火箭防雹增雨作业方法的技术分析

胡玲玲汪春梅党蛟

摘要：本文针对火箭防雹增雨作业的特点，根据近期的防雹增雨理论和先进的雷达探测技术，就火箭防雹增雨的作业特点，对云体的作业时机、作业部位、用弹量等方面，从理论和实际结合的角度，进行了分析，根据火箭的作业特点，明确地提出了火箭防雹增雨作业的部位、时机和剂量及作业的技术方法。

关键词：火箭；防雹增雨；作业技术

1火箭防雹、增雨的原理

火箭防雹、增雨是根据气象雷达观测的定位，将火箭迅速发射到作业云层关键部位，向云中播撒催化剂的方法，对作业云层进行催化，从而影响云微物理结构变化，起到增加降水或减弱、消除冰雹等自然灾害的目的。

2火箭防雹、增雨的技术关键

从撒播作业的原理可以看出，要想使播撒作业获得较好的效果，必须掌握好作业时机，向云体特征部位播撒足够多的人工冰核，使其长大成为与自然雹胚尺度相当的冰粒，并进入主上升气流的冰雹生长区。即从实际作业角度讲，关键在于撒播时机、撒播部位和用弹量。

火箭防雹作业控制范围比高炮大、撒播速度快，催化剂成核率高，核化速度快，但考虑到从播撒到起作用，需要一定的时间，播撒应适当提前，例如10分钟左右；火箭射击精度低于高炮，且播撒受环境风的影响甚大，因此在对作业部位、作业时机的要求上较高炮更高。

3WR-98型火箭防雹与“三七”高炮防雹的比较

从人工防雹作业方法看，高炮作业是集爆炸与撒播法于一体的作业方法。从我市情况看，在0度层高于4500mm的夏季，高炮作业由于其自身能力的限制，播撒的催化剂环境温度高，其成核率明显防低，其主导作用是爆炸。火箭防雹应是单纯的撒播人工冰核法，两者相比，火箭有以下优势：

3.1控制范围大

“三七”高炮最大射程在3km左右，即覆盖范围30km²左右，而WR-98型火箭由其射高大（可达8000m）、射程远（射高6000m时水平发射距离仍可达5000m以上），按有效作业高度在4km以上计，火箭以56度仰角发射时弹道在高于4km以上的最远距离达8km左右，即火箭的覆盖面积在200km²以上，是当前最理想的防雹增雨工具。

3.2撒播速度快，成核率高，核化速度快。

WR-98型火箭成核率高，在-10度条件下，火箭焰剂成核率为10-15g（即-10℃时成核率1014～1015个），而高炮在此条件下仅有10-10g，较“三七”高炮炮弹高5～6个量级，如考虑作业的高差（外部环境的温度差）及火箭焰剂携带量的影响，这种差异还要增大。核化速率是人工冰核参与竞争的重要性能指标，两者相比焰剂核化速率也快得多，一般情况下5分钟即可有90%的核已活化，10分钟即可形成1.0mm的大冰晶。

4作业部位的确定

4.1“穴道”的概念

根据许焕斌、段英对强对流雹云单体的对流流场特点和相应过冷水场配置的综合分析，并结合雹云实例，利用三维雹云模式（GF）和三维粒子增长运行模式进行数值模拟研究发现，不论是超级单体风暴、单体还是多单体风暴，在主上升气流边侧都存在着水平速度为零的区域，由于垂直气流和水平气流的配置，决定了进入水平速度零域的粒子具有独特的运行轨迹，只能随着它的逐渐长大由入流带它进入主上升气流区，构成一个冰雹生长的“穴道”。只要是进入“穴道”的雹胚都可以循环运行增长，可与自然雹胚实现平等“竞争”。因此，“穴道”入口处即为最佳的作业部位。在该区域播撒，避免了人工冰核直接播撒到主上升气流区，使人工冰核在未增长到雨粒子尺寸前已被带出云顶，失去了“争食”的机会，又保证了播撒区人工冰核有足够的核化成长时间，且成雹胚后可以进入主上升气流区，参加“竞争”，达到限制冰雹长大，减轻和避免灾害的目的。

4.2“穴道”位置的确定

强对流云流场分布特征，是在云体下层辐合和上层辐散之间存在一个相对于云体水平风速为零的区域即“零域”，在经过该区域的垂直剖面上表现为一条线，称为“零线”。水凝物粒子沿“零线”循环运行增长并逐步进入主上升气流的冰雹长大区长大成雹。为此，在“零线”下方主上升气流边侧的入流区，可称之为冰雹形成的“穴道”，雹胚在“穴道”入口区形成，再随着尺度的增长而逐步进入主上升气流区。因此“穴道”的位置可由云体的主上升气流区及其流场的相对水平风速近于零的“零域”位置来确定。

主上升气流区位置：雷达观测表明，强回波中心对应上升气流区的最大值区（7），对于超级单体风暴对应着无回波区“穹隆”或弱回波区。“零域”位置可利用多普勒雷达的RHI观测资料来判定，当云体正面移向或移离雷达站时，可以通过径向速度图判定；当云体从侧向移过雷达站时，可由悬挂回波的轴线来判定，此轴线区域即为“零域”。

4.3作业中播撒部位的确定

在实际作业过程中，需要考虑大气环境温度场和雷达观测到的单体整体结构。例如，播撒部位应在对流云体空中强回波中心的下方外测1～2km处的30～40dBz的强度区外沿，播撒区的温度一般掌握在-6～-15℃之间为宜。一般可以利用多普勒雷达的组合反射率因子（CompositeReflectivity）产品（垂直最大回波显示）确定单体最大上升气流区，播撒部位选定在单体移向的正前方，最强回波外沿30～40dBz区域。

俄罗斯科学家（例如Abshaev等[11]）提出了一套雷达—火箭防雹作业系统。其防雹作业部位的判定结果，与“穴道”理论给出的结论是基本一致的，只不过“穴道”理论是根据强对流（雹）云流场动力学特征与云中大粒子运行增长的微物理学特征相互作用的规律得出的。

结语

火箭作业由于其抗击环境风的能力较差，对较小的对流单体作业难度较大。只有充分利用新一代天气雷达具有的准确定位功能，尽可能地对影响其作业参数因素进行定时订正，并在最短时间内将作业诸元传递到作业点，才能提高其作业精度，发挥其应有的威力。我们结合雷达观测，正在开发作业参数的自动生成系统，同时市指挥中心直接和火箭作业点进行联系，加强信息的传递质量，为提高火箭作业技术质量奠定了基础。