商丘云水資源分析及增雨效益評估

李柯星 (河南省商丘市氣象局，河南商丘476000)

商丘位于河南省最東部平原地區，受太陽輻射、東亞季風環流等因素的綜合影響，形成了典型的大陸性季風氣候，具有四季分明、雨熱同期、旱澇不均的氣候特點。自然降水是影響干旱的最主要因子，最大蒸發量與降水量之比為1．1∶1．0，蒸發量大于降水量，常造成嚴重的干旱，地表及地下水資源也很貧乏。因此，研究商丘干旱和降水氣候特征，進行云水資源及增雨效益分析，是科學而有效的途徑之一［1－6］，為增雨作業提供物理依據。筆者在此利用商丘市1960～2014年氣象資料，采用氣候統計方法，研究了商丘市干旱和降水氣候特征，以及人工增雨潛力和效益評估。

1 商丘干旱特征

1．1 干旱的年代際變化 從年代際變化分析，干旱災害年份具有持續出現的特點，1971～1980年干旱發生的頻率為10年6遇，中旱、重旱、特旱頻率相同，均為2次;1981～1990年干旱發生的頻率為10年10遇，中旱、重旱、特旱頻率亦相同，均為3次;1991～2000年干旱發生的頻率為10年7遇，其中重旱2次、特旱5次;2001～2010年干旱發生的頻率為10年9遇，即輕旱1次、中旱4次、重旱4次。從不同干旱類型發生的頻率來看，輕旱為6．3%，中旱為28．1%，重旱特旱為65．6%，干旱年發生的頻率為80%。由此可知，商丘是干旱的多發和重發區，其中20世紀70～90年代重旱、特旱增多，危害加重;20世紀90年代～2010年特旱減少，中旱、重旱增多，干旱的發生頻率增加。

1．2 干旱的季節變化 商丘每年四季均有不同程度的干旱發生，有春旱、初夏旱、伏旱、秋旱、冬旱和秋冬連旱。

1．2．1 春季。春旱發生的頻率最高，出現次數最多。春季降水有明顯的周期性，春季旱年多于澇年。20世紀80年代以后春旱發生的頻率逐漸增加、干旱程度加重，極端春旱的年份有 1962、1965、1968、1970、1971、1978、1981、1986、1987、1989、2000、2001、2005、2011 年，尤以 2001 年降水最少，一半以上的縣、市降水量不足10．0 mm，民權僅6．7 mm。

1．2．2 夏季。夏季由于降水時空分布不均，旱澇交替出現，即易出現暴雨，也易發生干旱。極端干旱的年份有1966、1968、1969、1975、1983、1986、1988、1991、1993、1997、1999、2002、2008、2011年，尤以1966年降水最少，大部分縣、市降水量不足200 mm，虞城降水量僅為107 mm，全區均出現了歷史上的特大干旱。

1．2．3 秋季。秋季降水有明顯的周期性，最為明顯的有2～3 年，極端秋旱的年份有 1965、1966、1971、1973、1976、1988、1989、1990、1991、1994、1998、2001、2002、2007、2008 年。秋季降水極端偏少的年份出現在1998年，1998年成為有氣象記錄以來秋季降水極小值，全市平均降水量為14．6 mm，睢縣僅5．6 mm。

1．2．4 冬季。冬季雨雪偏少的年份有 1961、1962、1965、1967、1969、1973、1976、1980、1981、1982、1983、1985、1987、1993、1995、1996、1998、2008、2011 年，1976 年冬季降水最少，除永城外所有縣、市降水量均2 mm以下，55年的資料表明干冬多于濕冬。

2 商丘市降水特征

2．1 年降水特征 商丘各縣年降水量有較大差異，空間分布不均，全市年均降雨量為774 mm，夏邑雨量最多，為766 mm，民權最少，為678 mm，兩地年均雨量相差88 mm。年降水量另一特征是年際變化大、穩定性差，如年最大降水量為1 246．0 mm(2003 年)，年最小降水量 322．7 mm(1966 年)，全市年降水變率為16% ～22%，降水變率大(圖1)，易造成旱災和澇災。

2．2 季降水特征 由圖2可見，近55年商丘各季降水量分布不均，夏季(6～8月)降水量最多，為430 mm，冬季(12月～次年2月)降水量最少，為44 mm，春、秋兩季降水量差異不大。

2．3 月降水特征 從圖3可看出，商丘各月降水量呈單峰型分布，7月份降水量最大，為193．7 mm，1月份降水量最少，為13．0 mm，1～7月降水量遞增，7～12月降水量遞減。

2．4 3～11月小雨日數分布 分析商丘小雨降水日數可知，7月份最多，為8～9 d，11月份最少，為4～5 d。夏季(6～8月)降水日數最多，為6～9 d;秋季(9～11月)最少，為4～7 d;春季(3～5月)為5～6 d。此外，降水日數地理分布不均，東部大于西部。

3 增雨潛力分析

根據商丘市增雨作業條件分析，商丘市春、夏、秋季(3～11月)均可開展人工增雨作業。從區域分布來看，中部地區比率最大，即可供作業日最多，相對增雨潛力最大，西部次之，東部增雨潛力較小。從月、季分布來看，6月份比率最大，即可供作業日最多，其相對增雨潛力最大，8月份最少，其增雨潛力最小;春季比率最大，即可供作業日最多，其相對增雨潛力最大，秋季次之，夏季增雨潛力最小。如果商丘市空中水資源利用率增加一個百分點，則平均年增雨138 mm。

由雨日條件分析可知，商丘西部人工增雨春季可作業日數為3～4 d，夏季為2～4 d，秋季為2～4 d;中部春季為3～4 d，夏季為2～4 d，秋季為2～3 d;東部春季為2～3 d，夏季為2～4 d，秋季為3～4 d。

4 經濟效益和社會生態效益評估

4．1 經濟效益 國內外研究表明人工增雨可以增加5% ～25%的降水量［7－10］。商丘市通過對2005～2014年作業實例進行分析，特別是選取在同一天氣系統影響下某一站點實施增雨與相鄰縣自然降水作對比分析，發現增雨的潛力很大。全市累計作業40次，共出動1 206門炮次，發出炮彈16 263發，累計增水35．1億t，受益面積達532 253 km2，共創經濟效益12．53億元，投入與產出比約為1∶30。

4．2 社會生態效益

4．2．1 增加水資源量。水資源總量增加可降低水污染防治及節水工作的難度，可以優化水資源配置，協調城市生態建設、人民生活、工農業發展和水資源的關系，緩解水資源短缺矛盾，對于城市的可持續發展、改善生態環境具有重要意義。

4．2．2 改善生態環境。開發利用空中水資源，增加區域降水量，增加河水徑流量，改善水分循環狀況，有利于緩解制約社會經濟發展和生態建設的水資源短缺等突出矛盾，對于干旱地區經濟的可持續發展、改善生態環境具有重要意義。

4．2．3 提高社會可持續發展程度。進行云水資源開發研究，使水資源能夠適應國民經濟迅速發展的需求，將增強社會可持續發展程度，為社會經濟的發展帶來巨大的效益。

4．2．4 改善空氣質量。增加降水，可增大空氣濕度，減少空氣中的塵埃，提高大氣清潔度，減輕環境污染，提高人民生活質量。

5 小結

商丘干旱年份具有持續出現的特點，干旱年發生的頻率為80%，四季均有不同程度的干旱發生，春旱發生的頻率最高;年降水量有較大差異，降水變率大，各季降水量分布不均，夏季最多，降水日數為6～9 d，春、秋季次之，冬季最少;各月降水量呈單峰型分布，7月份降水量最大，降水日數最多為8～9 d;從月、季增雨條件來看，春、夏、秋季均可開展人工增雨作業，6月份可供作業日最多，相對增雨潛力最大，8月份最少，增雨潛力最小，人工增雨社會生態效益和經濟效益顯著。

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