科普阅读:“数”说冰雹
来源:中国气象报社   发布时间:2016-05-14
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  “数”说冰雹

  中国气象报记者段昊书 通讯员曹艳察

  ■我国出现的冰雹大多以直径20毫米以下为主,尤其在冰雹频发的高原地区大多情况下均为5毫米左右甚至更小的小冰雹。

  ■冰雹过程的持续时间较短,一般仅为2分钟至10分钟,少数情况下可持续十几分钟;高原地区的冰雹过程有时持续时间更长一些,少数可达30分钟以上。

  ■单次冰雹过程的影响范围也不大,一般为宽约几十米到数千米、长约数百米到十余千米的地带。

  ■我国大部分地区降雹时间70%集中在13时到19时,以14时到16时之间为最多。

  随着近期南方地区频繁遭遇强对流天气,又到了一年当中冰雹最活跃的时期。5月6日17时,四川省雅安市汉源县多地遭遇冰雹灾害,造成汉源电网5条10千伏线路停运;当天,贵州省遵义市习水县落下大如鸡蛋的冰雹,不少车辆“遭殃”;5月8日晚,甘肃省酒泉市肃州区冰雹持续约5分钟,单个冰雹直径达10毫米。

  所谓冰雹,是指坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水。大冰雹总是选择从对流云层中最强盛的积雨云中降生。

  冰雹出生和成长的地方,位于云层中-10℃到-30℃之间的部分。在这里,有大量的过冷水滴随着气流飘动,而其中较大的过冷水滴通过冻结、凇附、凝华,形成了固态雹胚。雹胚形成以后,在不稳定能量所致的强烈上升气流的推动下不断运动,继续吸收兼并附近的水滴,或利用它身体表面的潮湿水膜,“捕获”周围的细小冰晶或冰粒子,从而不断成长。

  冰雹要想长大,需要足够厚的-10℃到-30℃云层,也需要对流运动提供能量。冰雹通过0℃云层后会在坠落过程中不断融化。0℃云层相应较低也是出现大冰雹的必要条件。

  中央气象台首席预报员方翀指出,我国出现的冰雹大多还是以直径20毫米以下为主,尤其在冰雹频发的高原地区,大多情况下均为5毫米左右甚至更小的小冰雹。但在一些对流发展非常强的过程中,也会出现直径达30毫米至50毫米的大冰雹,50毫米以上的冰雹则较为罕见。

  一次冰雹过程会持续多长时间呢?方翀说,冰雹过程的持续时间较短,一般仅为2分钟至10分钟,少数情况下可持续十几分钟;高原地区的冰雹过程有时持续时间更长一些,少数可达30分钟以上。

  单次冰雹过程的影响范围也不大,一般为宽约几十米到数千米、长约数百米到十余千米的地带。正是因为冰雹“来去匆匆”,亦具有局地性,针对冰雹天气的精准预报一直都是难题。

  那么,出现冰雹天气是否存在“时间规律”?尽管一天内任何时间均有降雹,但分析相关资料可知,我国各地在一天当中有一个相对集中的降雹时段:我国大部分地区降雹时间70%集中在13时到19时,以14时到16时之间为最多。湖南西部、四川盆地、湖北西部一带降雹多集中在夜间,青藏高原上的一些地方多在中午降雹。

  至于平均每年会出现多少次冰雹天气?方翀表示,分析1981年至2010年全国756个基本基准站冰雹观测资料统计结果后发现,我国黄淮、江淮、江南、华南及四川盆地的大部分地区年平均冰雹次数在1天以下,其中湘西地区年平均冰雹次数在1天至3天左右;东北、华北北部、西南地区东南部的年平均冰雹日数约为1天至3天;冰雹高发区位于西藏中北部、青海南部和川西高原等海拔高度较高的站点,年平均次数在10次至15次以上,最高达35次。

  我国发生冰雹次数最多的省份为西藏,但多为小冰雹,致灾并不明显。除高原地区外,北方发生冰雹较多的省份有甘肃、山西、河北等地,年平均次数在2次至7次左右;南方冰雹灾害较严重的省份则为贵州、云南、湖南等地,年平均冰雹次数在2次至4次左右。

  一般来讲,当冰雹直径较大、过程持续时间较长、与农业生产关键期相吻合时,冰雹天气的致灾性会比较强。

  重大冰雹气象灾害盘点

  中国气象报记者 王美丽

  1972年4月中旬,我国东部近二十个省(自治区、直辖市)三百多个县相继发生雹灾,并伴有暴雨、雷电和大风,甚至还出现龙卷风,造成336人死亡,3000多人受伤,砸毁房屋50多万间,灾情之重,影响范围之大,持续时间之长,均属罕见。

  1987年8月9日至11日,一次大范围降雹横扫了河北、山东、河南、陕西、甘肃、安徽、湖北、江苏、上海和江西等多个省(直辖市),有 113个县(市)降雹,受灾农作物28万公顷,毁房10余间,伤160余人,死20人。

  1996年5月25日至6月4日,湖北省9个市(州)的35个县、市出现冰雹,个头大如鸡蛋,致使62万公顷农作物受灾,死亡47人,受伤3800多人,经济损失达17亿元。

  2005年5月31日,罕见鸡蛋大小的冰雹突袭北京,持续时间十几分钟,万辆车辆受损,损失以房山和大兴最为严重,全市农作物受灾面积达13374公顷,造成直接经济损失4815.5万元。

  2012年5月10日,一场特大冰雹山洪泥石流灾害,让自古享有陇原“旱码头”和“千年药乡”美誉的甘肃岷县,成为一片泽国。这场特大冰雹山洪泥石流灾害造成49人死亡,23人失踪,18个乡镇35.8万人受灾,直接经济损失超过68亿元。

  2014年3月19日至20日,浙江、福建、贵州、云南、四川、重庆、河南等地出现雷雨大风、冰雹等强对流天气,其中浙江、贵州、云南等省部分地区受灾较重。据浙江台州洪家气象站监测,冰雹直径达3.3厘米,冰雹数量之多、雹体之密集均为近十几年来少见。这一事件被评为当年十大天气气候事件之一。

  

  图为中国年冰雹日数分布图。中国冰雹分布的特点:山地多,平原少;内陆多,沿海少。青藏高原是冰雹的高发区,年冰雹日数一般有3天到20天,部分地区可超过20天;云贵高原、华北中北部、内蒙中西部、东北及新疆西部和北部山区年冰雹日数平均为1天到3天;而华南沿海、四川盆地、长江中下游的平原地区、新疆南部盆地等部分地区为冰雹少发区,年冰雹日数小于0.1天,也就是说,平均10年只会出现一次冰雹。

   

  图为中国省会级城市年冰雹日数排行。在31个省会城市(直辖市)中,年冰雹日数最多的城市为拉萨(3.8天),其次为呼和浩特(2.6天)和西宁(2.1天) 

  

  图为冰雹季节变化图。对全国而言,雹日主要集中在5月到9月,这5个月的总雹日占全年雹日的79%,其中又以6月为冰雹盛行月,12月为冰雹最少月。冰雹的季节变化有很强的地域性,如长江中下游和华南地区,雹日主要集中在2月到5月,夏季雹日反而较少。
  

  

  图为降雹的年际变化图。 1961年以来,中国冰雹的高发期出现在20世纪60年代至80年代,90年代以后,冰雹频次明显减少。

  人工防雹的奥妙

  中国气象报记者赵天宇

  冰雹灾害是我国主要的气象灾害之一,虽然不像干旱、暴雨等影响范围大,但具有形成和发展快、雹粒动能大等特点,会给农业、建筑、电力、交通以及人民生命财产带来巨大的损失。

  今年以来,受厄尔尼诺等极端天气气候事件影响,我国南方地区降雨频繁,冰雹等强对流天气频发,越来越引起人们的关注。作为防御冰雹的重要手段之一,人工防雹作业能有效避免和减轻冰雹灾害,对防灾减灾有着积极的作用。人工防雹的主要原理是什么?在作业过程中有哪些需要注意的事项?为何冰雹有时还是防不胜防?近日,记者采访了中国气象局人工影响天气中心研究员姚展予。

  人工防雹重点在抑制雹胚生长

  许多事物的产生都要经过“胚胎”孕育的过程,冰雹也不例外。

  云中有自然的冰晶存在,当对流发展旺盛时,冰晶随着上升气流向上发展,通过凝华和碰冻增长,冰晶不断长大,从而形成冰雹的最原始状态“雹胚”。当雹胚发展到一定大小后就会向下掉落,下落过程中通过碰并过程又会进一步增大,掉落到地面上就是我们常见的冰雹。

  “理解了冰雹的形成,就不难理解人工防雹的原理,人工防雹要做的就是通过各种途径抑制雹胚的生长,使雹胚降落不到地面上,也就形成不了冰雹灾害。”姚展予表示,目前,在冰雹生长的各个环节,都可以采取一些技术手段来抑制冰雹形成。

  比如说,可以采取动力学方法在云内引发下沉气流,抑制强对流发展,从而抑制雹胚生长;可以向正在发展的雹云中大量播撒人工冰核,通过冰晶核化作用和凝华、碰冻增长,迅速形成很多人工雹胚,并与自然雹胚“争食”云中的过冷水,从而抑制雹胚的生长和发展。

  姚展予表示,目前人工防雹作业主要采取的是后一种方法,即通过地面的火箭或高炮来发射含有碘化银的火箭弹、炮弹,把它们发射到云中合适的位置,产生过量的人工冰核,通过“争食”云中的过冷水达到防雹的目的。

  防雹作业三个要点:及时、到位、足量

  包括人工防雹在内的人工影响天气工作是地方各级气象部门的重点工作之一,其社会关注度和影响度都比较高。目前,我国已经建立了比较完备的人工影响天气工作流程,形成了比较完备的作业制度。

  姚展予说,开展人工防雹作业,首先要进行天气研判,尤其是夏季,在对流发展比较旺盛时要特别注意对对流单体的监控与分析。一旦判定天气条件可能产生冰雹,就应立即向空管部门申请空域,在空域允许的前提下及时开展防雹作业。

  “开展防雹作业,有三点应当特别注意:及时、到位和足量。”姚展予特别强调了防雹作业的关键点。

   从雹胚的产生、发展到降落到地面形成冰雹灾害,往往只需要20分钟左右的时间。如果作业晚了,冰雹就会落地形成灾害,因此防雹作业一定要“及时”;作业时,火箭弹或炮弹一定要打到对流云中上升气流的通道上,这样播撒的碘化银才能随上升气流向上运动,通过冰晶核化作用和凝华、碰冻增长形成人工雹胚,因此防雹作业一定要“到位”;“足量”是强调防雹作业一定要“过量播撒”,这样才能产生大量的人工雹胚与自然雹胚“争食”云中的过冷水,从而抑制雹胚的生长和发展。

  多种因素可能影响人工防雹效果

  4月9日,广西柳州融安县遭遇强降雨冰雹天气,不少雨棚和汽车挡风玻璃被砸坏,并损毁了一些历史古迹。4月14日,贵州贵阳多地遭受冰雹袭击,造成直接经济损失2900万元,4.6万亩农作物受雹灾影响……实际上,类似的案例还有很多,那么,既然有人工防雹技术,为何冰雹灾害仍然经常发生呢?“冰雹是一种比较复杂的天气现象,对冰雹云的形成及其移动路径,各地虽然有一定的统计经验,但局地突发性强对流天气还是会经常发生,对冰雹的准确预报非常困难,因此容易产生冰雹灾害。”姚展予解释。目前,很多地方的人工影响天气作业点的布局仍然不够合理,当冰雹云产生时,有些地方没有防雹作业能力或者作业准备不到位、不充分,就可能影响了防雹的实效。

  另外,当产生了冰雹云需要防雹作业时,如果空域申请困难,就无法及时开展人工防雹作业,这也是造成冰雹灾害的重要原因。“总之,很多主客观原因都可能影响防雹工作实效。”姚展予说,因此,各地气象部门应“苦练内功”,提高强对流天气预报的及时性和准确率,科学合理地布局人工影响天气作业点,增强人工防雹效果。

  (来源:《中国气象报》2016年5月13日4版 责任编辑:赵天宇)

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