人工影響天氣在撫州市臨川區(qū)生態(tài)建設(shè)中水庫蓄水的應(yīng)用

摘 要：人工增雨是人工影響天氣的一種方式。以江西省撫州市臨川區(qū)躍進(jìn)水庫為例，介紹了人工增雨作業(yè)點(diǎn)及區(qū)域自動氣象站的布設(shè)方法，得出臨川區(qū)躍進(jìn)水庫區(qū)域以撫州市臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)為中心，面積128.4 km2的人工增雨作業(yè)區(qū)內(nèi)所需布設(shè)的火箭發(fā)射架數(shù)量和區(qū)域自動氣象站數(shù)量，在布設(shè)流動火箭發(fā)射架的作業(yè)點(diǎn)開展人工增雨作業(yè)，并采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇椒▽θ斯ぴ鲇曜鳂I(yè)效益進(jìn)行分析評估，以期為今后撫州市臨川區(qū)生態(tài)建設(shè)中水庫蓄水提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫蓄水；人工增雨；作業(yè)效益分析評估；生態(tài)建設(shè)

中圖分類號：P48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

躍進(jìn)水庫位于江西省撫州市臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)汪家村，距撫州市城區(qū)約31 km，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。其水域面積

23 km2，正常蓄水位99.5 m，相應(yīng)庫容1 800萬 m3，死水位83 m，死庫容40萬 m3，最大壩高23 m，壩長480 m。

水庫灌溉覆蓋撫州市臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)、東館鎮(zhèn)、嵩湖鄉(xiāng)、鵬田鄉(xiāng)、青泥鎮(zhèn)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)7.1萬人、0.51萬 hm2農(nóng)田受益[1]。對此，增加躍進(jìn)水庫持續(xù)蓄水，改善周邊生態(tài)環(huán)境，緩解撫州市臨川區(qū)躍進(jìn)水庫周邊5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源供需矛盾，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 人工增雨的概況和意義

人工增雨是人工影響天氣的一種方式，其核心原理是通過向云層播撒催化劑以增大降水量。這種方法可以增加水庫蓄水量，緩解農(nóng)業(yè)干旱、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

以臨川區(qū)躍進(jìn)水庫為研究對象，深入探討人工增雨措施對改善水庫蓄水能力、增加覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)及周邊河流區(qū)域徑流量，以及改善周邊生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要性。

在我國，人工增雨的應(yīng)用時(shí)間較長，其優(yōu)點(diǎn)在于成本低、收益高、可持續(xù)，符合新時(shí)代的應(yīng)用需求[2]。根據(jù)臨川區(qū)氣象臺多年的氣象觀測和數(shù)據(jù)資料，基本上了解、掌握臨川區(qū)躍進(jìn)水庫周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的物候條件，人工增雨作業(yè)在該區(qū)域適用性較廣。然而，受水庫周邊地理環(huán)境的影響，存在作業(yè)盲區(qū)，這給人工作業(yè)帶來一定的困難。

2 科學(xué)選取人工增雨作業(yè)方式

江西省人工增雨常用催化作業(yè)方式有3種：地面布置AgI燃燒爐作業(yè)、以火箭為主的地面作業(yè)、飛機(jī)催化作業(yè)。撫州市臨川區(qū)從實(shí)際角度考慮，區(qū)域內(nèi)受地理?xiàng)l件限制，無法在地面布置AgI燃燒爐作業(yè)。而飛機(jī)增雨作業(yè)成本高，實(shí)施難度大，易受氣流、天氣等因素影響。綜上分析，得出流動火箭作業(yè)方式最為適用。

3 合理布設(shè)人工增雨作業(yè)點(diǎn)

如何科學(xué)、合理地在臨川區(qū)躍進(jìn)水庫周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)布設(shè)人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)，需要分析BL-1A增雨防雹火箭彈爆炸后碘化銀擴(kuò)散面積，在參考撫州市以往人工增雨作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算躍進(jìn)水庫作業(yè)區(qū)域內(nèi)需要布設(shè)的人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)的數(shù)量，以獲得良好的水庫蓄水增雨效益。

3.1 發(fā)射架、火箭彈等基本參數(shù)的確定

（1）56 mm增雨防雹火箭彈車載式自動4軌發(fā)射架（BFJCZ4-1）性能參數(shù)：射高最大值為7 m，射程最大值為9 km。實(shí)際作業(yè)平均射程5 km（仰角60°～65°）。

（2）BL-1A型防雹增雨火箭彈參數(shù)：火箭采用焰劑燃燒播撒擴(kuò)散，可持續(xù)作業(yè)并支持高空作業(yè)。在具體操作過程中，點(diǎn)燃催化劑后可播撒15 s左右；在3～

7 km以下的高空均能播撒，形成弧形催化帶，覆蓋面積可達(dá)7.9 km2。

（3）作業(yè)面積：選取臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)轄區(qū)面積128.4 km2（包含躍進(jìn)水庫水域面積23 km2）。

3.2 人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)布設(shè)方案

（1）播撒后碘化銀自身擴(kuò)散：采用火箭實(shí)施人工增雨時(shí)，通常發(fā)射仰角為60°～65°，火箭作業(yè)平均射程為5 km，整體覆蓋面積可達(dá)到79 km2。可以確定的是，火箭彈爆炸后碘化銀擴(kuò)散覆蓋面積為7.9 km2。根據(jù)這一原理，整個(gè)人工影響天氣作業(yè)覆蓋面積約為87 km2。

在實(shí)際工作中，若考慮風(fēng)向、風(fēng)速的影響，播撒后碘化銀自身擴(kuò)散范圍逐漸增大，達(dá)到一定程度后又逐漸縮小，這意味著人工增雨效果增強(qiáng)。

（2）臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)作業(yè)區(qū)域需要布設(shè)的人影火箭發(fā)射架數(shù)量=臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)轄區(qū)面積/人工影響天氣作業(yè)覆蓋面積=128.4/87≈2個(gè)（取整數(shù)）。

（3）在實(shí)施人工增雨時(shí)存在一定作業(yè)盲區(qū)，經(jīng)全方位考慮，最終選擇在臨川區(qū)秋溪作業(yè)點(diǎn)、東館作業(yè)點(diǎn)各布設(shè)一個(gè)流動火箭發(fā)射架作為在臨川區(qū)躍進(jìn)水庫的人工增雨作業(yè)發(fā)射點(diǎn)，根據(jù)有利降水天氣條件，在當(dāng)?shù)?個(gè)人工影響天氣作業(yè)發(fā)射點(diǎn)實(shí)施作業(yè)，從而獲得最佳作業(yè)增雨效益[3-5]。同時(shí)，降水量的統(tǒng)計(jì)以作業(yè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)布設(shè)的自動氣象觀測站獲取的雨量為準(zhǔn)，以便后續(xù)開展增雨效益評估。

4 天氣形勢分析

2022年11月2日20：00，在500 hPa高空圖上（圖1），江西省西面有一橫槽影響撫州西北部（臨川區(qū)域內(nèi)）的動力抬升條件，有利于上升氣流產(chǎn)生，但對冷熱平流活動不利。在850 hPa高空圖中（圖2），江西省西南面也存在同樣的切變線活動，提供了一定動力抬升作用，同時(shí)南面有一定暖平流輸送，有利于對流發(fā)展。在T-lnP圖上（圖3）可看出，濕層厚度較大，相對濕度較高，且地面存在輻合線活動。綜上所述，各項(xiàng)條件有利于對流性降水的生成，對人工增雨作業(yè)開展具有積極影響。

5 作業(yè)效益分析評估

5.1 作業(yè)效益分析方法

采用區(qū)域?qū)Ρ确ㄟM(jìn)行作業(yè)效益分析。為了保證最終研究結(jié)論的可靠性，設(shè)定目標(biāo)區(qū)和對照區(qū)降水系統(tǒng)處于同一發(fā)展水平，且兩地的地形條件相當(dāng)，以對照區(qū)的雨量作為參照系數(shù)，計(jì)算出作業(yè)前后相對時(shí)段內(nèi)目標(biāo)區(qū)和對照區(qū)的雨量，然后進(jìn)行比值分析，之后根據(jù)比值所得結(jié)果評估正、負(fù)效果，見公式（1）。目標(biāo)區(qū)即為實(shí)施作業(yè)的區(qū)域，對照區(qū)為處于同一地形條件但受催化影響小的區(qū)域[6]。

此次研究中收集了人工增雨作業(yè)前、后3 h內(nèi)的降水量數(shù)據(jù)，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法將數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。目標(biāo)區(qū)和對照區(qū)的雨量計(jì)算方式為：

E=x1-x0（1）

式（1）中，x1表示人工增雨作業(yè)后3 h的累計(jì)降水量，x0表示作業(yè)前3 h的累計(jì)降水量。根據(jù)以下方法求出作業(yè)效果值P、增雨值W。

（2）

（3）

P＞1時(shí)為正效果，反之為負(fù)效果。

式（2）和（3）中，n和m分別表示目標(biāo)區(qū)、對照區(qū)選取的自動氣象站數(shù)，對應(yīng)的En和Em分別為目標(biāo)區(qū)、對照區(qū)的雨量變化值。

△R=S（Rn-Rm）（4）

式（4）中，△R為人工增雨后目標(biāo)區(qū)總降水增值，單位m3；S表示目標(biāo)區(qū)面積，單位km2；公式中的Rn和Rm分別代表人工增雨后3 h內(nèi)目標(biāo)區(qū)、對照區(qū)的降水量均值。

5.2 雨量效益分析

根據(jù)天氣形勢和撫州多普勒雷達(dá)回波實(shí)時(shí)發(fā)展動態(tài)資料，臨川區(qū)氣象災(zāi)害防御中心抓住有利天氣條件在臨川區(qū)秋溪作業(yè)點(diǎn)開展了一次人工增雨作業(yè)。

此次作業(yè)時(shí)段為2022年11月3日03：03～03：05，利用車載式自動4軌發(fā)射架（BFJCZ4-1）火箭發(fā)射架發(fā)射火箭彈2枚。作業(yè)高度在5 km左右，發(fā)射方位角及射擊仰角分別為165°、62°。人工影響天氣增雨作業(yè)區(qū)上空以偏南風(fēng)為主，考慮作業(yè)實(shí)際效用問題，目標(biāo)區(qū)為秋溪人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)（秋溪鎮(zhèn)園石村）、東館鎮(zhèn)及騰橋鎮(zhèn)（躍進(jìn)水庫），該區(qū)域有3個(gè)區(qū)域自動氣象站：臨川區(qū)本站（秋溪鎮(zhèn)園石村）、東館鎮(zhèn)和騰橋鎮(zhèn)。

以秋溪人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)（秋溪鎮(zhèn)園石村）為參照，由于目標(biāo)區(qū)在東南面，因此對照區(qū)宜選在目標(biāo)區(qū)的西北面，而2個(gè)區(qū)域最近距離均＞10 km，受催化影響因素較少，可確保最終研究結(jié)論可靠性。在此次研究中，對照區(qū)為當(dāng)?shù)販厝?zhèn)、高坪鎮(zhèn)和羅針鎮(zhèn)3個(gè)區(qū)域，面積約200 km2。通過2個(gè)區(qū)域自動氣象站作業(yè)前3 h（2022年11月3日00：00～03：00）累計(jì)降水量統(tǒng)計(jì)得

出：目標(biāo)區(qū)為8.4 mm（臨川區(qū)本站1.8 mm、東館鎮(zhèn)3.4 mm、騰橋鎮(zhèn)3.2 mm），對照區(qū)為2.0 mm（溫泉鎮(zhèn)

1.5 mm、高坪鎮(zhèn)0.5 mm和羅針鎮(zhèn)0.0 mm）；在開展人工增雨作業(yè)后，從目標(biāo)區(qū)和對照區(qū)作業(yè)后3 h（2022年11月3日03：00～06：00）累計(jì)降水量統(tǒng)計(jì)來看：目標(biāo)區(qū)為17.4 mm（臨川區(qū)本站4.6 mm、東館鎮(zhèn)6.3 mm、騰橋鎮(zhèn)6.5 mm），對照區(qū)為13.4 mm（溫泉鎮(zhèn)7.2 mm、高坪鎮(zhèn)3.3 mm和羅針鎮(zhèn)2.9 mm）。這說明目標(biāo)區(qū)作業(yè)后臨川區(qū)本站（秋溪鎮(zhèn)園石村）、東館鎮(zhèn)和騰橋鎮(zhèn)累計(jì)降水量高于作業(yè)前；由于受到風(fēng)向風(fēng)速影響，播撒后碘化銀自身擴(kuò)散范圍隨著云團(tuán)移動在（最初）逐漸增大，最終導(dǎo)致對照區(qū)累計(jì)降水量增加趨勢明顯。

根據(jù)相關(guān)計(jì)算得出，目標(biāo)區(qū)、對照區(qū)在同一時(shí)段內(nèi)作業(yè)后3 h（2022年11月3日03：00～06：00）平均降水量分別為5.8、4.5 mm；對研究所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出P值為1.29，正效果。同時(shí)，計(jì)算出相應(yīng)的W值為1.3 mm，

相對增雨28.9%，總雨量增值將近273 000 m3。

6 結(jié)論

（1）采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇▽δ繕?biāo)區(qū)和對照區(qū)作業(yè)前后3 h降水量進(jìn)行效益評估，得出P值為1.29，正效果；W值為1.3 mm，相對增雨28.9%，總雨量增值約

273 000 m3。從而驗(yàn)證了此次人工增雨作業(yè)后對東館鎮(zhèn)和騰橋鎮(zhèn)區(qū)域產(chǎn)生增雨效果較為明顯，進(jìn)一步解決了臨川區(qū)騰橋鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)躍進(jìn)水庫干旱蓄水問題，為人工影響天氣在服務(wù)撫州市臨川區(qū)生態(tài)建設(shè)水庫蓄水方面發(fā)揮了積極作用。

（2）此次增雨作業(yè)目的是合理開發(fā)利用空中云水資源，利用人工增雨方法增加撫州市臨川區(qū)躍進(jìn)水庫蓄水及改善周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境。雖在人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)布設(shè)、作業(yè)目標(biāo)區(qū)和對照區(qū)選擇等方面存在一定主觀性，但此次增雨作業(yè)整體達(dá)到了預(yù)期研究效果。

（3）在對人工增雨作業(yè)進(jìn)行效益評估分析時(shí)，受到樣本數(shù)量略顯不足（包括BL-1A增雨防雹火箭彈用量、作業(yè)場次較少）、個(gè)例效益評估存在局限性、人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)選取較為主觀等方面的影響。因此，后續(xù)在作業(yè)效益評估分析上要不斷克服客觀因素的影響和積累大量人工增雨作業(yè)試驗(yàn)，以獲取足夠多的作業(yè)成功樣本數(shù)據(jù)，使人工影響天氣在撫州市臨川區(qū)生態(tài)建設(shè)中水庫蓄水更趨合理和完善。

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收稿日期：2024-03-11

基金項(xiàng)目：撫州市氣象局自籌資金軟科研項(xiàng)目（FZQXKY202217）。

作者簡介：王燦（1988—），男，江西東鄉(xiāng)人，助理工程師，主要從事人工影響天氣和綜合氣象服務(wù)工作。