湖南省一次飛機(jī)人工增雨作業(yè)的方案設(shè)計(jì)及效果評(píng)估

李瓊　汪玲　丁莉

摘要根據(jù)湖南省干旱需求，利用CPAS平臺(tái)，結(jié)合EC細(xì)網(wǎng)格資料和MM5模式分別對(duì)作業(yè)條件等進(jìn)行系統(tǒng)分析，并對(duì)作業(yè)后進(jìn)行效果分析。結(jié)果表明，衡陽(yáng)、株洲及周邊地域上空云中云水含量充足，具有較好的增雨潛力。整個(gè)過(guò)程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增加0.44 mm，增加水量約792萬(wàn) t，作業(yè)后長(zhǎng)沙普降小雨，長(zhǎng)沙空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）達(dá)99，空氣質(zhì)量獲得比較明顯的改善，此次增雨的作業(yè)效果較佳。

關(guān)鍵詞增雨條件；作業(yè)效果；飛機(jī)；方案設(shè)計(jì)；湖南省

中圖分類(lèi)號(hào)S423+.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）20-0157-04

AbstractAccording to the drought demand of Hunan Province， the CPAS platform was used to analyze the operating conditions and so on combined with EC fine grid data and MM5 mode，and the effect analysis was carried out after the operation.The results showed that the cloud water content in Hengyang， Zhuzhou and surrounding areas was sufficient， and it had good potential for increasing rainfall.In the whole process，Precipitation affected area increased by about 32%， surface rainfall increased by 0.44 mm，water consumption increased about 7.92 million t，there was light rain in Changsha after artificial precipitation，air quality index （AQI） of Changsha reached 99， air quality was more obvious improvement， the effect of this work was better.

Key wordsRainfall conditions；Operational effects；Aircraft；Program design；Hunan Province

早在1959年，湖南省就開(kāi)展夏季飛機(jī)人工增雨試驗(yàn)研究工作[1]，1968年開(kāi)始，采用雙機(jī)配合方法，一架飛機(jī)催化作業(yè)，一架飛機(jī)繞云觀測(cè)，到1969年下半年，累計(jì)開(kāi)展了440架次作業(yè)。據(jù)資料記載，湖南省在1971和1972年也展開(kāi)了飛機(jī)作業(yè)[2]。隨著科技的發(fā)展，人工影響天氣需求越來(lái)越大，到2011年，湖南省人工影響天氣辦公室將飛機(jī)人工增雨工作重新納入人工影響天氣業(yè)務(wù)任務(wù)之一，目前飛機(jī)人工增雨作業(yè)已成為該省常規(guī)業(yè)務(wù)。每年在湖南前汛期（4—6月）后，湖南降水減少，容易出現(xiàn)夏秋期干旱， 湖南省人工影響天氣辦公室結(jié)合實(shí)時(shí)干旱監(jiān)測(cè)情況，有針對(duì)性地開(kāi)展為期2～3個(gè)月的飛機(jī)人工增雨作業(yè)。

隨著技術(shù)日益發(fā)展，人工影響天氣作業(yè)也越來(lái)越科技化、規(guī)范化。關(guān)于飛機(jī)增雨作業(yè)，人工影響天氣業(yè)務(wù)工作者進(jìn)行了很多研究，并取得了一定的成果[3-5]。針對(duì)每一次飛行作業(yè)任務(wù)，業(yè)務(wù)人員都要匯集大量的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)、資料，認(rèn)真從作業(yè)需求、作業(yè)條件、作業(yè)預(yù)案的設(shè)計(jì)以及作業(yè)效果多方面進(jìn)行分析。筆者選取湖南一次典型飛機(jī)作業(yè)個(gè)例進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，介紹了湖南省飛機(jī)作業(yè)基本思路和流程，為其他省份市州飛機(jī)作業(yè)提供參考。

1作業(yè)需求分析

8月下旬湖南省多個(gè)市、州、縣開(kāi)始呈現(xiàn)出程度不一的氣象干旱，通過(guò)降水距平分析和氣象干旱的監(jiān)測(cè)分析，找出干旱地區(qū)，并對(duì)干旱地區(qū)天氣進(jìn)行密切關(guān)注，抓住有利時(shí)機(jī)，開(kāi)展飛機(jī)人工增雨作業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)（圖1a），近三旬全省大部分地區(qū)降水量在100 mm以上，但降水空間分布不均，湘西北降水偏多，湘東北至湘南一帶大部降水偏少，其中岳陽(yáng)、株洲北部、衡陽(yáng)南部、郴州西北部、永州中部降水偏少2～5成。氣象干旱實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示（圖1b），湖南省旱情明顯，有18個(gè)縣市出現(xiàn)了不同程度的氣象干旱；氣象干旱區(qū)域主要分布湘中以南地區(qū)，其中，株洲市醴陵縣、衡陽(yáng)市衡陽(yáng)縣、永州市江華縣、郴州市桂陽(yáng)縣和汝城縣共計(jì)4市5 縣達(dá)到中度氣象干旱標(biāo)準(zhǔn)。 綜上分析，衡陽(yáng)、株洲及周邊地區(qū)旱情較明顯，密切關(guān)注上述干旱地區(qū)天氣，抓住有利天氣形勢(shì)，有針對(duì)性地實(shí)施飛機(jī)人工增雨抗旱作業(yè)。

2作業(yè)條件分析

參考湖南省氣象臺(tái)發(fā)布的未來(lái)一周天氣預(yù)報(bào)，2016年8月31日，受低槽與中低層輻合的共同影響，湘中以南局地有暴雨，其他時(shí)段省內(nèi)以晴好天氣為主，結(jié)合EC模式預(yù)報(bào)和湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式預(yù)報(bào)，對(duì)8月31日天氣形勢(shì)和衡陽(yáng)、株洲及周邊干旱地區(qū)的作業(yè)條件進(jìn)行分析診斷，并針對(duì)作業(yè)條件好的干旱地區(qū)進(jìn)行作業(yè)預(yù)案設(shè)計(jì)。

EC細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)，8月31日14∶00湘中以南地區(qū)相對(duì)濕度在80%左右，有一定的水汽含量，有一定的增雨條件。

綜合湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式預(yù)報(bào)結(jié)果，8月31日13∶00—17∶00云帶主要分布在湘中偏南一帶，云帶帶寬在1 mm左右，最大垂直累積過(guò)冷水含量達(dá)0.1 mm，有一定的增雨潛力[6]，典型時(shí)刻的云系分布特征見(jiàn)圖2。

從云體垂直結(jié)構(gòu)（圖3）分析顯示，8月31日14∶00，株洲北部600 hPa附近水凝物含量較高，建議在衡陽(yáng)、株洲及周邊干旱區(qū)域做S型播撒作業(yè)。

綜上所述，2016年8月31日13∶00—17∶00，衡陽(yáng)、株洲及周邊干旱地區(qū)的相對(duì)濕度條件較好，云層屬于冷云， 0 ℃層在5 000 m左右，最大垂直累積過(guò)冷水含量較高，適合在5 000 m左右播撒冷云催化劑，有較好的增雨潛力。針對(duì)作業(yè)條件分析，設(shè)計(jì)冷云催化作業(yè)預(yù)案方案。

3作業(yè)預(yù)案

根據(jù)對(duì)作業(yè)需求、作業(yè)條件的分析結(jié)果，特制定飛機(jī)作業(yè)預(yù)案如下：①作業(yè)時(shí)段，8月31日13∶00—17∶00；②預(yù)計(jì)作業(yè)區(qū)域，衡陽(yáng)、株洲及周邊地區(qū)；③作業(yè)飛機(jī)，運(yùn)七飛機(jī)；④作業(yè)部位，4 500～5 500 m云區(qū)；⑤作業(yè)目的，作物抗旱；⑥催化方式，冷云AgI煙條。

4飛行實(shí)況分析

受低槽天氣系統(tǒng)影響，湖南中部地區(qū)出現(xiàn)小到中雨天氣，降水性質(zhì)為層積混合云降水，適合開(kāi)展人工增雨作業(yè)。湖南省人工影響天氣辦公室8月31日開(kāi)展一架次增雨作業(yè)，此次作業(yè)時(shí)長(zhǎng)約3 h，14∶43開(kāi)始催化，作業(yè)高度4 500～5 200 m，平均飛行作業(yè)高度為4 900 m，催化層風(fēng)向570°、風(fēng)速8 m/s，到17∶02催化結(jié)束，共消耗AgI冷云煙條10根，具體飛行路徑見(jiàn)圖4。

根據(jù)實(shí)況觀測(cè)和實(shí)際飛行情況，針對(duì)8月31日13∶00—17∶00飛機(jī)作業(yè)預(yù)案中的預(yù)計(jì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行分析。

8月31日15∶30衛(wèi)星反演云頂溫度、高度分布（圖5a、b）顯示，在湖南省中部存在水平尺度較大的低槽云系，衡陽(yáng)、株洲及周邊地區(qū)云頂溫度為-10～0 ℃，云頂高度為5～6 km，為冷云。長(zhǎng)沙雷達(dá)觀測(cè)顯示（圖5c），13∶00—17∶00在湖南中部有大范圍層積混合云覆蓋，回波強(qiáng)度15～35 dBz，適合開(kāi)展人工增雨作業(yè)。

對(duì)照預(yù)計(jì)作業(yè)區(qū)域，MM5模式預(yù)報(bào)的預(yù)計(jì)作業(yè)區(qū)域（衡陽(yáng)、株洲及周邊地區(qū)）作業(yè)條件較好，為作業(yè)潛力區(qū)。但與實(shí)況相比，MM5模式預(yù)報(bào)的作業(yè)潛力區(qū)位置偏北，并對(duì)衡陽(yáng)地區(qū)出現(xiàn)了空?qǐng)?bào)，MM5模式對(duì)此次過(guò)程增雨潛力區(qū)的位置和強(qiáng)弱分布的預(yù)報(bào)與實(shí)況出現(xiàn)了一定偏差，也導(dǎo)致作業(yè)預(yù)案中給出的預(yù)計(jì)作業(yè)區(qū)域出現(xiàn)衡陽(yáng)空?qǐng)?bào)，與實(shí)況有一定差別。分析其原因，主要是由于在這一時(shí)段模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品與實(shí)況有偏差，而作業(yè)預(yù)案制作時(shí)過(guò)于依賴(lài)預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

實(shí)際飛行：運(yùn)七飛機(jī)14∶30起飛，14∶43開(kāi)始在株洲南部實(shí)施催化作業(yè)，17∶02停止催化，實(shí)際催化高度

5作業(yè)效果評(píng)估

5.1影響區(qū)計(jì)算

根據(jù)高空的風(fēng)向風(fēng)速顯示，作業(yè)時(shí)西北風(fēng)向，風(fēng)速達(dá)8 m/s，飛行作業(yè)影響區(qū)如圖6，累計(jì)影響面積約為1.8萬(wàn)km2。

5.2降雨量分析

在作業(yè)影響區(qū)的上游，選取作業(yè)上風(fēng)方向、面積相同的對(duì)比區(qū)1（圖6），對(duì)影響區(qū)與對(duì)比區(qū)的雨量進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算K值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作業(yè)前1 h，影響區(qū)面雨量為0.17 mm，K為1.70；作業(yè)開(kāi)始到作業(yè)結(jié)束影響區(qū)雨量明顯增加，2 h面雨量增加0.76 mm，K值明顯增大至2.45；作業(yè)后1 h，K值繼續(xù)增大，為3.42；作業(yè)后2 h，K值減小至1.90。整個(gè)過(guò)程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增多0.44 mm，增加水量=增加面雨量×影響面積×水密度=792萬(wàn)t。

5.3直觀對(duì)比分析

采用直觀對(duì)比物理檢驗(yàn)方法，對(duì)比了作業(yè)前后影響區(qū)域雷達(dá)參數(shù)變化（圖7），8月31日下午長(zhǎng)沙空氣質(zhì)量差，實(shí)時(shí)天氣為陰天，空氣濕度較大，飛機(jī)在長(zhǎng)沙上空進(jìn)行增雨播撒作業(yè)。針對(duì)16∶30左右在長(zhǎng)沙一帶盤(pán)旋播撒的作業(yè)效果進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作業(yè)后，強(qiáng)雷達(dá)回波面積有所增加，雷達(dá)回波強(qiáng)度增強(qiáng)，此次作業(yè)效果較好；作業(yè)前

16∶00長(zhǎng)沙天氣為陰天，空氣質(zhì)量為輕度污染，AQI指數(shù)為143，作業(yè)后長(zhǎng)沙普降小雨，18∶00空氣質(zhì)量達(dá)到良好，AQI指數(shù)降為99，空氣質(zhì)量明顯變佳（圖8）。

6結(jié)論

（1）2016年8月31日，湖南省受低槽與中低層輻合的共同影響，天氣系統(tǒng)的配置有利于降水發(fā)生、發(fā)展，具備比較好的人工增雨作業(yè)氣象條件。

（2）利用CPAS平臺(tái)，結(jié)合EC細(xì)網(wǎng)格資料和湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式對(duì)作業(yè)條件進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，衡陽(yáng)、株洲及周邊地區(qū)上空云中云水含量，云帶帶寬在1 mm左右，最大垂直累積過(guò)冷水含量達(dá)0.1 mm，制訂冷云催化作業(yè)方案，預(yù)設(shè)作業(yè)方案基本可行。

（3）催化前后，整個(gè)過(guò)程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增

加了0.44 mm，增加水量約792萬(wàn)t，作業(yè)后長(zhǎng)沙普降小雨，

空氣質(zhì)量達(dá)到良，AQI指數(shù)達(dá)99，空氣質(zhì)量得到改善。

（4）湖南省人工影響天氣辦公室結(jié)合實(shí)時(shí)干旱監(jiān)測(cè)情況，密切關(guān)注天氣形勢(shì)，認(rèn)真分析作業(yè)條件，抓住有利時(shí)機(jī)在干旱地區(qū)大面積成功開(kāi)展飛機(jī)人工增雨、抗旱作業(yè)，影響區(qū)普降小-中雨，此次作業(yè)對(duì)增加降水、改善空氣質(zhì)量起了正面作用。

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