冰雹形成过程及人工防雹研究综述

冰雹作为一种短时强灾害天气,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。文中首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究情况,然后围绕人工防雹机理、技术、科学试验及效果评估这4个方面的研究进行了评述,旨在从理论和实践上总结人工防雹工作的进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进中国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:（1）“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限。（2）雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结而成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻生长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度的高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、风垂直切变等关键因子。（3）人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”2条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的6种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的2种播撒防雹理论。（4）人工防雹技术上多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹生长的目的。（5）大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需根据各地冰雹云特征及其降雹特点制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。（6）人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个“瓶颈”,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业进一步快速发展。      

关于冰雹抑制的一些问题

人类企图抑制冰雹活动的历史是很悠久的。很早人们就采取打炮的办法来抑制冰雹,打炮防雹的方法从十九世纪末到二十世纪初在中欧各国非常盛行,当时也有试验使用火箭的。那时,欧美气象部门的负责人曾经开了几次关于爆炸防雹的国际会议,但没有多久,这项工作就停顿了下来。1950年以来,由于受人工降水工作的影响,抑制冰雹的研究工作又逐渐多起来,使用的方法与过去没有多大差别,主要是在云中爆炸TNT炸药。爆炸防雹方法到1970年已经不用了。现在主要是用往云中播撒催化剂的方法抑制冰雹。往云里播撒催化剂抑制冰雹是云物理过程的人工变换。成功与否取决于对雹云结构的认识。雹云种类很多,雹云中的风场很复杂,而且风的垂直分量很大。对每种雹云必须掌握好播撒催化剂的时间和部位。因此对雹云进行分类是很必要的。雹云大体上可以分成两大类:超单体雹云和多单体雹云。     

冰雹云物理发展过程的一些研究

本文包括近年来我们在冰雹云物理研究几个方面的工作,即冰雹云单体生命史、云体併合与雹云形成、雹云和环境条件关系、冰雹云物理分类、冰雹云闪电观测分析和人工防雹的某些研究。 文章扼要地给出了上述研究的主要结果。     

闪电观测在人工防雹中的应用

预先识别雷雨云和冰雹云对人工防雹工作具有重要意义,采用科学而简易的方法达到这一日的,是防雹地区广大群众的需要。采用闪电观测方法去分辨上述两种强对流风暴可能是一种有效的方法。本文将简要介绍我们在这方面的一些初步研究结果,供在防雹工作中有关人员参阅。我国不少雹区群众根据长期实践经验指出:冰雹云中雷声比较沉闷而连续不断,常称为“拉磨雷”或“闷雷”;而雷雨云则相反,通常响亮而短促,称为“炸雷”。一些台站和单位也利用收音机中雷电干扰声来帮助判别雹云。在此基础上,我国兰州高原大气物理研究所、中     

五类雹云的作业方案设计

目前我国的人工防雹作业已普遍采用三七高炮,选择适宜时机,向云体的适当部位发射适量的碘化银炮弹,影响雹云的发展过程,达到抑止冰雹生长的目的.同时,随着雷达探测雹云技术的发展,已经能够根据雷达回波识别雹云的结构和类型.由于不同类型的雹云,冰雹在云中的生长过程不尽相同,因此,为提高人工防雹的作业效果,必须注意对不同类型的雹云采用不同的作业方法.本文根据国内外的防雹理论和各地的实践经验,对五种类型雹云作业方法的设计进行初步探讨.     

三维冰雹云催化数值模式

为了研究冰雹形成机制、催化防雹机制和通过数值试验获得冰雹云优化催化技术,在以前工作的基础上,发展了一个３维弹性冰雹云催化数值模式。模式考虑了冰雹云中详细的微物理过程,各种粒子采用双变参数谱,将云中水物质分成水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰、冻滴和雹８类,可以预报粒子的比浓度和比含量,尤其可以计算以霰或冻滴为胚胎的雹块的数量,非常适合研究冰雹的形成机制。此外,建立了催化剂ＡｇＩ的守恒方程,考虑了人工冰核的凝华核化及与云、雨滴接触的冻结核化过程,并用地面降雹动能通量检验催化防雹效果,因此,也可以研究催化防雹机制和对雹云的催化技术。     

Y值分布图及其在人工防雹中的应用

介绍了欧洲识别冰雹云的Y模式、Y值分布图以及区域降雹分布图的绘制。结合玛纳斯河流域一次强降雹过程的观测资料,研究和探讨了利用Y值分布图或区域降雹分布图,在识别雹云、指挥防雹作业、评估防雹效果以及研究雹云的降雹特征等方面的应用。     

新疆冰雹云研究综述

冰雹灾害是困扰新疆经济发展的主要因素，防雹减灾的关键在于对冰雹云的判识与预警。通过总结新疆1959—2021年的人工防雹发展历史、冰雹云的空间分布特点，冰雹云团的移动路径和冰雹发生的大气环流特征、雹云的微物理特征、气流结构以及气象卫星、雷达和闪电定位仪及数值模拟技术在冰雹云研究领域中的应用。对新疆冰雹云研究中存在的问题，提出相关对策与建议，为今后的研究提供依据和参考。     

冰雹形成机制和催化防雹机制研究

利用文献［１］发展的三维弹性冰雹云催化模式模拟研究了１９９７年７月８日陕西省旬邑防雹试验区出现的一块冰雹云,分析其冰雹形成的物理机制,对雹云做了高度催化试验,研究了催化防雹机制。结果表明,９７％的雹块是以冻滴为核心增长的,在云中冰雹还未形成前,于强上升气流区的适当高度催化效果较好,而在上升气流极值高度,亦是高含水量区催化效果最好。催化使霰和冻滴的浓度增加,粒子质量减小,向雹的转化比例大为降低,因此雹块的质量和浓度都减小,达到了防雹的目的。     

云南一次典型降雹过程的冰雹微物理形成机理数值模拟研究

冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机理。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.7 m s?1。通过对冰雹形成的微物理过程分析研究表明,雹/霰胚的主要生成来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占95%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占5%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.3 mm至3.0 mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.3 mm的雹/霰胚较难增长;大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷雨水累积带,但过冷雨水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大。     

咸阳市冰雹路径研究

利用2007-2016年旬邑711雷达资料和咸阳市冰雹资料对冰雹云的发生、发展、移动和合并等特征进行了分析,总结了咸阳市五条冰雹移动路径.其主要特征有:雹云移动路径、影响区域等具有较明显的年际变化特征;多条路径雹云相互作用、合并加强是造成咸阳冰雹灾害的一大特征;根据冰雹移动路径科学规划防雹作业点布设,可有效实施防雹作业...     

冰雹云雷达识别方法及防雹作业经验

总结了辽宁省40余年人工防雹工作积累的成果和经验,归纳了3种类型冰雹云的雷达回波特征以及利用回波形态、回波参量和综合指标对其进行雷达识别的方法,并结合冰雹云数值模拟结果,总结了对具有液态水累积区的雹云、对超级单体冰雹云和对多单体冰雹云实施人工防雹作业的一些经验,对于各地的科学防雹作业具有参考作用。     

人工防雹作业浅析

1引言人工防雹[1],是对将要降雹的冰雹云施加人工影响,以减少和避免冰雹灾害。目前,人工防雹作业在理论和实践上都取得了很大的进展,积累了宝贵的经验,成为群众所愿意接受的减灾手段,受到各地有关部门的大力支持。防雹作业后,冰雹的密度、质量、个体减小,减轻了雹灾程度。冰雹云内存在着雷电和强大的升降气流,给观测和试验研究带来了困难,人工防雹至今仍处于试验研究阶段[4]。随着科学技术的发展,人们对雹云认识的深入,人工防雹工作必将为人类作出更大的贡献。2冰雹的预报冰雹预报有下面几种主要方法。有天气图方法、点聚图、T-LnP图及高…     

催化防雹最优方案的数值试验探究

利用全弹性三维冰雹云数值模式,对2016年6月5日河南三门峡单体雹云个例进行模拟,将催化防雹的方式、时间、区域、剂量指标动态化组合形成81种方案,从而更高效、更精细地探究能够产生显著防雹效果的作业指标值域,探究催化防雹作业指标的最佳组合方案。结果表明:(1)减雹效果显著的催化方式、区域、剂量非固定单一指标,而催化在雹云初期内越早越好;催化防雹的显著效果取决于适合冰雹个体的各催化作业指标的优化组合。在雹云形成最早期,使用合理值域内的最大剂量对过冷水含量中心进行垂直催化,可使减雹效果最显著。(2)催化防雹后降雹量的减少转化为降雨量的增加,总降水量随之增加。(3)霰转化成冻滴、雹粒撞冻过冷云水增长二者的减少是冰雹时空积分总量减少的重要因素。(4)试验获得的8种减雹效果显著方案,其冰雹含水量极大值较未催化方案均减少80%;催化防雹对冰雹含水量极大值的分布位置影响很小。     

一次右旋风暴三维结构分析

认识冰雹云结构和冰雹形成的物理过程,是有效地进行人工防雹试验的基础。为了逐步加深对冰雹云结构的认识,我们于1977年8月6日在昭苏县防雹现场,用一部711型测雨雷达和一部701测风雷达,同时对一次冰雹云进行较细致的探测,并对探测结果进行初步分析。     

冰雹的形成

夏季,天空有时乌云翻滚,电闪雷鸣,随后,一阵大大小小的冰雹象下雨一样砸到地面,一扫而过,顿时,给人民生命财产和农业生产造成了严重损失。为什么在闷热的日子里,天上会突然降下冰块呢?在短短的时间内,冰雹是怎样形成的呢?了解这个问题,对于人工防雹有着重要的意义。在人工防雹工作中,十分重要的一环就是要弄清冰雹在雹云中的形成过程,从而设法阻止雹云的发展,以达到人工防雹的目的。     

冰雹云概念模型与冰雹增长探讨

由冰雹云概念模型指标，对强对流单体进行雹云或雷雨云识别，并对识别的雹云进行降雹直径的预测，可直接应用于防雹作业和判断效果。     

1981～199O年苏联防雹作业的效果

本文对前苏联不同地区的降雷可能性进行了考虑，并对其防雹的需要程度进行了评估。有关防雹应用系统的组织结构及统计资料在文中做了介绍。统计资料包括：防雹保护区面积，冰雹、雷暴和阵雨日数，插云口数，播撒降雹云、有降雹危险云以及有可能降雹云的云块数，火箭和炮弹的消耗量，插云剂的消耗量，播撒成功和失败的播云日数和云块数，冰雹灾害面积，10个防雹区中的每一个防雹区以及整个前苏联防雹网络的防雹物质效果和经济效益。1自1967年以来，根据一项政府计划，在降雹可能性最大的下述地区，开展了旨在保护农作物的防雹工作。这些地区…     

《甘肃冰雹云结构研究》出版

由气象出版社出版发行的《甘肃冰雹云结构研究》一书,最近已与读者见面。本书为兰州干旱气象研究所高级工程师廖远程同志,根据自己和同志们长年深入高寒多雹的甘肃永登、岷县人工防雹研究基地所探测、收集、整理的资料和积累的经验编著的。该书综合概述了试验基地冰雹云物理问题的主要研究结果,并把重点放在冰雹云结构研究方面。全书共分八章;为冰雹云气流结构,冰雹云温度结构,雹暴逆温层特性分析,雹云的分类结构,龙卷回     

俄罗斯火箭防雹作业系统

俄罗斯农业防雹作业已经实施了几十年，火箭云催化技术一直在不断发展，并且成为最有效的一种方法。它的物理基础是，使有可能形成冰雹的云体中的降水加速。为了达到这个目的，技术上要求自动的雷达探测，雹云早期发展阶段的辨认，雹云体积和质量的确定，