书城自然科学学生气象知识丛书-人工影响天气
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第12章 人工防雹(2)

广大气象观测人员把冰雹云的宏观特征和冰雹云过境前后气象要素的变化结合起来识别冰雹云。如:1980年7月20日15时57分河北万全县郭磊庄降雹前,风向由东北转向西北,风速由3米/秒加大到7米/秒,温、压、湿变化明显,10分钟内温度降低了9℃,相对湿度增加30%,气压梯度增大,在相距10公里的两地用2台微气压计观测降雹区(郭磊庄)气压变化(压差3.7hPa)明显大于非降雹区(洗马林)的气压变化(压差为1.5百帕)。

1985年5月20日至10月15日天津微气压计观测记录表明,降雹前12小时气压开始下降。在降雹开始时,气压都有突变(突降或突升),如果没有很急剧的升、降,即使降雹也不特别严重。

三、闪电识别冰雹云

冰雹云与雷雨云同属于积雨云。由于积雨云中各种粒子带有正负电荷,形成了云中强电场可达l万伏,闪电就是积雨云中电场放电通道形成的强光现象,人们利用闪电的频数和闪电形状区分冰雹云与雷雨云,闪电次数越多,横闪出现次数越多,形成冰雹云的概率越大。

常伴随冰雹出现的闪电

利用闪电计数器测量闪电频数。由于各地试制的仪器结构和性能不同,获得的数据很不一样。但从各种仪器测得的数据可以发现,冰雹云(特别是强冰雹云)与雷雨云是有明显区别的。冰雹云的闪电活动很频繁,闪电计数观测表明,在5分钟的时间内,冰雹云的闪电次数通常比雷雨云的闪电次数多好几倍,而且在下雹前,闪电次数的增长也比雷雨云的增长快得多。综合这些特征,再配合其他手段,就能及时正确地判断冰雹云了。但要注意,在该仪器周围20米范围内不要有汽油发电机之类的电火花源,以免产生干扰。此外,目前的闪电计数器虽然简单、便于携带和易于操作,但它还不能定向、定距。所以在确定闪电源位置的同时,最好与目测和雷达观测相结合。只有这样,才能达到好的效果。

四、听雷声识别冰雹云

冰雹来临之前总是先闻到雷声,但是有雷未必一定有雹。根据经验,有声音响而清脆的炸雷时,很少下冰雹。反之,有似推磨声那样低沉、隆隆声连绵不断的拉磨雷时,就很可能要降雹。农谚有“响雷没有事,闷雷下蛋子”,“不怕硬雷响破天,就怕闷雷挤磨眼”之说。不少地方还发现在雹云移近时,可以听到类似风吹树叶发出的沙沙声或像远处山间小溪的流水声。农民形象地称为“蜂子朝王声”,并有“天黄闷热乌云翻,天河水吼防冰蛋”的谚语。与雷声相配合的是冰雹云里活动频繁的闪电。一般雹云多横闪,很少及地,并且多呈暗红色。农谚有“打红闪,有冷子”,“闷雷打横闪,雹子大如碗”的说法。

五、辨风向识别冰雹云

下雹前常刮东风或东南风,有“不刮东风不天潮,不刮南风不下雹”的说法。雹云临近时,风向突然转成西北或北风,风力加大,随之冰雹就接踵而来。民谚有“雹前都有风,没风就轻松”,“恶云见风长,冰雹随风落”之说,这表明降雹前必有强风。此外,降雹前除了风力加大外,风向变化也很剧烈。农谚有“风拧云转,雹子一片”的说法。如果风大,但风向不是变化多端,那么即便有雹,危害也相对较小。

六、查雨点识别冰雹云

“雨点铜钱大,雹子接着下”。降雹前常常先下稀疏、滴大和冰凉的晶莹光亮的雨滴。这种雨滴落到地面“铿锵”有声,湿圈斑痕有一分或二分硬币那么大。如果雨点密集细微,则这种云一般不会下雹。下面是群众识别冰雹云的经验。

观云态:黑云黄加红,云下伸“白虫”,打死牛和羊。

听雷声:连绵拉磨雷,横闪打不断,下雹在眼前。

辨风向:恶云见风长,风大又转向,冰雹随风降。

查雨点:雨点大又稀,色白又冰凉,冰雹接踵来。

群众看天经验固然是识别雹云的一种有效方法,但毕竟有局限性。例如,视野不够宽广,难以洞察云体全貌,受观测者主观意识的支配力比较强,因此还必须配以仪器设备,达到客观、定量。

七、卫星云图识别冰雹云

在可见光云图上识别云。主要根据卫星云图上云的基本特征来判别。这些特征是结构型式、范围大小、边界形状、亮度、暗影和纹理。除暗影外,这些特征也可应用于红外云图。

卫星云图给出的图像虽然是大范围云场分布实况,但中小尺度的雹暴云场分布也很清晰,云图的色调特别明亮。只要仔细分析每个云团的结构并与降雹实况对比分析,是可以识别形成冰雹云的云区特征。

八、雷达识别冰雹云

雷达又叫无线电定位。气象雷达是利用云滴、雨滴、冰晶、雪花、冰雹等目标物对电磁波的散射作用,来探测云雾大气的一种先进工具。它能在几百公里方圆的范围内,不分白天黑夜地监视云雨活动。

雷达是通过荧光屏上显示的回波形状、亮度来识别冰雹云的。冰雹云的回波多呈钩状或手指状、条状或带状以及涡旋状。冰雹云的生命史长于积雨云。冰雹云的水平范围也较大,多数大于10公里,而云体的垂直厚度也大多超过10公里。

在实际应用雷达识别冰雹云时,我们不能机械地根据个别回波特征就来下结论,而是要综合多种回波特征及其他气象资料来作判断。此外,冰雹云的雷达回波特征常带有地方色彩,所以只有结合观测站所处的特殊地理、地形、自然条件,才能有效地总结出当地雷达识别雹云的具体判据。

(第四节)人工防雹的原理和方法

人工防雹在我国有着悠久的历史,早在二百多年前,就有利用土炮防雹的记载。目前,人工防雹工作已遍及二十多个省、市、自治区,近五百个县。随着人们对冰雹云结构和成雹物理过程认识的不断深化,以及人工影响冰雹原理的深入研究,人工防雹已取得一定进展。

目前,人们用以消除冰雹的主要办法,是播撒催化剂和爆炸影响。

在云中播撒催化剂,是当前许多国家进行人工影响冰雹作业的主要方法。

人们在进行人工降水时发现,在进行催化冷云降水作业时,过量播撒碘化银等成冰核,往往弄巧成拙,适得其反,不仅达不到人工降水的目的,反而会出现雾消云散的相反效果。原来,过量播撒成冰核,使云中形成大量小冰晶,通过冰、水角逐,它们竞相“争食”云中过冷小水滴,以致小水滴供不应求,无法使大量冰晶增长成较大的降水粒子,从而达到产生人工降水的效果。

这种对人工降水产生相反效果的作业方法,为人们所借鉴,用来进行人工消雹。在冰雹云中过量撒播碘化银等成冰核,使云中出现大量的小冰晶,从而形成不了直径约1毫米的适量冰雹胚胎,于是,成雹过程就受到抑制,即使能够下落的冰雹,也往往粒小松软,不至造成灾害。

那么在云中需要播撒多少催化剂呢?体态臃肿的冰雹云,其体积为成千上万立方公里,为达到过量播撒成冰核与自然冰雹胚胎竞争的效果,至少需要几百千克甚至上吨重的、价格昂贵的碘化银。这么多的碘化银在催化作业时是很难播撒的。事实上也用不着播散那么多的碘化银,因为并非冰雹云中的任何部位都能制造出冰雹来的,真正能形成冰雹的是在对流旺盛、含水量丰富、位于云体中、上部的冰雹生长区(称雹源或雹灶)。雹源的体积一般只有十几立方公里。因此,只需在这个关键部位,播撒几千克甚至更少的碘化银成冰核,就能收到人工防雹的效果。

也有人在撒播碘化银之前,先在某些部位撒播适量的吸湿性物质。因为冰雹云中强大的上升气流,可将丰沛的水份源源不断地从下层输送到冰雹生长区,使人工过量播撒成冰核的效果冲淡甚至失效。因此,事先在温度高于0℃的云体下部,如同人工降水时那样,大量播撒诸如盐粉等吸湿性核,从而形成倾盆大雨。这样,就把上升气流向云中输送的水份,在云体下部大量消耗,切断了对冰雹生长区的水份供应,从而达到人工防雹的较好效果。

所以,在人工防雹催化作业时,也可同时采用过量播撒成冰核催化剂和大量播撒吸湿性核的办法,双管齐下,以收人工防雹的综合效果。

除催化方法外,我国群众性防雹作业中,最常用的是爆炸影响冰雹形成的方法,即利用高射炮、防雹火箭等轰击冰雹云,往往亦可达到防雹或减小灾害的目的。

爆炸消雹为何能奏效呢?对这一问题虽然至今尚未有定论,但目前已经提出了几种解释是值得进一步研究的。