

图2 BL－1A火箭弹弹射表

4.2 火箭弹作业参数的修正

若出现过大的风速时，风往往会对尾翼式无控火箭的飞行弹道产生一定程度的影响，此时往往会以风情为依据适时对作业角度进行修正。为便于修正往往将风向量分解为两个方向，即横侧方向与发射方向。就前者而言，来自横侧方位的风通常会导致方位角发生一定的改变，导致发射平面与火箭飞行弹道之间保持相同的距离，进而导致火箭指向风吹来的方向。在实际工作当中应当以当时风速与发射角为依据对作者参数修正量进行修正。若出现顺风时，通常应当降低发射仰角，相反则应当调高。如果出现横侧风，则应当及时对方位角进行调整，使修正方向与风向保持一致。发射方向的风将会对发射仰角产生一定程度的影响，当为顺风时，风将会导致火箭处于抬头状态；相反，则会导致其处于低头状态。

5 用弹量的计算

作业用弹量M计算公式一般为：

以上公式当中，V代表播撒体积（km3），通常使用雷达进行探测估算；Q代表播撒云区内的含水量（g/m3），一般选用绝热含水量，往往使用探空资料或地面气象资料进行计算获得；G代表0℃层高度位置处单个不成灾冰雹粒子的水质量，其质量通常为0.5g；F代表催化剂成核率（个/g），通常取-10℃时的成核率值；E代表人工冰核增长为人工雹胚的概率，一般取10-4；n代表一枚火箭弹的催化剂（AgI）含量（g），BL－1A型火箭弹每枚催化剂（AgI）含量为10.8g。通常情况下，火箭播撒呈线状分布，再加上弹道极易发生偏移，因此仅仅有很少一部分催化剂会进入到指定的播撒区域。本文将有效播撒率的平均值选取0.2，则通过计算得出一枚火箭AgI的有效含量为2.2g。例如，将G=0.5g，E=10-4，F=1014，n=2.2代入上式，得

由上式可见，播撒区体积V与播撒区内的含水量Q对火箭发射数量起到一定的决定性作用。就一块中等尺度的对流单体而言，如果播撒区的体积为10 km3，含水量为6～8g，则通过计算得出只需要发射6～8枚火箭。

实际作业中，还应在作业后根据雹云强弱，密切关注雷达回波变化决定是否继续作业。

6 结语

本文通过对火箭系统人工防雹技术进行分析探讨，明确三明地区利用新一代天气雷达识别冰雹云的判据指标，以及新一代天气雷达在火箭防雹作业时机、部位、火箭防雹作业用弹量的近似计算方法等方面的应用，以达到早识别、早作业，尽可能减少雹灾对烟叶等造成损害。

火箭防雹时间紧，技术要求高，各环节都要根据雹云的变化进行适时适当调整修正。指挥、作业人员应充分利用近年建设运行的新一代天气雷达的准确定位功能，再与高空站的相关资料相结合，以定量订正影响其作业的参数因素，进而尽可能在较短时间内向作业点传输作业调整修正数据，使人工防雹作业更具精确性与有效性，发挥其应有的威力。