楊寧 蘇德斌 蘇立娟 畢力格 孫曉光 方曉紅 高博 史金麗 于水燕 劉繼東

（1 成都信息工程大學，成都 610225；2 中國氣象局云霧物理環(huán)境重點開放實驗室，北京 100081；3 中國氣象局大氣探測重點開放實驗室，成都 610225；4 內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象科學研究所，呼和浩特 010051；5 巴彥淖爾市氣象局，巴彥淖爾 015006；6 首都師范大學，北京 100089；7 內(nèi)蒙古自治區(qū)人工影響天氣重點實驗室，呼和浩特 010051）

0 引言

冰雹是一種短時小范圍的災害天氣現(xiàn)象，我國冰雹天氣主要發(fā)生在華北、西北和西南地區(qū)，通常山區(qū)多于平原，內(nèi)陸多于沿海。內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市地處內(nèi)蒙古高原西部，東西長為378 km，南北寬為238 km，面積為6.4萬 km；境內(nèi)河套灌區(qū)有“塞上江南”美譽，是亞洲最大自流灌區(qū)，全市有機奶產(chǎn)量占全國一半以上，農(nóng)畜產(chǎn)品出口位居內(nèi)蒙古第一，為全國最大羊毛絨生產(chǎn)基地，據(jù)2017年資料統(tǒng)計巴彥淖爾地區(qū)農(nóng)作物總播種面積約為1100萬畝（1畝=666.7 m），農(nóng)業(yè)產(chǎn)值占據(jù)總產(chǎn)值的51.32%。

陰山山脈狼山段位于巴彥淖爾市中部，最高海拔約2800 m，山南邊為富饒的河套平原，山北邊為荒漠化草原（圖1），受此特殊地理環(huán)境影響，冰雹天氣成為巴彥淖爾市河套平原夏季主要氣象災害之一，據(jù)統(tǒng)計，巴彥淖爾市年平均降雹日約為15 d，成災日約為7 d。

圖1 2019年觀測設(shè)備布局Fig. 1 Layout of observation equipment in 2019

中國氣象科學研究院組織實施西北地區(qū)人工影響天氣研究試驗項目，在巴彥淖爾地區(qū)開展防雹技術(shù)研究試驗（起止時間：2018年12月—2021年12月），目的在于加強對該地區(qū)冰雹發(fā)生的時空分布、形成機理及防雹作業(yè)效果等研究，形成適宜于巴彥淖爾市人工防雹的關(guān)鍵技術(shù)體系，達到利用人工影響天氣手段避害趨利提高防雹作業(yè)科技支撐的目的，其研究成果可服務于人工防雹工程建設(shè)。

1 項目試驗概況

“西北區(qū)域人工影響天氣工程巴彥淖爾人工防雹技術(shù)研究試驗”項目基于前期西北區(qū)域人工影響天氣工程建設(shè)的專業(yè)探測設(shè)備、巴彥淖爾試驗區(qū)現(xiàn)有的氣象探測設(shè)備、作業(yè)裝備及前期研究成果，增加針對冰雹天氣過程的專業(yè)觀測設(shè)備，形成以2部X波段雙偏振雷達（五原縣布設(shè)X波段全固態(tài)雙偏振雷達，烏梁素海布設(shè)移動式X波段雙偏振雷達（速調(diào)管），圖1）、1部C波段多普勒雷達（單偏振）為核心，配合以探空站、區(qū)域地面自動觀測站網(wǎng)、雨滴譜儀、微波輻射計、地面測雹觀測網(wǎng)、GNSS/MET水汽探測、天氣現(xiàn)象儀等的冰雹觀測針對性試驗網(wǎng)絡。

根據(jù)巴彥淖爾現(xiàn)有站點分布、地貌特征及已有研究結(jié)果，在巴彥淖爾地區(qū)設(shè)立三個防雹試驗區(qū)（圖2）：杭錦后旗試驗區(qū)、五原試驗區(qū)、烏拉特中旗試驗區(qū)，各區(qū)之間建立緩沖區(qū)，避免相互影響。

圖2 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市冰雹外場試驗區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the hail field test areas inBayannur City, Inner Mongolia

2 初步研究成果

截止到2020年底，研究成果主要有：1）利用1979年1月—2018年12月ERA5月平均0.25°×0.25°經(jīng)緯度網(wǎng)格再分析資料對巴彥淖爾地區(qū)汛期（5—9月）850 hPa、750 hPa、500 hPa及300 hPa高空天氣形勢場（高度、溫度、風、濕度等）進行研究分析，揭示了該地區(qū)環(huán)流年際演變特征；2）利用近50年地面防雹站、氣象站資料，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法得到降雹日變化、月變化、年際變化及空間分布特征；3）利用2009—2019年臨河C波段多普勒雷達資料統(tǒng)計分析了雷達回波頂高、垂直積分液態(tài)水產(chǎn)品特征，并分析了冰雹云主要移動路徑；4）基于GPM衛(wèi)星對巴彥淖爾地區(qū)降水時空分布特征進行研究分析；5）利用試驗期間地面測雹板獲得的降雹信息，研究分析了地面降雹特征；6）建立了基于探空和C波段雷達資料的冰雹識別、最大直徑估測算法；7）建立了基于天氣雷達及天氣尺度的冰雹云識別指標體系；8）完成了兩部X波段偏振雷達探測能力對比分析；9）建立了C波段多普勒雷達數(shù)據(jù)質(zhì)控算法，并將質(zhì)控后的雷達數(shù)據(jù)同化到WRF模式中，對冰雹天氣進行模擬分析。

本文將對巴彥淖爾地區(qū)降雹時空分布特征、冰雹云移動路徑及測雹板觀測分析做出詳細闡述。

2.1 降雹時空分布特征

在時間方面，巴彥淖爾地區(qū)降雹主要出現(xiàn)在12—20時（北京時，圖3a），頻率為83.45%，15—16時降雹頻率最高；冰雹具有季節(jié)性強且隨季節(jié)變化迅速等特點，冰雹天氣主要集中在5—9月（圖3b），占總雹日的95.36%，7月降雹概率最大；20世紀80年代降雹日數(shù)最多（22.8 d），90年代為19.6 d，20世紀降雹日明顯減少，平均約為10 d（圖3c）。在降雹空間分布圖上，巴彥淖爾北部降雹日數(shù)偏多，40年總雹日都大于35 d，降雹中心出現(xiàn)在巴彥淖爾市北部海流圖鎮(zhèn)，40年總降雹日數(shù)達110 d，巴彥淖爾市南部出現(xiàn)了多雹帶，并有5個大于40 d多雹中心。

圖3 巴彥淖爾地區(qū)降雹時空分布特征（a）日分布；（b）月分布；（c）年際分布；（d）空間分布Fig. 3 Temporal and spatial distribution characteristics of hail in Bayannur area(a) daily distribution, (b) monthly distribution, (c) interannual distribution, (d) spatial distribution

2.2 冰雹云移動路徑

利用2009—2019年巴彥淖爾市268個降雹個例，根據(jù)降雹點及降雹時間，依照一定的篩選規(guī)則，結(jié)合C波段多普勒雷達數(shù)據(jù)資料，共篩選出有效降雹個例107個。篩選時，剔除161個例，其剔除情況可分為8種情況（表1）。在此基礎(chǔ)上，對篩選出的107個有效個例進行分類（表2），其中有懸垂結(jié)構(gòu)的個例為56個，出現(xiàn)V型缺口的個例為5個。

表1 2009—2019年巴彥淖爾市冰雹個例中無效個例分類統(tǒng)計（161個）Table 1 Classification statistics of invalid cases of hail inBayannur City from 2009 to 2019 (161 cases)

表2 2009—2019年巴彥淖爾市有效的冰雹個例分類統(tǒng)計（107個）Table 2 Classification statistics of effective hail cases inBayannur City from 2009 to 2019 (107 cases)

利用雷達資料，統(tǒng)計冰雹云生成、發(fā)展、降雹及減弱的時間和位置（由于雷達覆蓋范圍有限，因此沒有統(tǒng)計消散點時間和位置），初步得到了巴彥淖爾市冰雹云的移動路徑，其大致可分為五個方向：西北路徑（46.7%）、西南路徑（26.2%）、偏西路徑（21.5%）、偏北路徑（3.7%）、東北路徑（1.9%）。

2.3 測雹板校準及觀測分析

地面冰雹譜是研究冰雹云結(jié)構(gòu)的重要參量之一。目前在國內(nèi)外反演冰雹譜的方法有很多（如測雹板、雨滴譜儀、雹譜儀等），由于測雹板具有成本低、易制作、雹塊資料易獲取等特點，已成為地面降雹數(shù)據(jù)收集的主要載體。測雹板（Hailpad）是由Schleusener和Jennings提出的一種簡易冰雹測量裝置，冰雹下落至測雹板上會留下凹坑，通過測量泡沫板上的凹坑可獲得冰雹粒子的直徑、密度及下落至地面的動能等信息。自從測雹板概念和設(shè)計提出以來，已經(jīng)成為地面降雹數(shù)據(jù)收集的主要載體，并在美國、西班牙、意大利、法國等地得到了廣泛使用，我國對于測雹板的應用分析較少，雖然周蘭、郁青、韓根夫等對測雹板的標定、應用及分析做了研究，但近20年國內(nèi)對于測雹板的應用研究處于相對空白階段。

2.3.1 材料及制作

試驗所用測雹板采用錫紙包裹泡沫板方式制作。聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene, EPS）板若長時間暴露在陽光下會發(fā)生崩解（表面由白色變?yōu)辄S色），EPS板崩解對于降雹直徑估計具有較大影響。通過在泡沫板覆蓋一層錫（鋁）箔紙或涂一層漆可有效解決EPS板崩解問題。表面涂一層不透明乳膠漆雖可達到EPS板不崩解的效果，但由于乳膠漆具有彈性，漆層越厚凹坑會越不明顯，且最佳水漆比例不易確定，在實際測雹板制作中比較繁瑣，因此放棄了該種測雹板制作方式。

EPS板本身的吸水率小于6%，若在EPS板表面覆蓋一層光滑錫箔紙或鋁箔紙不僅可以再次降低EPS板的吸水性，還可以增大EPS板的靈敏度使得凹坑更加清晰。錫箔紙厚度有多種，如15 μm、18 μm、20 μm和25 μm等，不同厚度的錫箔紙對冰雹粒子在同高度下落造成的凹坑會有不同。為確定錫箔紙厚度，進行了同類型泡沫板不同錫箔紙厚度的撞擊對比實驗，實驗中采用長寬為30 cm、厚為3 cm的EPS板，15 μm、20 μm和25 μm厚度的錫箔紙及多種直徑不銹鋼鋼球，并利用膠帶將錫箔紙與EPS板粘連在一起制成測雹板。對比發(fā)現(xiàn)：15 μm厚度的錫箔紙最容易發(fā)生形變和破裂，對于大冰雹粒子容易造成凹坑的高估，同時對于冰雹粒子的二次撞擊會造成小粒子數(shù)的增加；25 μm厚度的錫箔紙對小冰雹粒子最不敏感，并且已有的凹痕更易因鄰近凹坑的出現(xiàn)而發(fā)生拉伸形變，造成凹坑的“變異”；20 μm厚度相較其余兩種最為合適，能夠減少因鋼珠反彈產(chǎn)生的凹坑并最大限度的保留實驗坑痕。該實驗結(jié)果與Long有所不同，主要是因為他們制作測雹板用的是鋁箔紙，其實驗測得的最佳鋁箔紙厚度為25 μm。

2.3.2 測雹板校準

測雹板校準是反演冰雹粒子譜的基礎(chǔ)。本試驗采用“能量匹配技術(shù)”原理對測雹板進行校準，即：將不同直徑鋼球從一定高度掉落在測雹板上，以使鋼球的撞擊動能與相同直徑的球型冰雹的動能相等。根據(jù)Lozowski和Strong從經(jīng)驗上證明的對于相同直徑冰、玻璃和鋼球，當具有相等沖擊動能時會在測雹板上產(chǎn)生同等的凹坑短軸。因此本校準實驗選取市面上易購買到的不同直徑鋼球來模擬冰雹下落。鋼球下落高度

H

表達式為：

式中：

g

(1)為測雹板處的重力加速度，

ρ

為冰雹密度，

D

為鋼球直徑（冰雹直徑），

g

(2)為實驗處的重力加速度，

ρ

為鋼球密度，

ρ

(1)為測雹板處的空氣密度，

C

為冰雹阻力系數(shù)，

W

為水平風速。式（1）考慮了不同風速情況下粒子的下落高度問題，同時對于水平風速達到10 m/s的3 cm冰雹粒子直徑其模擬下落高度不高于6 m，這在實驗中是易實現(xiàn)的。

因市面上不同材質(zhì)鋼球直徑限制，因此選用了304不銹鋼和碳鋼235兩種材質(zhì)鋼球，式（1）中各參數(shù)取值如表3。

表3 鋼球下落高度各參數(shù)取值Table 3 The parameters at the falling height of the steelball

將各參數(shù)值帶入上式，可得不同材質(zhì)鋼球的下落高度與鋼球直徑關(guān)系式，304不銹鋼鋼球下落高度：

H

=92.57

D

，碳鋼235鋼球下落高度：

H

=93.51

D

。在實驗中，將同一直徑鋼球下落10次并測量凹坑大小，在求取凹坑直徑平均值前去掉最值，以減小誤差。隨后進行曲線擬合及參數(shù)評估（表4），根據(jù)凹坑直徑及粒子直徑的分布在擬合時僅考慮了線性及二次、三次曲線模型。由表4可知三種模型中三次曲線模型的

R

值最大，

F

值最小，即擬合的最優(yōu)模型為三次曲線模型，將凹坑直徑定義為

x

，粒子直徑定義為

y

。二者關(guān)系可表示為：

表4 模型統(tǒng)計及參數(shù)評估Table 4 Statistics models and parameters evaluation

其中：

b

為常數(shù)，

b

、

b

、

b

均為冪次方的系數(shù)。當考慮風速時，即

W

不為零，此時鋼球下落高度發(fā)生改變，采用同樣的方式即可得出不同風速下冰雹粒子直徑反演公式（表5）。

表5 不同水平風速下粒子反演公式參數(shù)表Table 5 Parameters of particle inversion formula under different wind speeds

2.3.3 觀測分析

2019年防雹試驗期間，在巴彥淖爾市共安裝172個測雹板，分布在巴彥淖爾市60個防雹作業(yè)點，大多數(shù)作業(yè)點布設(shè)了4塊測雹板，部分作業(yè)點布設(shè)了2塊或1塊，并在每個作業(yè)點設(shè)置了與布設(shè)數(shù)目一樣的備用板；對于每塊測雹板均進行了編號處理，配備了測雹板記錄表，為測雹板回收、數(shù)據(jù)保存提供保障。巴彥淖爾地區(qū)在2019年8月9日經(jīng)歷了一次降雹過程，本次降雹天氣影響到了6個旗縣，造成了4000多萬元的經(jīng)濟損失。當?shù)胤辣⒆鳂I(yè)人員對降雹起始時間、地點、持續(xù)時間以及粒子直徑等信息進行了記錄（表6），其中大豆大小表示冰雹直徑為10 mm左右，豌豆大小為5 mm左右。防雹作業(yè)人員記錄的降雹直徑多在5 mm左右，不過在臨河地區(qū)出現(xiàn)了大豆大小的冰雹。防雹作業(yè)人員記錄的冰雹粒子直徑大小在一定程度上代表了當?shù)亟当⒌膶嶋H觀測，因此可為粒子反演結(jié)果的驗證提供參考。

表6 巴彥淖爾地區(qū)2019年08月09日降雹實況記錄Table 6 Overview of hailstorm in Bayannur area on9 August 2019

對于此次降雹天氣過程共有7個作業(yè)點的測雹板被收集起來，篩選出16塊有效板（圖4）。從測雹板凹坑可以較為直觀看出杭后三道橋及中旗海流圖降雹密度較大，巴彥套海農(nóng)場三分廠及杭后團結(jié)鎮(zhèn)永豐降雹密度較小，但三分廠降雹直徑較大，永豐降雹直徑小。同時將無效測雹板（以降水為主、測雹板未有明顯凹坑）與有效板作對比，發(fā)現(xiàn)大雨滴會在測雹板上留下較平滑淺坑，不會造成錫箔紙褶皺或非平滑凹坑出現(xiàn)，該現(xiàn)象對于通過雷達進行冰雹云和雷雨云識別有著一定驗證支撐作用。

圖4 降雹后的測雹板Fig.4Hailpadafterhailfall

測雹板凹坑數(shù)據(jù)讀取對于粒子直徑反演有著重要影響，為降低粒子反演誤差，在進行數(shù)據(jù)讀取時需遵循三個原則：1）讀取凹坑短軸作為凹坑直徑；2）對于小于3 mm凹坑及多個（＞3）凹坑重疊的視為無效數(shù)據(jù)；3）測雹板邊沿若有明顯褶皺，該范圍數(shù)據(jù)視為無效數(shù)據(jù)。根據(jù)自動站測得小時最大風速及測雹板記錄表記錄的降雹時間信息，結(jié)合粒子反演公式（表5）即可得到每個作業(yè)點降雹粒子大小情況（表7）。

表7 降雹信息及冰雹粒子直徑反演Table 7 Hailfall information and hail particle diameter inversion

測雹板校準采用最小、最大鋼球直徑為3 mm、20 mm，即反演得到最小粒子直徑均大于3 mm。對比表4、表5，杭后三道橋、團結(jié)鎮(zhèn)永豐、中旗海流圖與防雹作業(yè)人員記錄的粒子直徑較為一致，巴彥套海農(nóng)場三分廠反演值要比作業(yè)人員記錄值大，不過該降雹點測雹板觀測到的凹坑比其余三個點大，分析應為作業(yè)人員記錄有誤，應以測雹板觀測反演數(shù)據(jù)為準。

2.3.4 冰雹譜反演

地面冰雹譜是研究冰雹云結(jié)構(gòu)的重要參量之一。經(jīng)驗上冰雹譜是服從指數(shù)分布形式的，為驗證該分布形式國外進行了許多研究工作，在研究中發(fā)現(xiàn)冰雹譜分布并不完全服從指數(shù)分布形式；隨后Fraile等對出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因進行了探討，并指出融化過程是地面冰雹粒子大小不完全服從指數(shù)分布的主要原因之一。

巴彥淖爾市地區(qū)冰雹譜未有人進行過相關(guān)研究，同時也較少有人系統(tǒng)闡述國內(nèi)降雹冰雹譜分布情況。針對此次降雹天氣過程通過測雹板反演得到的冰雹粒子直徑數(shù)據(jù)，對冰雹譜分布進行分析。冰雹粒子直徑區(qū)間間隔大小對于冰雹譜反演有著一定的影響，因在進行校準時采用最小鋼球直徑為3 mm，且此次降雹反演最大粒子直徑為19.9 mm，因此將冰雹粒子直徑分為7個直徑區(qū)間（表7）。為擴大樣本量，需對各個降雹點數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，以驗證不同降雹點數(shù)據(jù)特征的一致性。

Spearman相關(guān)系數(shù)又稱秩相關(guān)系數(shù)，是利用單調(diào)方程評價兩個統(tǒng)計變量的相關(guān)性，對原始變量的分布不作要求，是衡量兩個變量依賴性的非參數(shù)指標。通過計算可得出其相關(guān)性均大于0.98（表8），即可以將反演的4個降雹點粒子直徑數(shù)據(jù)合并在一起。本次共讀取凹坑數(shù)1612個，根據(jù)設(shè)置的粒子直徑區(qū)間進行計數(shù)（表9）即可得到冰雹粒子譜分布（圖5），圖中直線為擬合后的指數(shù)。經(jīng)驗上的冰雹譜分布可近似為指數(shù)分布形式：

表8 不同降雹點冰雹粒子直徑數(shù)據(jù)的spearman相關(guān)系數(shù)Table 8 Spearman correlation eきcient of hail particlediameter data at different hailfall points

表9 粒子數(shù)統(tǒng)計Table 9 Number of hail particles in each diameter interval

圖5 冰雹粒子譜分布Fig. 5 Hail particles spectrum distribution

其中：

N

(

D

)是每尺寸間隔內(nèi)的粒子數(shù)，

D

、

D

是每個粒子直徑區(qū)間的邊界值，

D

為冰雹直徑，

N

、

θ

為指數(shù)函數(shù)系數(shù)。由圖5得出冰雹粒子在5～7 mm直徑區(qū)間有“左截斷”現(xiàn)象（小粒子數(shù)少），“左截斷”現(xiàn)象出現(xiàn)原因應是數(shù)據(jù)讀取時對小凹坑產(chǎn)生漏讀。

在進行曲線擬合時對是否將3～5 mm直徑區(qū)間粒子數(shù)納入曲線擬合進行了比較（表10）。

表10 指數(shù)曲線擬合對比Table 10 Exponential curve fitting comparison

當考慮3～5 mm直徑區(qū)間的粒子數(shù)時，和方差及均方根較大，且確定系數(shù)較小，因此不將該區(qū)間粒子數(shù)納入曲線擬合考慮范圍。令最小直徑區(qū)間

D

=5 mm，即可消除“左截斷”現(xiàn)象，擬合得到的參數(shù)值為

N

=6349，

θ

=0.4153。

2.3.5 誤差分析

當將3～5 mm直徑區(qū)間粒子數(shù)納入指數(shù)分布曲線擬合時一致性較弱，即得到的粒子譜分布不是完全符合指數(shù)分布形式。對于該現(xiàn)象分析原因有如下3個方面：

1）凹坑重疊

凹坑重疊是影響通過測雹板反演粒子譜分布的一個重要因素。當降雹密度較大時會造成測雹板的“過載”，即凹坑會有重疊，凹坑重疊分為三類：一是多個小粒子產(chǎn)生的凹坑之間有了重合區(qū)域；二是小粒子產(chǎn)生的凹坑被大粒子撞擊的凹坑覆蓋；三是大粒子產(chǎn)生的凹坑被多個小粒子撞擊凹坑覆蓋。該三類現(xiàn)象的發(fā)生均會導致在數(shù)據(jù)讀取時造成小凹坑數(shù)減少。為研究凹坑重疊對粒子數(shù)反演的影響程度，Palencia等利用計算機模擬了劇烈冰雹天氣中測雹板出現(xiàn)凹坑覆蓋的現(xiàn)象，并指出在劇烈冰雹天氣過程中記錄的冰雹粒子數(shù)通常低于實際冰雹粒子數(shù)（可能會高達25%）。凹坑重疊現(xiàn)象對于劇烈降雹天氣的觀測是無法避免的，為減小對粒子直徑的過高估計，進而制定了將多個小凹坑重疊數(shù)據(jù)置為無效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀取原則，同時也可避免當降雹密度（小冰雹）大時反演出大冰雹粒子，這對于防雹作業(yè)的評估具有重要意義。

2）數(shù)據(jù)讀取時造成誤差

在遵循相同數(shù)據(jù)讀取準則的情況下，不同的人對于凹坑短軸數(shù)據(jù)讀取仍會有不同的結(jié)果，同時數(shù)據(jù)讀取時采用的是1 mm精度的度量器，讀取數(shù)據(jù)保留一位小數(shù)，因此在數(shù)據(jù)讀取時會存在一定的誤差；同時當測雹板凹坑較密、數(shù)據(jù)讀取量較大時，對于數(shù)據(jù)讀取者來說會存在“視覺疲勞”“標準變化”等問題，數(shù)據(jù)讀取時精度會降低，存在著不同程度的“過讀”“漏讀”現(xiàn)象。

當收集的測雹板較多時，若完全采用人工的方式去讀取數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實的，因此利用計算機圖像識別技術(shù)開發(fā)半人工式數(shù)據(jù)讀取是有必要進行的一項工作，同時也可以提高數(shù)據(jù)讀取的精度，減小數(shù)據(jù)誤差。

3）其他原因

實驗得出的校準曲線不經(jīng)過原點，這在物理上是不符合邏輯的，說明在校準實驗實際操作中產(chǎn)生了誤差，如度量儀器精度不夠、各參數(shù)選擇未能采用當?shù)貙嶋H值，理論上粒子高度確定公式中的參數(shù)取值應在每個測雹板布設(shè)點具有唯一性，這在實際中是很難獲得的，不過表3中取的鄰近區(qū)域參數(shù)值與實際觀測區(qū)域相差不大，對于粒子直徑反演影響較小。

冰雹的球度、水平和垂直風速、大冰雹粒子二次撞擊以及測雹板大小等均會對冰雹粒子譜的反演造成影響；存在“互補”現(xiàn)象，即有些影響因素會導致粒子直徑或粒子數(shù)的高估，有些則會導致低估，同時不同影響因子對反演結(jié)果的影響程度也會不同。

3 小結(jié)

巴彥淖爾人工防雹技術(shù)研究試驗是“西北人工影響天氣能力建設(shè)項目”的重要組成部分，通過在巴彥淖爾地區(qū)開展研究試驗，形成適宜于巴彥淖爾人工防雹的關(guān)鍵技術(shù)體系，其研究成果可服務于人工防雹工程建設(shè)。

通過對巴彥淖爾地區(qū)降雹時空分布特征、冰雹云移動路徑及地面降雹特征分析可得如下結(jié)論：

1）巴彥淖爾地區(qū)降雹天氣主要發(fā)生在每年6—8月（76.44%）、12—20時（83.45%）的河套地區(qū)，主要冰雹云移動路徑是自西北向東南（43%），其次是自西向東（28%）；

2）基于讀取四個降雹點16塊測雹板的1612個凹坑數(shù)據(jù)進行粒子直徑反演，反演的最大冰雹粒子直徑為19.9 mm，最小為3 mm；同時計算了每個降雹點平均粒子直徑，與防雹作業(yè)人員記錄信息作對比，結(jié)果表明測雹板能較好反映降雹區(qū)域的降雹實況，比部分防雹作業(yè)人員記錄的信息（冰雹直徑）更加可靠；

3）根據(jù)自動站測得的小時最大風速及測雹板記錄表記錄的降雹時間信息，結(jié)合粒子反演公式即可得到此次降雹過程中各粒子直徑區(qū)間的粒子數(shù)，通過其粒子數(shù)分布可以看出其譜分布近似于指數(shù)分布形式，但在5 mm處出現(xiàn)了“左截斷”現(xiàn)象（3～5 mm直徑區(qū)間粒子數(shù)少），進而對是否將3～5 mm直徑區(qū)間的粒子數(shù)納入擬合進行了討論，發(fā)現(xiàn)當選擇是的時候擬合的指數(shù)函數(shù)與實際分布誤差較大，因此不將其納入擬合范圍，最終擬合的指數(shù)分布系數(shù)為

N

=6349、θ=0.4153。隨后對“左截斷”現(xiàn)象出現(xiàn)原因進行了分析，發(fā)現(xiàn)主要為凹坑重疊、數(shù)據(jù)讀取造成的誤差。

地面降雹信息對于冰雹云微物理結(jié)構(gòu)研究及雷達識別冰雹云的驗證具有重要意義，測雹板觀測能客觀反映地面降雹概況，雖然其制作及數(shù)據(jù)獲取需一定的人力去完成，但由于易制作、成本低廉可廣泛使用，進而提高防雹減災能力。

后續(xù)將會更加深入的對巴彥淖爾降雹天氣進行研究，為該地區(qū)防雹減災提供科學依據(jù)，為人工防雹工程建設(shè)貢獻一份力量。