永泰縣地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)點選址可行性分析

何興林 謝建芳 張慎捷

(福建省永泰縣氣象局，福建 福州 350700)

永泰縣地處福州市西部，降水資源豐富，但近年來降水分布極為不均。如：自2020年4月至2021年4月，全縣降水較歷年偏少40%，達到重旱標準，給當?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活造成嚴重影響。為了抗旱減災、水庫蓄水發(fā)電等，需要開展人工增雨作業(yè)。永泰縣空中航道密集，不適宜進行開展火箭彈人工增雨作業(yè)。地面發(fā)生器不受空域管制，可以全天候、長時間、持續(xù)性、大劑量地作業(yè)，同時還具有節(jié)省人力，費用低廉，運輸、安裝、使用、維護方便，安全可靠等優(yōu)點。故當?shù)卣M行工作部署，由氣象部門牽頭，按照福建省《地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)規(guī)范》要求，先后在丹云鄉(xiāng)天臺山、東洋鄉(xiāng)秀峰仙和梧桐鎮(zhèn)芹菜湖三個地點布設地面發(fā)生器點，作業(yè)目標區(qū)是覆蓋全縣區(qū)域。

目前地面發(fā)生器暖云人工增雨作業(yè)是通過燃燒含有氯酸鹽等物質的催化劑，形成大量大尺度的吸濕性顆粒物，依托上升氣流將其帶入目標云體內，影響云的微物理過程，從而快速啟動“重力碰并過程”，增強云內的降水，達到人工增雨的目的。福建省屬于華東地區(qū)，降水過程包含暖云降水環(huán)節(jié)，因此使用的催化劑是暖云焰劑[1]。作業(yè)點選址的關鍵是要考慮其地理環(huán)境、云水資源條件和作業(yè)后所能影響的區(qū)域。本文主要從云和降水條件、降水云系的主要移動路徑、環(huán)境氣象條件等方面對永泰縣三個煙爐作業(yè)點布設的合理性進行探究。

1 月降水特征

根據(jù)永泰縣梧桐鎮(zhèn)芹菜湖作業(yè)點和東洋鄉(xiāng)秀峰仙作業(yè)點、丹云鄉(xiāng)天臺山作業(yè)點2016-2020年降水資料分析，年均降水量分別為1705.2mm、1487.0mm和1810.0mm，降水主要集中在3～9 月，分別占年降水的83.3%、81.0%和84.3%。月降雨量均為6月份最多，平均降雨量分別為290.4mm、272.8mm和327.1mm，見表1。研究表明：在暖季(3-9月)，因地形云造成的降水日數(shù)分別109天、117天、121天，分別占總日數(shù)的50.9%、54.7%和56.5%，具有豐富的地形云資源[2]。

表1 2016—2020年作業(yè)點所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)3～9 月降雨量 單位:mm

2 降水云系移動路徑

天氣系統(tǒng)對應的云體移動方向與人工增雨作業(yè)關系密切，掌握云體的移動方向將取得更好的人工增雨效果。本文統(tǒng)計了2016—2020年永泰縣24 h自然降雨量在5 mm 以上，影響作業(yè)點云體雷達回波移向路徑。將云體移動路徑分為8個方位和原地生成發(fā)展的情況。分析發(fā)現(xiàn)云體來自西南面最多，占 23.8%；其次是西面，占 20.3%；南面第三，占 14.6%；西北面第四，占 11.1% ，詳見表2。

表2 2016—2020年雷達回波云體移向路徑統(tǒng)計

3 作業(yè)點的環(huán)境氣象條件

3.1 云底與地面發(fā)生器的高度差

按照地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)參數(shù)表要求[6]，云底與地面發(fā)生器高度差暖云降水云系作業(yè) ≤200 m 。這個高度以上適合使用地面發(fā)生器人工增雨。

由于作業(yè)點建設之前缺少云底高度觀測數(shù)據(jù)，可以通過計算得到作業(yè)點附近的云底高度。國內外多位學者指出，可將抬升凝結高度近似作為云底高度[3-4]：

H=a(Ts-Td)

式1中，H為抬升凝結高度；Ts為抬升起始高度的地面溫度；Td為露點溫度；a的選用與公式近似計算時所選的露點遞減率有關，本文a取124m/℃。

通過計算，永泰縣2016—2020年梧桐鎮(zhèn)芹菜湖作業(yè)點、東洋鄉(xiāng)秀峰仙作業(yè)點和丹云鄉(xiāng)天臺山作業(yè)點的云底高度分別為759.6m、1129.3m和1062.5m。三個作業(yè)點海拔高度分別為815m、750m、1010m，詳見表3。

表3 云底與地面發(fā)生器的高度差

3.2 作業(yè)點環(huán)境和盛行風

地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)的關鍵因素之一是云底要有較強的上升氣流，才能將催化劑的煙霧送入云中，所以作業(yè)點需選擇在具有一定海拔高度的迎風坡上。參照表2 的統(tǒng)計結果，地面發(fā)生器作業(yè)點主要考慮建設在西北—東南向的山脈的中上部，通常這類走向的山脈，在作業(yè)點的迎風坡上游有一縱長的深谷，有利于風在迎風坡前輻合，這樣形成的西南風上升氣流特征明顯，可將催化劑的煙霧順利地帶入云中[6]。

梧桐鎮(zhèn)芹菜湖作業(yè)點(圖1a)夾在兩條西南-東北走向山脈的中間，西南面有一個較大的山谷，有明顯的西南山谷風特征。當天氣系統(tǒng)來自西南面時，作業(yè)點處在迎風坡面，易形成上升氣流，將催化劑的煙霧向云中傳播。

東洋鄉(xiāng)秀峰仙作業(yè)點(圖1b)和丹云鄉(xiāng)天臺山作業(yè)點(圖1c)都位于南—北向山體上接近山頂?shù)奈恢茫斕鞖庀到y(tǒng)來自東、南、西三面時，都較易形成上升氣流，將催化劑的煙霧向云中傳播。

(a)梧桐鎮(zhèn)芹菜湖地形圖

(b)東洋鄉(xiāng)秀峰仙地形圖

(c)丹云鄉(xiāng)天臺山地形圖圖1

4 交通條件

因為地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)點在建設過程中，所需的水泥、沙石、圍欄等材料都比較重，且煙爐設備運輸、焰條裝填及煙爐設備維護、維修等工作都需要技術人員到達現(xiàn)場，因此需要交通便利。永泰縣三個地面發(fā)生器作業(yè)點在選址時充分考慮了這個因素。

5 通訊條件

地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)采取遠程控制的方式進行，通訊模式采用GSM/GPRS(地面發(fā)生器生產(chǎn)廠家不同通訊系統(tǒng)配置也不同)。作業(yè)點應選擇在通訊信號覆蓋范圍內。

作業(yè)點通訊信號，可以使用手機“Cellular-Z”APP信號檢測軟件，分別采用移動、聯(lián)通和電信的手機卡進行現(xiàn)場信號測試。當信號強度RSRP值≥-105，說明信號較好。

通過現(xiàn)場信號檢測，梧桐鎮(zhèn)芹菜湖、東洋鄉(xiāng)秀峰仙、丹云鄉(xiāng)天臺山作業(yè)點的RSRP值分別為-98、-90和-103。

6 土地權屬

地面發(fā)生器建設的主要目的，是實施人工增雨，受益方是當?shù)厝嗣瘢越ㄔO土地應該由當?shù)卣峁霈F(xiàn)土地糾分等情況應該由當?shù)卣鉀Q。

在選址之初，建設方要求梧桐鎮(zhèn)、東洋鄉(xiāng)和丹云鄉(xiāng)政府向建設方出具建設地面發(fā)生器的申請，三個地方政府都按建設方的要求出具了建設申請。

7 結論

永泰縣地面發(fā)生器人工增雨作業(yè)點選址從降水云系移動路徑、作業(yè)點的環(huán)境氣象條件、交通條件、通訊條件和土地權屬等幾個方面展開分析，得出以下結論：永泰縣三個作業(yè)點均具有豐富的地形云資源；云體來自西南面最多；東洋鄉(xiāng)作業(yè)點位置略低；交通條件和通訊條件較好；土地權屬明確，避免了重建造成經(jīng)濟浪費。

綜上所述，除東洋鄉(xiāng)作業(yè)點的位置略低外，其余均符合選址要求。