夏季麗江飛機增雨作業天氣條件的研究

摘 要：以夏季麗江飛機增雨作業氣象為研究對象，利用ERA5再分析氣象資料和MICAPS氣象實況資料進行了分析。研究結果顯示：切變線、副熱帶高壓外圍、高空槽是麗江夏季實施飛機增雨作業時的大氣主要環流形勢，且這幾種天氣系統相互配合、共同影響，其中，以切變線最為常見。低層相對濕度≥80%、垂直上升運動達到或超過500 hPa是開展飛機增雨作業的必要條件，在此大氣環境背景下，通過飛機播撒AgI凝結核有利于促進水汽凝結增長，進而增加降水量。夏季麗江增雨作業主要在穩定降水層狀云中進行，雷達回波強度一般介于10～25 dBz之間，最大達到45 dBz，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2。在有利的天氣系統配合下，無明顯雷達回波時也能開展作業且效果佳。

關鍵詞：夏季飛機增雨；天氣環流形勢；雷達回波；作業條件

中圖分類號：P481 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

隨著現代科技的發展，全球異常天氣、氣候頻發，人工影響天氣作業越來越受到人們的關注。其中，人工增雨不僅是農業抗旱防災減災的需求，還是水資源安全的保障，同時能防止森林火險的發生，對生態建設與環境保護都起著重要的作用。

麗江市地處滇西北橫斷山縱谷地帶的東部，屬低緯高原山地季風氣候，干濕季分明，干季（11月—翌年4月）降水量僅占全年降水量的6%左右；地形西北高東南低，立體氣候特點突出，氣候一致性較差。盡管相關部門對麗江季節性干旱有一定的預期與應對措施，但在近10年的冬春季中，有7年降水量偏少，且頻繁出現冬春初夏連旱。

滇西北地區是全球生物多樣性的熱點地區，夏季降水對生態環境的作用極為重要，因此加強滇西北地區夏季飛機增雨作業的研究顯得尤為重要。以2019年7月和2021年6月在麗江開展為期2個月的飛機增雨作業為例，總結出適合滇西北夏季飛機增雨作業的有利氣象條件，以提升麗江飛機增雨作業的效果。

1 飛機增雨作業的概況

2019年7月和2021年6月麗江市持續異常高溫少雨，發生冬春初夏連旱。2019年7月麗江市共實施飛機增雨作業11次，累計作業時長1 822 min，消耗“煙條”220根，增雨作業區域主要位于玉龍縣西部—玉龍縣中部—古城—永勝縣西部一帶。2021年6月實施飛機增雨作業10次，累計作業時長1 815 min，消耗“煙條”400根，開展作業區域覆蓋全市一區四縣。其中，2021年飛機增雨作業后對麗江區域性干旱的緩解效果尤為顯著。

2 作業條件的天氣分型

通過對2019年和2021年17架次有效飛機增雨作業過程的天氣系統進行整理發現，夏季實施飛機增雨作業時常常受多個天氣系統的共同影響，其中，以切變線最為常見，其次是副熱帶高壓（以下簡稱副高）、高空槽和孟加拉灣低壓（以下簡稱孟灣低壓）。統計得出，夏季有利于麗江實施飛機增雨作業的系統—切變線、副高外圍天氣、高空槽、“兩高”輻合、孟灣低壓和南海熱帶低壓分別占76%、35%、29%、18%、18%、6%（由于影響系統在同一作業時間同時出現，故某一類系統所占百分比為出現該系統總次數與總有效增雨次數之比）。

3 大氣環流氣象條件分析

3.1 副高外圍+切變線

2021年6月9日，麗江機場起飛的飛機于09：00～12：02在99°～101°E實施折線飛行增雨作業，08：00，在500 hPa高度場和700 hPa風場上，副熱帶高壓西伸至我國沿海，麗江位于副高外圍584線控制的西偏南氣流控制區，700 hPa風場在麗江北部，麗江—西昌與巴塘—溫江間有一切變線，為北高南低形勢，切變線南壓（圖1a）。至20：00，在麗江與西昌間形成風向切變，切變線過境前，麗江一直受西南氣流控制，不斷有水汽向麗江輸送，700 hPa溫度露點差小于1 ℃，達到近似飽和狀態。同時，700 hPa風場呈氣旋性分布，而500 hPa為高壓外圍，風場呈反氣旋性分布，為不穩定性降水提供了有利的環流條件，但對增雨飛機的飛行安全則產生了影響。從探空圖（圖1d）可看出，08：00，麗江站對流有效位能CAPE值達到138 J/kg，不穩定能量較強。在作業前，6月9日08：00的相對濕度和水平風垂直剖面上（圖1b），95°～105°E自低層到250 hPa為相對濕度≥80%的濕層，這是由于整層為一致的西偏南氣流，西南風引導水汽從孟加拉灣向云南輸送。從垂直速度上看（圖1c），99°E以東（99°～110°E）的整個副熱帶高壓外圍區域，650～200 hPa為深厚的上升氣流區，表明飛機在避開強對流區在切變線前實施作業，由于濕層和上升氣流區都較為深厚，在0 ℃及以下高度實施飛機增雨作業，有利于增加降水量[1]。

3.2 高空槽＋西南氣流

2019年7月11日，飛機于10：20～13：28在麗江機場飛行，用時1 808 min，在麗江西部（99°～100°E）實施西南—東北向折線飛行的增雨作業。2019年7月11日08：00（圖2a），500 hPa上四川中部至云南東部地區有一高空槽，滇西北一線受槽后西偏北氣流控制，高層冷空氣向南滲透云南北部。在700 hPa風場上，麗江受西南氣流控制，有水汽從孟加拉灣源源不斷向麗江市輸送，溫度露點差小于1 ℃，達到近似飽和狀態，形成一低層暖濕高層冷的環流形勢，有利于形成對流天氣，對飛機安全飛行有一定的影響。

從7月11日08：00的相對濕度和水平風垂直剖面上看（圖2b），在飛機增雨區域從底層至200 hPa相對濕度都在85%～90%，為近飽和狀態，中低層滇西一線西南風風速較大，有利于水汽的不斷輸入，為凝結增長提供了水汽保障。從垂直速度看出（圖2c），從滇西到麗江西部（95°～99°E）、從低層到高層200 hPa附近有上升運動，且上升運動較強，而在麗江東部100°E附近則為下沉運動，上升氣流和下沉氣流并存，使得形成較為穩定的垂直環流。而0 ℃層在530 hPa附近（圖2d）。因此，在0 ℃及以下區域進行飛機增雨作業，受到上升運動的影響，凝結核碰并增長而增加降水量。

3.3 高空槽＋切變線

2019年7月13日，飛機于09：52～13：13在麗江機場飛行，用時1 821 min，在麗江玉龍縣中東部（99.5°E～100°E）實施南—北向折線飛行的增雨作業。2019年7月13日08：00（圖3a），500 hPa上貴州東部至廣西有一高空槽，滇中以北地區為槽后西北氣流控制，高層冷空氣向南滲透云南北部，700 hPa受冷空氣回流影響，在麗江與西昌間形成切變，但700 hPa的08：00實況上顯示南高北低形勢，切變線難以南壓，未來向東移的趨勢減弱，因此，相關部門應及時抓住有利時機進行切變線前飛機增雨作業。

在作業前，從7月13日08：00相對濕度和水平風垂直剖面可看出（圖3b），在飛機增雨區域從底層至400 hPa相對濕度在90%以上，在增雨區600～530 hPa附近，相對濕度高達100%，為飽和狀態，豐富的水汽為凝結核的增長創造了有利的氣象條件。在750～650 hPa附近，緬甸一線風速大，至滇西后風速迅速減小，形成風速輻合，配合700 hPa的切變系統，有利于降水形成。

從垂直速度看出（圖3c），從滇西至麗江西部（96°E～100°E）、從低層至高層350 hPa附近有上升運動，且上升運動較強，而在麗江東部100°E附近則為弱的下沉運動，因此在麗江玉龍縣實施飛機增雨作業，能使播撒的凝結核受到上升運動的影響，從而增加降水量。從溫度場的垂直分布來看，0 ℃層在530 hPa附近（圖3d），因此，在0 ℃及以下區域進行飛機增雨作業，有利于低層水汽和凝結核抬升凝結核碰，并增加降水量[2]。

4 麗江夏季飛機增雨作業的雷達監測指標

飛機人工增雨作業的主要對象為穩定層狀降水云系，此外，弱的混合性（層狀云和弱積狀云）降水云系也是飛機增雨作業的重要對象。在適宜的天氣環流背景下，當雷達回波強度達到10～45 dBz，回波強度＞10 dBz的面積大于100 km2時，適合開展飛機增雨作業。當前，對飛機增雨作業雷達指標的研究大多集中在春季和秋季，而此次在麗江開展的飛機增雨作業是在夏季進行的。通過對有效增雨個例的分析，初步總結出夏季麗江開展飛機增雨的雷達監測指標（表1）。增雨作業主要是在穩定降水層狀云中進行的，雷達回波強度一般在10～25 dBz之間，最大一般為45 dBz左右，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2，但在個別增雨作業案例中，在飛機起飛前及作業過程中無明顯雷達回波，這是夏季飛機增雨作業與春秋季飛機增雨作業顯著的不同之處[3]。

5 結論

第一，切變線、副高外圍天氣、高空槽是麗江夏季實施飛機增雨作業的主要環流形勢，且這幾種天氣系統往往相互配合、共同影響，以切變線最常見。在有利環流形勢下必須具備充沛的水汽條件，麗江處于高濕區，低層相對濕度≥80%，飛機播撒AgI凝結核，在豐沛的水汽條件下通過上升運動有利于凝結增長，從而增加降水量[4]。

第二，有利于飛機增雨作業的天氣環流形勢間存在一定的差異，但0 ℃層基本在500～530 hPa之間，0 ℃

層高度較高。6月和7月低層濕度條件均較好，基本能達到85%以上，存在垂直上升運動，且上升運動能達到或超過500 hPa是麗江飛機增雨作業的必要條件。只有具備上升運動及較高的運動高度，才能使低層充沛的水汽通過上升運動向上運動，飛機播撒的凝結核才能在水汽的配合下抬升凝結，并形成雨滴從而達到增雨效果。

第三，夏季麗江增雨作業主要是在穩定降水層狀云中進行的，雷達回波強度一般在10～25 dBz之間，最大值一般在45 dBz左右，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2。在有利的天氣系統配合下，無明顯雷達回波時也能進行作業且作業效果佳，這是夏季飛機增雨作業與春秋季飛機增雨作業顯著的不同之處。

參考文獻

[1] 毛節泰，鄭國光.對人工影響天氣若干問題的探討[J].應用氣象學報，2006（5）：643-646.

[2] 李枚曼，喻乙耽，許弋，等.一次飛機人工增雨作業中云宏微觀特征分析[J].中低緯山地氣象，2022，46（3）：47-55.

[3] 王吉宏，張維全，韓江文，等.新一代天氣雷達在一次飛機增雨作業中的應用[J].安徽農業科學，2010，38（28）：15734-15735，15769.

[4] 哈青辰.人工影響天氣飛機增雨作業安全分析與對策[J].農村經濟與科技，2021，32（20）：11-13.

基金項目：云南省氣象局科研項目（YZ202438）。

作者簡介：楊沛瓊（1986—），女，云南麗江人，工程師，主要從事中短期天氣預報預測工作。