昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨效果的評估分析

摘 要：以昭通市漁洞水庫徑流區作為水庫蓄水型人工增雨野外試驗背景，采取區域回歸分析方法，利用云南省昭通市昭陽區和魯甸縣2014—2022年近9年區域自動站年均降水量資料，選取作業影響區和對比區，建立月際逐日自然降水量回歸方程，基于ArcGIS軟件，在作業影響區和對比區上繪制泰森多邊形，開展同一影響天氣系統下24個作業樣本面雨量分析，以對比區逐日自然降水面雨量推測作業影響區逐日自然降水面雨量，再與作業影響區實測面雨量作比較，得出7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%，作業期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3；同時組合反射率、回波頂高度、垂直積分液態含水量等雷達回波參量均對增雨作業具有一定效果。

關鍵詞：人工增雨；庫塘蓄水；效果評估

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

云南省昭通市地處云、貴、川三省交界處，位于云南東北部、烏蒙山區北緣，地勢南高北低，立體氣候突出。昭魯壩子作為云南省第三大壩子，總耕地面積約為3.48萬hm2。以往因水利基礎設施薄弱，灌溉效率較低，以高原特色農經作物種植為主的農田灌溉能力不足且單產較低，而漁洞水庫的建設從根本上解決了該地區農業生產用水問題和昭陽區城市居民飲用水問題，提升了昭魯壩子的水利化程度。

近年來，受極端高溫干旱天氣影響，漁洞水庫徑流區長期雨水補給不足，導致上游來水量偏少，水資源短缺，嚴重威脅著漁洞水庫用水安全，而庫塘蓄水是應對水資源短缺最為有效的手段。因此，氣象部門正在不斷探索高效開發空中云水資源的方法，以增加庫塘蓄水量，并對庫塘蓄水型人工增雨作業密切關注。

目前，對于人工增雨效益評估研究方法大多采用區域對比分析的方法：2005年，會澤縣氣象局在毛家村水庫徑流區設立了3個增雨試驗點，通過人工增雨蓄水進行發電，對作業影響區和非影響區采用3種方法進行效果分析，得出毛家村水庫在雨季實施人工增雨作業增加降水量10%～25%[1]；方夏馨等[2]主要通過對作業影響區域和非影響區域過程雨量進行分析，初步得出2012昆明市一次人工增雨作業效果顯著。

1 研究區概況

昭通市漁洞水庫徑流區水庫蓄水型人工增雨野外試驗在昭陽區的蘇甲、樂居，魯甸縣的新街、塘房、龍樹等鄉鎮區域設置了5個固定作業點，有效避免了固定作業點影響區域受限、作業方位固定等問題。此外，在魯甸縣水磨鄉增加1個流動作業點，增加機動作業能力。

區域歷史回歸分析是建立在作業影響區與對比區降水量的統計相關關系與歷史上降水量的區域相關性相同的假定基礎上，利用昭陽區及魯甸縣2014—2022年近9年區域自動站年均降水量資料，建立一元線性回歸方程。以相關性程度篩選作業影響區和對比區，選取魯甸縣新街、龍樹、水磨鄉（鎮）為作業影響區，魯甸縣梭山、樂紅、龍頭山鄉（鎮）為對比區，得到一元線性回歸方程。考慮到降水資料時間跨度較長及降水時空分布不均特性等因素，該方程擬合度相對較好，選取的作業影響區與對比區較為合理，可以作為區域歷史回歸分析方法的應用研究區域基礎。作業影響區及對比區年均降水量（2014—2022年），具體如表1所示。

2 人工增雨作業的效果評估

2.1 基于ArcGIS計算泰森多邊形面雨量

本研究基于ArcGIS軟件分析工具，在作業影響區及對比區站點布局基礎上繪制泰森多邊形，自動氣象站分布如圖1所示，基于站點分布的泰森多邊形區劃圖如圖2所示。求得各雨量站的面積權重系數，然后用各站點雨量與該站所占面積權重相乘后累加，得到相對科學客觀的面雨量數據。設每個雨量站都以其所在的多邊形為控制面積△A，△A與作業影響區或對比區的面積A之比即為該雨量站的權重數，權重數如表2所示。

2.2 月際逐日自然降水量回歸方程

選取作業影響區及對比區2023年7—10月的月際逐日自然降水量數據，建立月際逐日自然降水量回歸方程（表3），考慮到降水資料時間跨度較長及降水時空分布不均特性等因素，該方程擬合度較好，表明兩區自然降水面雨量存在線性關系，可以利用對比區實測雨量推算作業影響區估計雨量[1-5]。

2.3 相對平均增雨率的計算

設對比區自然面雨量為x，作業影響區面雨量估計值為，作業影響區面雨量實測值為z，相對增雨率為q，將對比區自然面雨量x代入對應月際逐日自然降水量回歸方程，計算作業影響區面雨量估計值，再將作業影響區面雨量實測值z減去作業影響區面雨量估計值后除以作業影響區面雨量估計值，得到對應相對增雨率q，利用算術平均法計算最終相對平均增雨率。即7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%。設人工增雨入庫貢獻量為Q，水庫實測入庫量為L，用水庫實測入庫量L乘以相對平均增雨率，再除以相對平均增雨率加1，昭通市漁洞水庫管理局數據顯示：7月31日至10月26日期間，漁洞水庫蓄水量從15 019.39萬m3（較歷年同期平均值偏少32%）增加至24 529萬m3（增加了9 509.61萬m3），推算得出作業期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3。

P=f1 p1+f2 p2+…fn pn（1）

y=ax+b（2）

q=（3）

Q=（4）

式（1）～式（4）中，f1、f2、…，fn分別為各雨量站用多邊形面積計算的權重數；p1，p2，…，pn為各測站同時期降雨量；P為作業影響區或對比區的平均面雨量。計算結果如表4所示。

2.4 雷達回波參量的分析

雷達組合反射率可以顯示單位體積內全部云雨粒子的后向散射截面之和，依據其原理可以用來檢驗人工增雨作業向云層播散碘化銀催化劑后對云雨催化目標粒子濃度及大小的影響，以此判斷增雨作業效果；而雷達回波頂高TOPS的演變可以表征對流單體發展旺盛程度，雨量越集中、雨強越大則雷達回波頂高也會越高，可以用來判別人工增雨作業用催化劑催化效果；垂直液態水含量是指單位體積內大氣中所含的液態水質量，人工增雨通過向暖云中播撒吸濕性粒子促進凝結增長或向冷云中播撒足量凝結核促進云中冰晶凝結發展，進而增加降水量，通過觀察作業影響區垂直液態水含量變化情況可以準確地反映通過人工增雨進行空中水汽資源開發的情況[6-8]。

回波參量個例選取2023年8月3日增雨過程昭通新一代雙偏振多普勒天氣雷達回波資料進行參量分析。8月3日魯甸縣新街、龍樹、塘房作業點于22：32開始梯次開展蓄水型人工增雨作業3次，發射高炮彈15發，天氣系統為低槽切變，云狀為積雨云，700 hPa上空受偏北氣流控制。利用中國氣象局新一代天氣雷達業務軟件ROSE 2.1對作業前后雷達流傳輸基數據進行處理，將22：03作業前雷達回波參數與22：43作業后雷達回波參數進行對比發現：作業影響區域組合反射率最大中心強度由45 dBz變為55 dBz，平均回波頂高由8 km變為11 km，垂直液態水含量由3 kg/m2變為7 kg/m2，且垂直液態水含量高值區域面積明顯擴大，表明蓄水型人工增雨作業效果明顯，在雷達回波參量上有較好的響應。

3 結論

第一，以同一天氣背景及降水時段為評估單元，采取區域回歸分析方法能夠較為客觀地反映相對平均增雨率的大小。其結果可以作為昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨效果評估的參考依據。

第二，以昭通市漁洞水庫徑流區作為水庫蓄水型人工增雨野外試驗背景，采取區域歷史回歸分析方法，選取昭陽區及魯甸縣2014—2022年近9年的區域自動站作業影響區及對比區的年均降水量資料，建立月際的逐日自然降水量回歸方程，基于ArcGIS軟件在作業影響區及對比區上繪制泰森多邊形，開展同一影響天氣系統下24個作業樣本面雨量分析，以對比區逐日自然降水面雨量推測作業影響區逐日自然降水面雨量，再與作業影響區實測面雨量做比較，得出7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%，作業期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3。

第三，開展人工增雨作業后，作業影響區域組合反射率最大中心強度由45 dBz變為55 dBz，平均回波頂高由8 km變為11 km，垂直液態水含量由3 kg/m3變為7 kg/m3，且垂直液態水含量高值區域面積明顯擴大，在雷達回波參量上有較好的響應，通過雷達回波參量分析表明7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨具有一定的效果。

參考文獻

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基金項目：2023年云南省氣象局自籌科研項目“昭通雙偏振天氣雷達防雹作業識別指標研究”（YZ202308）。

作者簡介：陳劍輝（1998—），男，云南施甸人，助理工程師，主要從事人工影響天氣相關工作。