闽西北地区降水回波特征和人工增雨作业条件分析

闽西北地区降水回波特征和人工增雨作业条件分析林长城;陈彬彬;隋平;王宏;夏辉;陈敏艳【摘要】利用新一代天气雷达回波资料、850 hPa天气图和地面降水资料对闽西北地区的云雨资源、有利人工增雨作业的天气系统、降水回波特征及人工增雨作业指标进行分析.结果表明:福建闽西北地区有利于开展人工增雨作业的主要天气系统可分为9类:大陆高压、副高外围、暖区辐合、热带辐合带、低槽、台风(低压)、低涡、低涡切变和其他类.积层混合云为当地人工增雨的主要作业对象.积状云和积层混合云的回波高度和回波面积越大,对应的降水等级越高.积层混合云的回波强度和负温区厚度对降水等级影响明显.闽西北地区火箭人工增雨作业指标为:积状云和积层混合云的回波强度分别为大于30 dBz和25 dBz,回波顶高分别为5500m和5000m以上,负温区厚度大于1500m和2000m,回波面积大于1000 km2和2500 km2以上,垂直积分液态水含量大于1 kg·m-2和云系云顶温度介于-28～-12℃之间.%The cloud and precipitation resources, weather systems propitious to precipitation enhancement operations, precipitation echo characteristics, and indexes of precipitation enhancement operations in Northwest Fujian are analyzed, based on the CINRAD radar echo images, 850 hPa synoptic charts and surface precipitation data from 299 weather processes from May 2005 to July 2007. The results show that the chief weather systems propitious to precipitation enhancement operations include continental high, subtropical anticyclone, warm-sector convergence, tropical convergence, the other, trough, typhoon (low pressure), low vortex, and low vortex shear, respectively. Stratus-cumulus mixed clouds were the primary objects of local precipitation enhancementoperation. For cumuliform clouds and stratus-cumulus mixed clouds, the larger the echo height and area were, the higher the corresponding precipitation grade was. The echo intensity and the depth of negative temperature layer of stratus-cumulus mixed clouds had great effects on precipitation grade. The indexes of rocket precipitation enhancement operations in Northwest Fujian were: the echo intensity of cumuliform clouds and stratus-cumulus mixed clouds should be larger than 30 and 25 dBz, the echo top should be higher than 5500 and 5000 meters, the depth of negative temperature layer should be larger than 1500 and 2000 meters, the echo area should be larger than 1000 and 2500 square kilometers, the vertically integrated liquid water should be more than 1 kg·m-2, and the cloud top temperature of nephsystem should range from -28 °C to -12 °C, respectively.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2011(039)006【总页数】6页(P697-702)【关键词】回波特征;作业指标;人工增雨【作者】林长城;陈彬彬;隋平;王宏;夏辉;陈敏艳【作者单位】福建省气象科学研究所,福州350001;福建省气象科学研究所,福州350001;福建省气象科学研究所,福州350001;福建省气象科学研究所,福州350001;福建省气象局,福州350001;福建省气象局,福州350001【正文语种】中文福建省1975年起在古田水库开展人工降雨随机试验研究，前后历经12年，区域平均雨量回归分析结果表明：在1500km2影响区内平均相对增雨23．81%，绝对增雨量每3h增加1．21mm，统计显著性水平达0．01以上，投入和产出比为1∶50［1］，并得到国内外专家的高度肯定。

闽西北地区位于福建省内陆，在古田水库的西面，同样有充沛的水电资源，福建省7座大型水力发电水库中有5座坐落在本区域内，每当福建省电力供应紧张时这5个大型水库的水力发电都起到关键的调节作用。

近年来福建省政府十分重视通过人工增雨技术来增强水库蓄水发电能力，保障福建省电力的安全供应，为此福建省水库人工增雨作业也由以往的应急型逐渐转为常态型业务，对人工增雨技术的需求也日趋强烈。

随着新一代天气雷达的业务投入，对人工增雨作业技术的认识，特别是对闽西北地区云雨资源回波特征的认识及人工增雨作业指标体系的建立都有待于进一步完善和提高。

目前新一代天气雷达已广泛应用于人工影响天气领域，如陈冰等［2］在2002年5月的闽西地区抗旱人工增雨作业中利用新一代天气雷达产品资料展开人工增雨作业效果综合分析；伍志方等［3］利用雷达多普勒产品对广东春季降水特征及人工增雨作业条件进行分析，得出具有人工增雨潜力的径向速度特征的分型结果；李玉林等通过对夏季对流云结构特征［4］和云水资源特征［5］进行分析，为江西人工增雨作业提供科学依据；张建军等［6］提出利用雷达等探测资料和不同分析手段来识别不同类型降水云的方法。

目前在福建西北地区还未对当地的云雨回波特征进行全面分析，同时用于当地火箭人工增雨的作业指标也有待于进一步建立和完善。

为此，本文利用2005年5月至2007年7月福建龙岩新一代天气雷达的回波资料、850hPa天气图和地面降水资料对闽西北地区的云雨资源展开分析，旨在寻找有利于闽西北地区人工增雨作业的天气系统及加深对云水回波特征的认识，并在此基础上进一步完善闽西北地区火箭人工增雨作业的指标体系，以满足当地水库人工增雨业务发展的需要。

本文所用的雷达回波资料取自2005年5月至2007年7月龙岩新一代天气雷达的产品资料，2年间共取得299个不同天气系统控制下的降水过程。

雷达回波特征量取组合反射率（Zr，单位：dBz）、最大组合反射率（Zrmax，单位：dBz）、回波顶高（Hr，单位：m）、最大回波顶高（Hrmax，单位：m）和最大回波面积（Srmax，单位：km2），其中Zr 和 Hr 表征某个天气系统影响闽西北地区期间云系总体的回波强度和云顶平均高度，而Zrmax、Hrmax和Srmax则表征某个天气系统影响闽西北地区期间云体各个特征量发展到极值的状况。

取与雷达观测同期的邵武探空站1日2次观测的0℃高度值（H0℃，单位：m），对闽西北地区上空的云体负温区厚度（Hr－H0℃）进行估算。

根据不同天气系统下云系的不同性质，按其雷达回波结构特征分为积状云、层状云和积层混合云3类。

以850hPa天气图的风场分析为准，对影响福建闽西北地区的天气系统进行分类，大致分为9类不同性质的天气系统：大陆高压、低槽、低涡、低涡切变、副热带高压外围（简称副高外围）、暖区辐合、热带辐合带、台风（低压）和其他类［7］。

取9类天气系统影响闽西北地区时所对应的降水过程最大雨量（Rmax，单位：mm）来表征其降水能力，以天气系统影响闽西北地区出现降水回波起至降水回波移出闽西北地区的时间止为系统降水持续时间（T，单位：h）。

表1为2005年5月至2007年7月闽西北地区9类天气系统的分布统计结果。

由表1可见，在2005年5月至2007年7月，影响闽西北地区降水的主要天气系统以低涡切变为主，约占1／3以上，其次是暖区辐合、大陆高压、低槽、副高外围、其他类、台风（低压）、低涡和热带辐合带。

从各类天气系统的降水持续时间平均状况来看，台风（低压）系统的降水时间最长，达18．4h，其次是低涡切变、热带辐合带、低涡和低槽，均在15h以上，大陆高压和暖区辐合在10h左右，其他类和副高外围的降水持续时间最短，低于9h。

从9类天气系统的过程最大雨量平均结果来看，低涡切变影响时最有可能引发局部暴雨事件；同样的，低槽、台风（低压）和低涡系统的过程最大雨量也都超过40mm以上，出现局部暴雨事件的可能性也相当大；另5类天气系统的过程最大雨量都低于30mm，比较适合作为人工增雨作业的主要对象。

由于闽西北地区地处低纬，受海洋性季风气候影响十分明显，冷暖空气势力经常在此交汇，形成不同性质的降水回波特征。

表1显示了2005年5月至2007年7月闽西北地区9类天气系统下不同性质回波特征的分布结果。

由表1可见：在299个降水过程中，积状云出现次数为102次、积层混合云为197次，其中197次的积层混合云里包含1次层状云和72次初始由积状云发展演变至积层混合云的降水过程，说明在这2年当中闽西北地区的降水回波主要以积层混合云为主，层状云出现的机会相当少，同时积层混合云出现的机会比积状云高出近1倍，其降水持续时间和过程最大雨量均值同样也高出1～2倍，说明积层混合云的降水能力相当强，这与云系本身结构特征有很大关系，由于积层混合云的回波是由大片絮状层状云回波中局部嵌夹对流单体回波构成的，一旦云系内对流单体发展活跃，其顶部产生的冰晶在下落时对层状云进行“自然播种”［8］，形成局部出现强降水；如果云系内持续维持位势不稳定，可在云系内连续产生对流活动，这种“自然播种”现象也得以维持，因此引发强降水或暴雨事件发生。