地面火箭增雨作業(yè)點(diǎn)選址及風(fēng)險(xiǎn)排查的方法

陳昌，鐘建洪，游積平，何松蔚，林俊君，陸立凡

（1.廣東省人工影響天氣中心，廣東廣州 510640；2.韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512028）

人工增雨是開(kāi)發(fā)利用空中云水資源、緩解水資源短缺的一種有效新途徑，在適當(dāng)?shù)臍庀髼l件下，針對(duì)不同的云，采用相應(yīng)的人工催化技術(shù)方法，改變?cè)平邓锢磉^(guò)程，以達(dá)到增加局地降雨的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)［1-2］。近幾年來(lái)，在各地政府的大力支持下，廣東省的人工影響天氣工作得到了較大發(fā)展［3-5］，先后有16個(gè)地市氣象部門(mén)開(kāi)展地面火箭增雨作業(yè)，規(guī)模得到了很大的發(fā)展，廣東省現(xiàn)共有70套WR-98型火箭發(fā)射系統(tǒng)，這為廣東省抗旱減災(zāi)、緩解水資源短缺、減輕雹災(zāi)等方面發(fā)揮了積極的作用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，受到了社會(huì)各界的充分肯定和人民群眾的普遍歡迎，人工影響天氣工作已成為各級(jí)政府防災(zāi)減災(zāi)、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)有效措施。

然而，隨著廣東省經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及人口的遷入，新建了大量的基礎(chǔ)設(shè)施，如油站、學(xué)校、醫(yī)院和樓房等，尤其高鐵、高速公路網(wǎng)四通八達(dá)。而廣東省使用的WR-98型增雨火箭是火箭發(fā)射后通過(guò)降落傘帶著火箭殘骸降落［6］，從開(kāi)傘到降落地面，需要10 min以上時(shí)間，而且火箭飛行過(guò)程受到重力、推力、慣性力、風(fēng)力等諸多因素影響，是一個(gè)綜合的物理矢量作業(yè)結(jié)果［7］。增雨火箭開(kāi)傘后受到高空風(fēng)的影響，其火箭殘骸的落點(diǎn)漂移不定，落區(qū)不易控制，易造成嚴(yán)重的安全事故。因此，鑒于作業(yè)安全的考慮，廣東省的地面火箭作業(yè)點(diǎn)由2011年的297多個(gè)裁減到目前的123個(gè)，這極大影響廣東省人工影響天氣業(yè)務(wù)工作的發(fā)展。但若增加新的火箭作業(yè)點(diǎn)，除了考慮空管和安全射界等因素之外，受高空風(fēng)影響的火箭殘骸的未知落區(qū)已成為制約地面火箭點(diǎn)選址的關(guān)鍵。因此，了解所選火箭作業(yè)點(diǎn)的射界圖是否合適、火箭殘骸是否會(huì)降落到居民密集區(qū)，這對(duì)于決定是否建設(shè)新的地面火箭作業(yè)點(diǎn)有重要的參考意義。

1 選址方法

在人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)選址和建設(shè)過(guò)程中，一般選在交通便利、通訊暢通地點(diǎn)［8］。宜避開(kāi)航路、航線、城鎮(zhèn)、油庫(kù)、重要電力設(shè)施、國(guó)道和重點(diǎn)文物保護(hù)單位等地方。作業(yè)點(diǎn)周?chē)鸁o(wú)居民區(qū)、高壓電線和學(xué)校等，視野要開(kāi)闊。所選作業(yè)點(diǎn)的海撥高度低于500 m時(shí)，安全射界的方位角不少于15°；海撥高度在500～1 500 m之間時(shí)，安全射界的方位角不少于20°；海撥高度高于1 500 m時(shí)，安全射界的方位角不少于25°。

人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)選址流程見(jiàn)圖1。首先根據(jù)高清電子信息地圖，選擇一個(gè)交通便利、能通車(chē)且比較偏僻的點(diǎn)，以該點(diǎn)為圓心半徑10 km范圍內(nèi)沒(méi)有城鎮(zhèn)、油庫(kù)、重要電力設(shè)施以及重要文物單位等；其次，開(kāi)車(chē)到達(dá)該擬選作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，仔細(xì)觀看作業(yè)點(diǎn)四周情況，是否有高壓線、手機(jī)是否有信號(hào)以及半徑500 m范圍內(nèi)是否有居民點(diǎn)等，且視野是否寬闊，周?chē)鸁o(wú)高大樹(shù)木和建筑物，尤其射擊方向不能有障礙物遮擋。在所有條件均滿足的情況下，通過(guò)廣東省人工影響天氣中心研發(fā)的火箭殘骸落點(diǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行模擬，若絕大部分落點(diǎn)是安全的，則初步選擇該點(diǎn)作為人影作業(yè)點(diǎn)，并向空域管理部門(mén)申報(bào)，獲得同意通過(guò)后，將該點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、高度以及作業(yè)點(diǎn)名稱(chēng)等信息向中國(guó)氣象局人工影響天氣中心備案、入庫(kù)。

圖1 人影作業(yè)點(diǎn)選址流程示意圖

2 系統(tǒng)模擬

2.1 新增作業(yè)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)模擬

2021年韶關(guān)市氣象局向廣東省人影中心申請(qǐng)樂(lè)昌市小洞村為新增人影地面火箭作業(yè)點(diǎn)，申報(bào)的安全射界圖方位角為175°～242°，海撥高度500 m。根據(jù)經(jīng)度和緯度，選取了離小洞村最近的湖南省郴州探空站數(shù)據(jù)資料，以常用的發(fā)射仰角60°、安全射界圖中發(fā)射方位角的中間值208°為作業(yè)發(fā)射方向，計(jì)算2020年7月1日至2021年6月30日每天早、晚兩次的模擬火箭發(fā)射，計(jì)算火箭殘骸落點(diǎn)的散點(diǎn)圖，并疊加在高清電子信息地圖上，根據(jù)過(guò)去一年時(shí)間內(nèi)火箭發(fā)射時(shí)的殘骸落點(diǎn)的分布情況，研判地面火箭作業(yè)的安全性（圖2，見(jiàn)下頁(yè)）。由圖2可以看出，雖然在火箭發(fā)射方向是安全的，但由于受高空風(fēng)的影響，在過(guò)去一年時(shí)間里，其火箭殘骸落點(diǎn)大部分落到發(fā)射方向的側(cè)后方。在1—3月，火箭殘骸基本降落到作業(yè)點(diǎn)的東南方向，有幾次落在樂(lè)廣高速上。4—6月，火箭殘骸也有降落在作業(yè)點(diǎn)的東南偏東方面，落在樂(lè)廣高速附近。7—9月，火箭殘骸落點(diǎn)以南為主，作業(yè)點(diǎn)的東南方向、西南方向也有相當(dāng)火箭殘骸落點(diǎn)，相對(duì)較為安全。10—12月，火箭殘骸基本降落在作業(yè)點(diǎn)東邊，覆蓋了樂(lè)廣高速和鐵路。從全年來(lái)看，該新增作業(yè)點(diǎn)除了7—9月相對(duì)比較安全之外，其它月份開(kāi)展人影作業(yè)時(shí)均有可能降落在高速公路上。

圖2 樂(lè)昌小洞村各季度作業(yè)的模擬火箭殘骸降落散點(diǎn)

由于火箭彈最高點(diǎn)一般在6 000 m左右，通過(guò)分析清遠(yuǎn)探空500 hPa的風(fēng)玫瑰圖（圖3）可以看出，7—9月份高空風(fēng)主要是西風(fēng)、西南風(fēng)和東南風(fēng)，其它月份均以西風(fēng)和西南風(fēng)為主，與預(yù)測(cè)火箭殘骸落點(diǎn)相吻合。因此，通過(guò)綜合研判，樂(lè)昌市小洞村報(bào)批的作業(yè)點(diǎn)不能作為新增作業(yè)點(diǎn)。

圖3 清遠(yuǎn)探空不同月份500 hPa風(fēng)玫瑰圖

2.2 原有作業(yè)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)排查方法

利用省人影中心的火箭殘骸落點(diǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)原有的作業(yè)點(diǎn)——南雄古市鎮(zhèn)溪口村標(biāo)準(zhǔn)化人影作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排查，根據(jù)離該作業(yè)點(diǎn)最近的贛縣探空數(shù)據(jù)，以火箭發(fā)射仰角60°、發(fā)射方位角320°，通過(guò)系統(tǒng)模擬計(jì)算過(guò)去一年以來(lái)的火箭殘骸落點(diǎn)，其落點(diǎn)見(jiàn)圖4（下頁(yè)）。

從圖4可以看出，若在該點(diǎn)開(kāi)展全年作業(yè)時(shí)，其火箭殘骸基本處于南韶高速公路和鐵路之間，其中4—6和10—12月的火箭殘骸大部分落點(diǎn)南韶高速公路附近，1—3月的火箭殘骸大部分落在鐵路附近，7—9月也有部份火箭殘骸落在高速公路與鐵路附近；若在該作業(yè)點(diǎn)開(kāi)展人工影響天氣作業(yè)，極易落在南韶高速公路上或鐵路上，對(duì)高速公路和鐵路的行車(chē)造成嚴(yán)重威脅，屬于存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，經(jīng)廣東省人影中心業(yè)務(wù)人員的風(fēng)險(xiǎn)排查，決定取消該作業(yè)點(diǎn)作為開(kāi)展人工影響天氣業(yè)務(wù)的作業(yè)資格。

圖4 南雄古市鎮(zhèn)溪口村作業(yè)點(diǎn)不同時(shí)間段火箭殘骸降落散點(diǎn)圖

人工影響天氣業(yè)務(wù)除了要保證火箭彈的運(yùn)輸、貯存安全之外，其作業(yè)的安全也是至關(guān)重要，尤其要關(guān)注增雨火箭彈發(fā)射升空后其殘骸的落點(diǎn)安全。利用廣東省火箭殘骸落點(diǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以為全省新增人影火箭作業(yè)點(diǎn)的勘察提供理論依據(jù)，減少了選點(diǎn)的盲目性，增強(qiáng)了作業(yè)安全性。同時(shí)，通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)全省已在使用的地面火箭增雨作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行一次系統(tǒng)的全面風(fēng)險(xiǎn)排查，對(duì)存在安全隱患的作業(yè)點(diǎn)一律取消作業(yè)資格。