湖南省一次飛機人工增雨作業(yè)的方案設(shè)計及效果評估

李瓊　汪玲　丁莉

摘要根據(jù)湖南省干旱需求，利用CPAS平臺，結(jié)合EC細網(wǎng)格資料和MM5模式分別對作業(yè)條件等進行系統(tǒng)分析，并對作業(yè)后進行效果分析。結(jié)果表明，衡陽、株洲及周邊地域上空云中云水含量充足，具有較好的增雨潛力。整個過程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增加0.44 mm，增加水量約792萬 t，作業(yè)后長沙普降小雨，長沙空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）達99，空氣質(zhì)量獲得比較明顯的改善，此次增雨的作業(yè)效果較佳。

關(guān)鍵詞增雨條件；作業(yè)效果；飛機；方案設(shè)計；湖南省

中圖分類號S423+.9文獻標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）20-0157-04

AbstractAccording to the drought demand of Hunan Province， the CPAS platform was used to analyze the operating conditions and so on combined with EC fine grid data and MM5 mode，and the effect analysis was carried out after the operation.The results showed that the cloud water content in Hengyang， Zhuzhou and surrounding areas was sufficient， and it had good potential for increasing rainfall.In the whole process，Precipitation affected area increased by about 32%， surface rainfall increased by 0.44 mm，water consumption increased about 7.92 million t，there was light rain in Changsha after artificial precipitation，air quality index （AQI） of Changsha reached 99， air quality was more obvious improvement， the effect of this work was better.

Key wordsRainfall conditions；Operational effects；Aircraft；Program design；Hunan Province

早在1959年，湖南省就開展夏季飛機人工增雨試驗研究工作[1]，1968年開始，采用雙機配合方法，一架飛機催化作業(yè)，一架飛機繞云觀測，到1969年下半年，累計開展了440架次作業(yè)。據(jù)資料記載，湖南省在1971和1972年也展開了飛機作業(yè)[2]。隨著科技的發(fā)展，人工影響天氣需求越來越大，到2011年，湖南省人工影響天氣辦公室將飛機人工增雨工作重新納入人工影響天氣業(yè)務(wù)任務(wù)之一，目前飛機人工增雨作業(yè)已成為該省常規(guī)業(yè)務(wù)。每年在湖南前汛期（4—6月）后，湖南降水減少，容易出現(xiàn)夏秋期干旱， 湖南省人工影響天氣辦公室結(jié)合實時干旱監(jiān)測情況，有針對性地開展為期2～3個月的飛機人工增雨作業(yè)。

隨著技術(shù)日益發(fā)展，人工影響天氣作業(yè)也越來越科技化、規(guī)范化。關(guān)于飛機增雨作業(yè)，人工影響天氣業(yè)務(wù)工作者進行了很多研究，并取得了一定的成果[3-5]。針對每一次飛行作業(yè)任務(wù)，業(yè)務(wù)人員都要匯集大量的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)、資料，認真從作業(yè)需求、作業(yè)條件、作業(yè)預(yù)案的設(shè)計以及作業(yè)效果多方面進行分析。筆者選取湖南一次典型飛機作業(yè)個例進行簡要分析，介紹了湖南省飛機作業(yè)基本思路和流程，為其他省份市州飛機作業(yè)提供參考。

1作業(yè)需求分析

8月下旬湖南省多個市、州、縣開始呈現(xiàn)出程度不一的氣象干旱，通過降水距平分析和氣象干旱的監(jiān)測分析，找出干旱地區(qū)，并對干旱地區(qū)天氣進行密切關(guān)注，抓住有利時機，開展飛機人工增雨作業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計（圖1a），近三旬全省大部分地區(qū)降水量在100 mm以上，但降水空間分布不均，湘西北降水偏多，湘東北至湘南一帶大部降水偏少，其中岳陽、株洲北部、衡陽南部、郴州西北部、永州中部降水偏少2～5成。氣象干旱實時監(jiān)測顯示（圖1b），湖南省旱情明顯，有18個縣市出現(xiàn)了不同程度的氣象干旱；氣象干旱區(qū)域主要分布湘中以南地區(qū)，其中，株洲市醴陵縣、衡陽市衡陽縣、永州市江華縣、郴州市桂陽縣和汝城縣共計4市5 縣達到中度氣象干旱標(biāo)準(zhǔn)。 綜上分析，衡陽、株洲及周邊地區(qū)旱情較明顯，密切關(guān)注上述干旱地區(qū)天氣，抓住有利天氣形勢，有針對性地實施飛機人工增雨抗旱作業(yè)。

2作業(yè)條件分析

參考湖南省氣象臺發(fā)布的未來一周天氣預(yù)報，2016年8月31日，受低槽與中低層輻合的共同影響，湘中以南局地有暴雨，其他時段省內(nèi)以晴好天氣為主，結(jié)合EC模式預(yù)報和湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式預(yù)報，對8月31日天氣形勢和衡陽、株洲及周邊干旱地區(qū)的作業(yè)條件進行分析診斷，并針對作業(yè)條件好的干旱地區(qū)進行作業(yè)預(yù)案設(shè)計。

EC細網(wǎng)格模式預(yù)報，8月31日14∶00湘中以南地區(qū)相對濕度在80%左右，有一定的水汽含量，有一定的增雨條件。

綜合湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式預(yù)報結(jié)果，8月31日13∶00—17∶00云帶主要分布在湘中偏南一帶，云帶帶寬在1 mm左右，最大垂直累積過冷水含量達0.1 mm，有一定的增雨潛力[6]，典型時刻的云系分布特征見圖2。

從云體垂直結(jié)構(gòu)（圖3）分析顯示，8月31日14∶00，株洲北部600 hPa附近水凝物含量較高，建議在衡陽、株洲及周邊干旱區(qū)域做S型播撒作業(yè)。

綜上所述，2016年8月31日13∶00—17∶00，衡陽、株洲及周邊干旱地區(qū)的相對濕度條件較好，云層屬于冷云， 0 ℃層在5 000 m左右，最大垂直累積過冷水含量較高，適合在5 000 m左右播撒冷云催化劑，有較好的增雨潛力。針對作業(yè)條件分析，設(shè)計冷云催化作業(yè)預(yù)案方案。

3作業(yè)預(yù)案

根據(jù)對作業(yè)需求、作業(yè)條件的分析結(jié)果，特制定飛機作業(yè)預(yù)案如下：①作業(yè)時段，8月31日13∶00—17∶00；②預(yù)計作業(yè)區(qū)域，衡陽、株洲及周邊地區(qū)；③作業(yè)飛機，運七飛機；④作業(yè)部位，4 500～5 500 m云區(qū)；⑤作業(yè)目的，作物抗旱；⑥催化方式，冷云AgI煙條。

4飛行實況分析

受低槽天氣系統(tǒng)影響，湖南中部地區(qū)出現(xiàn)小到中雨天氣，降水性質(zhì)為層積混合云降水，適合開展人工增雨作業(yè)。湖南省人工影響天氣辦公室8月31日開展一架次增雨作業(yè)，此次作業(yè)時長約3 h，14∶43開始催化，作業(yè)高度4 500～5 200 m，平均飛行作業(yè)高度為4 900 m，催化層風(fēng)向570°、風(fēng)速8 m/s，到17∶02催化結(jié)束，共消耗AgI冷云煙條10根，具體飛行路徑見圖4。

根據(jù)實況觀測和實際飛行情況，針對8月31日13∶00—17∶00飛機作業(yè)預(yù)案中的預(yù)計作業(yè)區(qū)域進行分析。

8月31日15∶30衛(wèi)星反演云頂溫度、高度分布（圖5a、b）顯示，在湖南省中部存在水平尺度較大的低槽云系，衡陽、株洲及周邊地區(qū)云頂溫度為-10～0 ℃，云頂高度為5～6 km，為冷云。長沙雷達觀測顯示（圖5c），13∶00—17∶00在湖南中部有大范圍層積混合云覆蓋，回波強度15～35 dBz，適合開展人工增雨作業(yè)。

對照預(yù)計作業(yè)區(qū)域，MM5模式預(yù)報的預(yù)計作業(yè)區(qū)域（衡陽、株洲及周邊地區(qū)）作業(yè)條件較好，為作業(yè)潛力區(qū)。但與實況相比，MM5模式預(yù)報的作業(yè)潛力區(qū)位置偏北，并對衡陽地區(qū)出現(xiàn)了空報，MM5模式對此次過程增雨潛力區(qū)的位置和強弱分布的預(yù)報與實況出現(xiàn)了一定偏差，也導(dǎo)致作業(yè)預(yù)案中給出的預(yù)計作業(yè)區(qū)域出現(xiàn)衡陽空報，與實況有一定差別。分析其原因，主要是由于在這一時段模式預(yù)報產(chǎn)品與實況有偏差，而作業(yè)預(yù)案制作時過于依賴預(yù)報產(chǎn)品。

實際飛行：運七飛機14∶30起飛，14∶43開始在株洲南部實施催化作業(yè)，17∶02停止催化，實際催化高度

5作業(yè)效果評估

5.1影響區(qū)計算

根據(jù)高空的風(fēng)向風(fēng)速顯示，作業(yè)時西北風(fēng)向，風(fēng)速達8 m/s，飛行作業(yè)影響區(qū)如圖6，累計影響面積約為1.8萬km2。

5.2降雨量分析

在作業(yè)影響區(qū)的上游，選取作業(yè)上風(fēng)方向、面積相同的對比區(qū)1（圖6），對影響區(qū)與對比區(qū)的雨量進行對比，并計算K值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作業(yè)前1 h，影響區(qū)面雨量為0.17 mm，K為1.70；作業(yè)開始到作業(yè)結(jié)束影響區(qū)雨量明顯增加，2 h面雨量增加0.76 mm，K值明顯增大至2.45；作業(yè)后1 h，K值繼續(xù)增大，為3.42；作業(yè)后2 h，K值減小至1.90。整個過程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增多0.44 mm，增加水量=增加面雨量×影響面積×水密度=792萬t。

5.3直觀對比分析

采用直觀對比物理檢驗方法，對比了作業(yè)前后影響區(qū)域雷達參數(shù)變化（圖7），8月31日下午長沙空氣質(zhì)量差，實時天氣為陰天，空氣濕度較大，飛機在長沙上空進行增雨播撒作業(yè)。針對16∶30左右在長沙一帶盤旋播撒的作業(yè)效果進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作業(yè)后，強雷達回波面積有所增加，雷達回波強度增強，此次作業(yè)效果較好；作業(yè)前

16∶00長沙天氣為陰天，空氣質(zhì)量為輕度污染，AQI指數(shù)為143，作業(yè)后長沙普降小雨，18∶00空氣質(zhì)量達到良好，AQI指數(shù)降為99，空氣質(zhì)量明顯變佳（圖8）。

6結(jié)論

（1）2016年8月31日，湖南省受低槽與中低層輻合的共同影響，天氣系統(tǒng)的配置有利于降水發(fā)生、發(fā)展，具備比較好的人工增雨作業(yè)氣象條件。

（2）利用CPAS平臺，結(jié)合EC細網(wǎng)格資料和湖南省CPAS綜合分析系統(tǒng)MM5模式對作業(yè)條件進行分析，結(jié)果顯示，衡陽、株洲及周邊地區(qū)上空云中云水含量，云帶帶寬在1 mm左右，最大垂直累積過冷水含量達0.1 mm，制訂冷云催化作業(yè)方案，預(yù)設(shè)作業(yè)方案基本可行。

（3）催化前后，整個過程影響區(qū)增雨約32%，面雨量增

加了0.44 mm，增加水量約792萬t，作業(yè)后長沙普降小雨，

空氣質(zhì)量達到良，AQI指數(shù)達99，空氣質(zhì)量得到改善。

（4）湖南省人工影響天氣辦公室結(jié)合實時干旱監(jiān)測情況，密切關(guān)注天氣形勢，認真分析作業(yè)條件，抓住有利時機在干旱地區(qū)大面積成功開展飛機人工增雨、抗旱作業(yè)，影響區(qū)普降小-中雨，此次作業(yè)對增加降水、改善空氣質(zhì)量起了正面作用。

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