阜新地區(qū)人工增雨作業(yè)系統(tǒng)及作業(yè)條件

孫可+孫寶利+張旭

摘要：通過對60年來降水資料統(tǒng)計分析，阜新地區(qū)春夏干旱有加重趨勢，安全高效地開展人工增雨作業(yè)符合地方經(jīng)濟發(fā)展的需求。通過對影響阜新地區(qū)降水的天氣系統(tǒng)進行分析，總結(jié)人工增雨作業(yè)條件、作業(yè)時機、作業(yè)部位，充分利用氣象服務(wù)產(chǎn)品，科學(xué)地開展人工增雨作業(yè)，有效地開發(fā)高空云水資源，緩解阜新地區(qū)干旱狀況。

關(guān)鍵詞：人工增雨；降水；作業(yè)條件；阜新

基金項目：《阜新市人影網(wǎng)絡(luò)版業(yè)務(wù)工作平臺開發(fā)與應(yīng)用》（FQX-2016-10）

中圖分類號： P481 文獻標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.01.037

作為遼寧省西部城市，阜新市屬全省干旱最嚴(yán)重地區(qū)之一。人工增雨是投入少、效率高、開發(fā)云水資源緩解農(nóng)業(yè)旱情的有效途徑之一。人工影響作業(yè)結(jié)束后，增雨效果及催化劑的用量、作業(yè)時機和方法等，都需進一步分析研究。筆者從阜新地區(qū)氣象資料中，進一步分析增雨天氣類型及增雨催化方法、時機和部位，為提升人工增雨作業(yè)指揮精細(xì)化水平積累資料。

1 春夏降水量變化特征

資料取自阜新市的阜蒙縣和彰武縣2個氣象觀測站觀測站1951年～2010年（60年）的觀測值，兩個站降水量求算術(shù)平均值作為阜新地區(qū)降水量。按季節(jié)劃分，采用線性趨勢分析計算降水傾向率。

1951年～2010年阜新地區(qū)年降水量平均值為506.6毫米，降水量以10.7毫米/10年的速率呈逐年遞減的趨勢。

1.1 春季降水量變化特征

阜新地區(qū)春季的平均降水量為73.8毫米，全國春季平均降水量為265.1毫米，是阜新地區(qū)的大約4倍。阜新地區(qū)常年持續(xù)春旱，自上世紀(jì)90年代以來，春季平均降水量僅有70.2毫米，春旱程度越加嚴(yán)重。近60年來，1998年的春季降水最多，阜新平均降水量為151.3毫米；2003年最少，降水量僅有15.9毫米。

1.2 夏季降水量變化特征

阜新地區(qū)夏季平均降水量是350.5毫米，占全年降水的69%以上。夏季降水呈逐漸減少的趨勢，以6.6毫米/10年的速度在遞減。80年代以前夏季降水量最多出現(xiàn)在1964年（556.5毫米），80年代之后異常偏少的年份則明顯增多[1]。

統(tǒng)計分析顯示：阜新地區(qū)春夏干旱呈加劇趨勢，對天氣系統(tǒng)適當(dāng)?shù)亻_展人工增雨作業(yè)，是阜新農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)中有效的措施之一[2]。

2 人工增雨作業(yè)系統(tǒng)

通過對氣象資料歸類分析，影響阜新地區(qū)降水的主導(dǎo)天氣系統(tǒng)有東北冷渦、高空槽、副熱帶高壓后部、華北低壓和冷鋒云系[3]。

2.1東北冷渦

東北冷渦是強對流天氣的重要天氣系統(tǒng)，是影響阜新地區(qū)降水的最主要的原因。東北冷渦在阜新地區(qū)降水條件較好，大多在6～9月出現(xiàn)不穩(wěn)定的雷雨天氣，一般維持3天左右，個別可多達6～7天。由于東北冷渦是個深厚的天氣系統(tǒng)，移動緩慢，維持時間比較長，以層積混合云層出現(xiàn)，阜新地區(qū)適合地面火箭增雨作業(yè)，作業(yè)部位為冷渦的前部附近。

2.2高空槽

高空槽按類型不同有多種分類方法，如果按照溫度槽和高空槽位置不同分為后傾槽和前傾槽。后傾槽的槽線隨高度向移動的相反方向傾斜，隨著溫度槽位置的前移，高空槽繼續(xù)加深，平流作用加強，槽前范圍內(nèi)氣流輻合上升，水汽條件充沛時，產(chǎn)生穩(wěn)定性云系，這種槽影響的降水在700 hPa或500 hPa的槽線前方，一般為層狀云降水，比較適合飛機、火箭同時增雨作業(yè)，作業(yè)部位為槽線的結(jié)合部位和地面氣旋的頂部。前傾槽的槽線隨高度向移動的相反方向傾斜。高空槽有移動速度快，降水范圍較窄且多發(fā)生在低層槽附近等特點，多產(chǎn)生雷雨、冰雹等不穩(wěn)定天氣，雨量分布極不均勻。前傾槽只適合地面火箭增雨作業(yè)。

2.3副熱帶高壓后部

副熱帶高壓后部降水多發(fā)生在高壓的西北邊緣，高空冷空氣較強時可產(chǎn)生對流天氣，由于后部的高壓系統(tǒng)穩(wěn)定，水汽條件充沛，降水時間持續(xù)較長，多為穩(wěn)定性降水，云中含水量大，降水持續(xù)時間長，適合開展飛機、火箭聯(lián)合增雨作業(yè)，作業(yè)部位為氣旋頂部。

2.4華北低壓

阜新地區(qū)受華北低壓的影響，有高空槽自河套地區(qū)東移，在東邊海上可能受高壓阻擋，使倒槽移動較慢。而弱冷空氣在蒙古高壓的前方下滑，在倒槽內(nèi)水汽輻合上升，在華北地區(qū)可能出現(xiàn)低壓。阜新處于東北方，東南氣流有豐富的水汽輸送，產(chǎn)生的降水量較大。這種類型的天氣系統(tǒng)一般在高空氣流很小波動，氣流也較為平直，較適合飛機增雨作業(yè)，非常適合地面火箭增雨作業(yè)。

2.5冷鋒鋒面

地面有冷鋒鋒面過境阜新地區(qū)，高空有南北向的大槽，個別時有閉合的低渦，其中心位置在55°N左右。這類降水一般較分散且分布不均，多為陣性降水，飛機和火箭增雨作業(yè)的時機都不容易把握。

3人工增雨作業(yè)條件判斷

3.1判斷作業(yè)部位

飛機增雨作業(yè)的過程針對積狀和層狀混合云中較穩(wěn)定的部位進行催化作業(yè)。在雷達回波上表現(xiàn)為大范圍、長時間、均勻成片的回波，強度多小于40 dBZ。這類回波可帶來小到中雨或中到大雨的降水?；鸺鲇曜鳂I(yè)過程針對不穩(wěn)定的積狀云部位進行催化作業(yè)。根據(jù)雷達回波選擇目標(biāo)云的中上部播撒作業(yè)，作業(yè)適宜高度多在3000～6000米之間。

3.2判斷作業(yè)時機

移動緩慢或穩(wěn)定維持的天氣系統(tǒng)，雖然強度不強，高度不高，但可能會造成大范圍、分布均勻的小到中雨或中到大雨。移動較快的降水天氣系統(tǒng)，雖然強度很大，但時間短，也能造成較大的降水。在系統(tǒng)移動緩慢或穩(wěn)定維持且處于發(fā)展或成熟階段，實施人工增雨作業(yè)效果較佳。從雷達監(jiān)測看，在降水回波出現(xiàn)前及降水回波減弱消散階段，均不宜實施人工增雨作業(yè)。

3.3 判斷不穩(wěn)定天氣和云層

飛機增雨作業(yè)的特點是作業(yè)范圍大、作業(yè)時間長，但飛機在不穩(wěn)定的天氣系統(tǒng)條件下不適合作業(yè)。必須要判斷不穩(wěn)定云層出現(xiàn)的時間，把握作業(yè)時機和部位開展作業(yè)。在雷達回波中強度超過35dBZ的回波多為不穩(wěn)定的降水回波，且范圍比較大，不適合開展飛機增雨作業(yè)，最好開展火箭增雨作業(yè)。

4 阜新地區(qū)人工增雨實例

4.1降水實況

受高空槽影響，2015年6月28日20時～29日20時，阜新地區(qū)普降中雨，全市平均降水量18.0毫米，其中，阜蒙縣平均20.9毫米，彰武縣平均13.6毫米。這場降水不僅緩解了該市前期旱情，同時由于降水平緩、持續(xù)時間較長，對水庫蓄水、提升地下水位、改善生態(tài)環(huán)境都非常有利。

4.2天氣背景

6月28日08時觀測資料可知，500hPa高空槽處于內(nèi)蒙古中東北部西北部上空，為東北——西南走向。對應(yīng)850hPa風(fēng)場切變線走向基本與500hPa高空槽一致，位置較之偏東，處于阜新西北部系統(tǒng)上游區(qū)。配合高空形勢，地面為東北——西南走向、南北橫跨超過2～3個緯度的狹長低壓輻合區(qū)，阜新受槽前西南氣流的影響。預(yù)報顯示：未來12～36小時（28日20時～29日20時），降水天氣系統(tǒng)將加強緩慢東移，受其影響，阜新地區(qū)自西向東將出現(xiàn)一次明顯降水天氣過程，降水特點是強度適中、持續(xù)時間長且分布均勻，適合開展人工增雨作業(yè)。在東北區(qū)域氣象中心中尺度數(shù)值預(yù)報平臺上，阜新地區(qū)云頂高度、云底高度、云頂溫度、e-Ei、液態(tài)水含量、抬升指數(shù)、K指數(shù)等人影作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品的預(yù)報，均與省、市氣象臺預(yù)報意見一致。

4.3科學(xué)開展人工增雨作業(yè)

6月29日04時，指揮人員從紅外、水汽衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)降水云系距離阜新西北邊界很近，且強度逐漸加強。雷達云體回波強度有所加強，正朝阜新方向移來，預(yù)計2～3個小時將影響阜新地區(qū)。指揮員立即通知6輛火箭增雨車開往指定作業(yè)點。

通過氣象資料和人影指導(dǎo)產(chǎn)品分析，人工增雨作業(yè)時間適宜選擇在29日06時～17時，最佳時段應(yīng)在07時～11時。通過溫度露點差判斷云區(qū)，云底在1公里左右，云頂大約在4.2公里左右，為積層混合云降水性質(zhì)，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定。在2.5公里～4.0公里云層內(nèi)，溫度在-2.5℃～-14℃之間變化，e-Ei>0曲線在1.5公里～2.5公里高度間上下擺動，通過反演雷達資料計算的液態(tài)水含量相對大值區(qū)在1～3公里區(qū)域內(nèi)，含水量大約在0.01克/立方米左右，均滿足阜新人工增雨作業(yè)區(qū)指標(biāo)，增雨作業(yè)催化劑的播撒高度應(yīng)在2.0公里高度層以上進行。按照火箭發(fā)射仰角、高度關(guān)系技術(shù)參數(shù)要求，火箭發(fā)射仰角應(yīng)在55°～60°之間，55°為最佳發(fā)射仰角。29日06時15分，降水云系進入阜新西北區(qū)，出現(xiàn)強度為5～10dBZ的雷達回波。由于水汽含量充足的主體云系未到，1小時降水量只有0.2毫米。隨著云系逐漸東移加強，07時45分，雷達圖上游區(qū)30～35dBZ強回波已經(jīng)進入作業(yè)點影響范圍，同時地面降水明顯加強，人工增雨時機已經(jīng)成熟。隨著指揮員“作業(yè)開始”指令的發(fā)出，此次人工增雨作業(yè)全面展開。

本次增雨作業(yè)全市共出動6輛火箭車，從29日07時45分開始到11時結(jié)束，共發(fā)射火箭彈48枚，經(jīng)測算增雨量為0.3億立方米，增雨效率為16.7%，取得了良好的增雨效果。

5結(jié)語

阜新地區(qū)年降水量以10.7毫米/10年的速率在減少，春旱和夏旱對阜新農(nóng)業(yè)產(chǎn)量影響較大，對天氣系統(tǒng)適當(dāng)?shù)貙嵤┤斯ぴ鲇曜鳂I(yè)，是阜新農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)中的有效保障措施之一。通過對氣象資料歸類分析，影響阜新地區(qū)降水的主導(dǎo)天氣系統(tǒng)有東北冷渦、高空槽、副熱帶高壓后部、華北低壓和冷鋒云系。增雨作業(yè)最佳部位在云層的中上部，高度3000～6000米，在天氣系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段開展增雨作業(yè)效果最佳，根據(jù)不同的天氣系統(tǒng)類型選擇合理的增雨方法，確保作業(yè)安全有效。

參考文獻

[1]張旭，蔣嬌嬌.阜新地區(qū)1951-2010年降水變化特征[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2012，35（03）：66-70.

[2]田鵬波，趙鳳，魏曉琳，等.沈陽東陵區(qū)降水變化特征對農(nóng)業(yè)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（10）：5173-5175.

[3]孫寶利，張旭，孫可，等.阜新地區(qū)人工增雨潛力分析與對策研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報， 2015（09）：237-246.

作者簡介：孫可，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：人工影響天氣研究。