張進
摘要:本文依據(jù)國內(nèi)外著名的評價工作,確定襄陽增雨效果的有關(guān)參數(shù),包括,增雨率、催化劑擴展范圍、催化劑活化時間等,制作一個相對合理的評價模式。旨在“三統(tǒng)一”即統(tǒng)一全市增雨效果評估方法;統(tǒng)一對上報告口徑;統(tǒng)一對社會公布口徑。
關(guān)鍵詞:人工增雨曰效益曰評估
文章編號:1004-7026(2015)04-0097-02中國圖書分類號:P481文獻標志碼:A
1方法步驟
第一步:介紹、分析國內(nèi)外著名的評價個例;
第二步:合理確定襄陽人工增雨效率及有關(guān)參數(shù);
第三步:建立估算增雨量、增水量、增雨效益模式。
2著名評價個例介紹
2.1美國伊利諾伊州夏季人工增雨效果評估
1978年美國伊利諾伊州夏旱,8-9月臨時實施增雨抗旱。目標區(qū)2600km2,98個雨量站,作業(yè)期6.23-7.26、8.10-15日共40d。總試驗23次,其中播云6次,未播云17次。采用三種方法評估,其中,主分量回歸評估增雨率為39.5%,多元回歸評估增雨率為17.1-27.1%,顯著度為0.26;雙比分析增雨率為22.6%,顯著度為0.26。
2.2澳大利亞播云試驗
1950-1960年澳大利亞開展系列播云增雨試驗,采用14d日周期或1d周期有隨機化設計方案,在積云底播撒AgI煙,試驗結(jié)果為:在期諾伊山區(qū)連續(xù)二年增雨率為26%,統(tǒng)計顯著,隨后試驗不顯著;在新英格蘭地區(qū)第一年增雨率為30%,統(tǒng)計顯著,第二年不顯著;在塔斯馬尼亞秋、冬季試驗增雨率為15%~ 20%,春、夏無效;在瓦拉剛巴地區(qū)試驗無效;在南澳大利亞地區(qū)出現(xiàn)負效果。推測氣象原因為:大陸性氣候下冰晶過程在降水形成中起重要作用,播云效果好,但增雨效果有逐年變差趨勢,原因不明。海洋性氣候下曖雨過程作用大,播云效果差或為負效果。
2.3古田人工降雨試驗綜合效果評估
1975-1986年由福建氣象局主持,南京大學大氣科學系、南氣院大氣物理系、中科院大氣所、中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所在福建古田水庫進行歷時12年的人工增雨試驗。該試驗獲全國技大會獎及中國氣象局科技進步二等獎,受到國內(nèi)外人工影響天氣科學技術(shù)界關(guān)注??梢源憩F(xiàn)階段我國人工影響天氣的評估水平。試驗區(qū)面積為14000km2,試驗單元取3h時段。采用固定目標區(qū)和對比區(qū)的隨機回歸試驗方案。課題組利用地面雨量、雷達回波、地面雨滴譜、地面雨水含銀量、數(shù)值模擬等資料和方法對試驗進行綜合評估。評估結(jié)論如下:
(1)區(qū)域平均雨量回歸分析表明:122次催化試驗合并統(tǒng)計平均相對增雨率23.81%,平均絕對增雨量1.21mm/3h。其中:
a.混合云催化效果最佳,催化79次,平均相對增雨率33.96%,平均絕對增雨量1.90 mm/3h(信度< 0.01)。層狀云次之;
b.鋒前催化最佳,催化33次,平均相對增雨率40.15%,平均絕對增雨量2.06 mm/3h(信度<0.01)。鋒區(qū)次之;
c.回波頂T在-5—-10益催化效果最佳。催化30次,平均相對增雨率43.64%,平均絕對增雨量1.93 mm/3h(信度<0.01);回波頂T在-10—-15益催化效果次之;回波頂T躍-15度效果不顯著。
(2)區(qū)域平均雨量雙比分析表明:人工催化增雨率20.21%(信度<0.05);
(3)逐步回歸分析表明:催化113次,平均相對增雨率24.61%,平均絕對增雨量1.22 mm/3h(信度< 0.05)。
上述四個個例,有北半球、南半球、東半球、西半球,有大陸性氣候、海洋性氣候,有山區(qū),有平原,有長年、常年評估,有季節(jié)性評估。有代表性、參考性。
3確定有關(guān)參數(shù)
3.1增雨率
根據(jù)上述個例介紹,增雨率在13%-44%之間。襄陽增雨率理論值不應低于此區(qū)間的下限,不高于此區(qū)間上限,理由如下:一、襄陽位于亞熱帶季風氣候區(qū),以色列位于中東沙漠干旱區(qū),根據(jù)文章,襄陽云水資源豐富,可播性強,增雨潛力大。因此,襄陽增雨率理論上應高于以色列的下限(13%);二、福建古田位于東南沿海,屬南亞熱帶海洋性季風氣候。夏季高溫多雨,冬季溫和濕潤,年降水量在800~1500mm之間,降水集中在4~6月,8月下旬至9月中下旬。特別是夏季臺風云系輸送豐富云水資源,可播性、增雨潛力應大于襄陽。再次,福建古田試驗針對冷云和暖云作業(yè),眾多個例支持暖積云催化效果,襄陽只對冷云作業(yè)。因此,襄陽增雨率理論值不應高于福建古田的上限(44%)。三、上述個例是試驗評估值,即催化日是隨機的,襄陽催化日是擇機的,基本是預報無雨不作業(yè)、不見雨點不作業(yè)、作業(yè)云強度小于30dbZ不作業(yè)。如果視13-44%為正態(tài)分布,考慮上述,襄陽增雨率取20-38%之間,計算時取30%為宜。
3.2擴散范圍
WR-98型增雨火箭初速度40m/s,升空后以焰彈形式播撒AgI,播撒時間48s,射程2000m左右,播撒路徑近似拋物線。
催化劑的擴散范圍具有不確定性。有關(guān)研究,無論是理論、實驗、實踐都作了很多工作:
早期研究是在云室內(nèi)進行的,云室試驗不考慮動力作用,不適合自然條件;或借用空氣污染擴散的標準,把催化劑濃度降低e倍的邊界定為晶化區(qū)的邊界,或利用出現(xiàn)的光學現(xiàn)狀“下太陽”來定晶化區(qū)的邊界,或給定具體的濃度0.01g/m3為晶化區(qū)的邊界,或把含水量消耗到零的邊界為晶化區(qū)的邊界,等等說法各異,標準不同。
前蘇聯(lián)這方面做的工作最多,得出了晶化區(qū)擴展與有關(guān)因子的關(guān)系:
在等溫條件下,晶化區(qū)寬度隨時間的增大可以分為等速、減速、加速、先等速后減速四種類型;無論是具體個例,還是晶化區(qū)的平均擴展寬度,都是隨時間的延長而增大;
無論對平均值,還是極值,都是催化劑量愈多,晶化區(qū)寬度愈大;
晶化區(qū)的擴展速度在時間方面并不是常數(shù);
晶化區(qū)擴展的時間多數(shù)在30-34min和35-39min之間,超過40min的不多,而晶化區(qū)的最大擴展寬度多數(shù)在2000-3000m之間,很少超過4000m;
總體來看,云層愈厚,晶化區(qū)擴展速度愈大;
大多數(shù)情況下,垂直方向上擴展速度大于水平方向擴展速度,一般垂直方向是1m/s,水平方向是0.7 m/s;
總之,眾多的研究都未能得出晶化區(qū)擴展的規(guī)律。
國內(nèi)很多應用單位,給出的擴展范圍千差萬別,有的將擴展距離定為7000m,有的將擴展距離定為40km,即一枚火箭的影響范圍為1000km2,折合10萬hm2,相當于襄州發(fā)射四枚火箭,全市農(nóng)田受益(襄陽耕地面積40萬hm2)。不可思議。
3.3活化時間
活化時間是指催化劑(AgI)在云中凝結(jié)水、汽等一系列微物理過程的時間。眾多實驗表明,催化劑進入-5—-10益云層后開始活化,持續(xù)時間為30min左右。從活化-擴散-降至地面一般為2-3h。在估算增雨量時,一般取3h的雨量為基數(shù)。
4增水量及效益估算模式
4.1增雨量估算模式
吟RR3= RR3·L(%)(1)
式中:吟RR3:3h增雨量(mm);RR3:3h降雨量(mm);L:3h增雨率(%),取30%
4.2增水量估算模式
吟M3 =RR3·L·S·N =36吟RR3·N·106
(4)
式中:吟M3:3h增水量,單位m3;吟RR3:3h增雨量,單位為m;S:1枚火箭彈影響范圍,單位為m2,取S=36·106m2;N:不同方位用彈量,單位(枚)。
由(2)可知,增水量與降水量、用彈量成正比,即降水量越大、用彈量越多,增水量越大。
4.3增雨效益估算模式
評價增雨效益同樣十分復雜,尤其是間接或邊界效益涉及到生態(tài)、地理、社會等眾多領(lǐng)域,本文將增加的雨量折算成農(nóng)用水價推算經(jīng)濟效益,其成本只用作業(yè)時的直接費用。效益估算模式:
(作者單位:湖北襄陽市氣象局)
參考文獻
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