吉林省一次飛機(jī)增雨作業(yè)過程分析

王周翔++趙金濤++谷笑楠

摘要 本文針對(duì)2014年5月11日吉林省飛機(jī)增雨作業(yè)過程，分別從天氣背景條件、人影作業(yè)需求、作業(yè)條件預(yù)報(bào)、飛機(jī)作業(yè)與觀測(cè)、作業(yè)效果評(píng)估等方面進(jìn)行了分析總結(jié)。利用基于聚類分析的作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法對(duì)此次作業(yè)效果進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明作業(yè)有正效果。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)增雨；作業(yè)條件；效果分析；吉林省

中圖分類號(hào) P481 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）08-0199-03

Analysis on Aircraft Precipitation Enhancement Operation in Jilin Province

WANG Zhou-xiang ZHAO Jin-tao GU Xiao-nan FAN Hai-jing SUN Hai-yan

（Jilin Weather Modification Office，Changchun Jilin 130062）

Abstract The operation of aircraft precipitation enhancement in Jilin Province on May 11，2014 was analyzed in this paper. It is summarized from the aspects of weather background conditions，operating requirements，operating condition forecast，aircraft operation and observation，operation evaluation，etc. The effect of the operation was evaluated by the cluster analysis method，the results showed that the operation had a positive effect.

Key words aircraft precipitation enhancement；operating condition；effect analysis；Jilin Province

人工影響天氣在緩解水資源短缺、農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著越來越重要的作用[1-2]。1958年吉林省第一次飛機(jī)人工增雨作業(yè)，之后全國(guó)各地陸續(xù)開展飛機(jī)增雨作業(yè)工作[3-6]。與往年同期相比，2014年1—4月，吉林省平均氣溫偏高1.4 ℃，平均降水量偏少43%，西部白城平均降水量偏少89%。特別是進(jìn)入4月，吉林省中西部糧食主產(chǎn)區(qū)降水比常年同期少95%，居同期少雨第3位，白城全區(qū)無降水，為歷史同期最少。吉林省旱區(qū)主要位于白城地區(qū)東部和北部、松原地區(qū)南部、長(zhǎng)春地區(qū)東部、吉林地區(qū)中部和北部及延邊地區(qū)大部。從5月中旬開始，全省各地將陸續(xù)進(jìn)入水稻適宜移栽期，水田泡田整地需要大量降水。2014年5月11日吉林省抓住降水天氣過程，積極開展飛機(jī)人工增雨作業(yè)。本文針對(duì)當(dāng)天一次飛機(jī)增雨作業(yè)過程，從天氣背景條件、作業(yè)條件預(yù)報(bào)、飛機(jī)作業(yè)與觀測(cè)、作業(yè)效果等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1 天氣背景條件

根據(jù)天氣形勢(shì)分析，集合多家模式預(yù)報(bào)及吉林省氣象臺(tái)預(yù)報(bào)，5月10日8：00，500 hPa北渦底部有南支槽在河套地區(qū)發(fā)展加深，并向東北方向移動(dòng)，地面江淮倒槽強(qiáng)烈發(fā)展，中心強(qiáng)度達(dá)到1 000 hPa，倒槽前段至河套以東。11日8：00高空槽發(fā)展加強(qiáng)，形成閉合中心，中心強(qiáng)度達(dá)到556 hPa，槽前西南氣流加強(qiáng)，地面江淮倒槽北上至渤海灣，中心強(qiáng)度達(dá)到1 002.5 hPa（圖1），之后經(jīng)渤海灣繼續(xù)北上直接對(duì)吉林省造成影響。

西南氣流為吉林省提供了源源不斷的水汽輸送，10日8：00，在500～850 hPa有一個(gè)t-td<4 ℃的帶狀濕區(qū)，隨著系統(tǒng)發(fā)展移動(dòng)，濕區(qū)也逐漸向東北方向移動(dòng)，11日8：00，水汽輸送進(jìn)入吉林省境內(nèi)，5月11日系統(tǒng)處于發(fā)展階段，云層比較穩(wěn)定，而且此時(shí)吉林省處于系統(tǒng)前部，適于開展飛機(jī)人工增雨作業(yè)。根據(jù)省氣象臺(tái)預(yù)報(bào)，5月11日白天到夜間全省有降水，東南部地區(qū)小雨，中西部將達(dá)到中雨量級(jí)。實(shí)際降水情況與降水預(yù)報(bào)落區(qū)和強(qiáng)度比較一致。

2 作業(yè)條件預(yù)報(bào)與分析

2.1 作業(yè)潛勢(shì)預(yù)報(bào)

10日17：00紅外云圖上，系統(tǒng)主體云系處于河套附近，系統(tǒng)前部云系開始自西南方向移入吉林省，地面尚未出現(xiàn)降水。至11日2：00云系繼續(xù)北抬，進(jìn)入吉林省西部地區(qū)。根據(jù)MM5_CAMS數(shù)值模式預(yù)報(bào)，從10日17：00開始，系統(tǒng)前部云系進(jìn)入吉林省，云系移動(dòng)的方向?yàn)槲髂稀獤|北向。此時(shí)云中沒有過冷水，作業(yè)條件不佳。至11日2：00，模式預(yù)報(bào)云系走向及性質(zhì)與云圖相近（圖2），模式預(yù)報(bào)與實(shí)際云的情況相符。根據(jù)模式預(yù)報(bào)結(jié)果分析，云中一直沒有過冷水，至5月11日12：00，隨著云系移動(dòng)發(fā)展，云中開始出現(xiàn)過冷水，但量比較小，在0.001 g/kg以下，且位置較高，在-10 ℃層以上，不適于飛機(jī)播撒作業(yè)。11日14：00，系統(tǒng)中心北部云系逐漸影響吉林省，云中過冷水量增加，達(dá)到0.01 g/kg以上；過冷水分布高度也有所降低，分布范圍向下至-5 ℃層，位于3 500 m左右；冰晶數(shù)濃度在10個(gè)/L以下（圖3）。11日14：00至11日夜間，云中一直有一定量的過冷水維持，此時(shí)云中具備一定的作業(yè)潛勢(shì)。

2.2 作業(yè)條件分析

在11日8：00衛(wèi)星云圖上，云系覆蓋吉林省中西部地區(qū)，模式預(yù)報(bào)的云帶位置與實(shí)際云帶位置相差不大。11日8：00，吉林省中西部500 hPa和700 hPa溫度露點(diǎn)差都在4 ℃以下，說明在這2層之間有濕區(qū)存在，濕區(qū)位于3 000～5 500 m。濕區(qū)位置和高度與云中過冷水區(qū)相一致，模式預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)發(fā)展情況對(duì)應(yīng)較好。

根據(jù)模式預(yù)報(bào)，此時(shí)系統(tǒng)處于發(fā)展階段，長(zhǎng)春東—吉林中旱區(qū)處于系統(tǒng)前部，系統(tǒng)來向上云層條件更好，因?yàn)檫^冷水大值區(qū)處于旱區(qū)的南方，所以旱區(qū)南部作業(yè)條件較好，可以選擇作為作業(yè)區(qū)。過冷水區(qū)分布在700 hPa以上，模式預(yù)報(bào)700 hPa為偏南風(fēng)，在旱區(qū)南部作業(yè)，有利于催化劑向旱區(qū)擴(kuò)散。

作業(yè)高度選擇在3 500 m左右高度，這里有一過冷水大值區(qū)，在此高度上，冰粒子濃度較小，選取模式產(chǎn)品指標(biāo)中的過冷水>0.01 g/kg、冰晶數(shù)濃度<20個(gè)/L，高空資料t-td<4 ℃，雷達(dá)回波強(qiáng)度20～25 dBZ、云厚>3 km、回波頂高>6 km為作業(yè)指標(biāo)。根據(jù)預(yù)報(bào)的云系發(fā)展情況，確定作業(yè)區(qū)域四平、長(zhǎng)春、吉林、白山地區(qū)。

3 飛機(jī)作業(yè)與觀測(cè)

作業(yè)飛機(jī)13：55起飛，在3 600 m高度上作業(yè)，作業(yè)高度上溫度為-5 ℃。作業(yè)目標(biāo)云中含有一定量的云水，與模式預(yù)報(bào)的云中過冷水位置和含量相似。在雷達(dá)圖（圖4）上可以看到，云層條件比較好，回波頂高在7 km以上，作業(yè)高度上回波強(qiáng)度大于20 dBZ。此次飛行作業(yè)歷時(shí)3 h結(jié)束，作業(yè)區(qū)域?yàn)樗钠?、長(zhǎng)春、吉林、白山地區(qū)。

4 作業(yè)效果分析

4.1 作業(yè)影響區(qū)確定

將作業(yè)航線按照拐點(diǎn)分成多個(gè)直線，每段直線作為播撒的一個(gè)線源，根據(jù)高空風(fēng)向和風(fēng)速，確定每個(gè)線源在特定時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散范圍，最后將所有線源的擴(kuò)散范圍疊加組合，形成的區(qū)域作為此次作業(yè)的影響區(qū)。此次作業(yè)，高空風(fēng)為偏南風(fēng)16 m/s，作業(yè)影響時(shí)間按3 h計(jì)算，作業(yè)的影響區(qū)見圖5。

4.2 作業(yè)影響區(qū)雷達(dá)回波分析

由圖6可知，作業(yè)前30 min雷達(dá)回波中心強(qiáng)度為20～25 dBZ，回波中心高度在2～5 km之間，15～20 dBZ的降水回波分布在2～6 km之間，此時(shí)地面降水較少。作業(yè)后30 min，回波強(qiáng)度加強(qiáng)，出現(xiàn)25～30 dBZ回波區(qū)，20～25 dBZ回波區(qū)面積明顯增大，高度較作業(yè)前降低，地面降水增加。作業(yè)后60 min，回波強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，出現(xiàn)30 dBZ以上回波，強(qiáng)回波高度繼續(xù)降低，地面降水繼續(xù)增加。作業(yè)后2 h，回波繼續(xù)加強(qiáng)，出現(xiàn)35 dBZ以上回波，強(qiáng)回波面積繼續(xù)增大，高度降至0～4 km，地面降水繼續(xù)加大。對(duì)比作業(yè)前后，雷達(dá)回波逐漸增強(qiáng)，強(qiáng)回波面積逐漸增大，強(qiáng)回波高度逐漸降低，地面降水逐漸增加。

4.3 統(tǒng)計(jì)方法效果分析

利用房 彬等[7]CA-FCM方案，使用吉林省50個(gè)測(cè)站1997—2007年的雨量資料，對(duì)全省11年5月的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)聚類，全省降水測(cè)站可分成4類，即4個(gè)分區(qū)。作業(yè)影響區(qū)主要在3區(qū)和4區(qū)。3區(qū)的實(shí)測(cè)降雨量為682 343×103 m3、估計(jì)降雨量539 774×103 m3、絕對(duì)增雨量142 569×103 m3、相對(duì)增雨率26.4%、顯著性水平α≤0.05。4區(qū)的實(shí)測(cè)降雨量為339 805×103 m3、估計(jì)降雨量276 433×103 m3、絕對(duì)增雨量63 372×103 m3、相對(duì)增雨率22.9%、顯著性水平α≤0.05。這2個(gè)區(qū)作業(yè)都是正效果，且通過顯著性檢驗(yàn)。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)模式預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)資料分析，此次天氣過程水汽條件比較好，特別是5月11日，吉林省處于系統(tǒng)中心前部，此時(shí)系統(tǒng)處于發(fā)展階段，云中出現(xiàn)了過冷水，且冰晶濃度較小，增雨作業(yè)條件較好。

（2）飛機(jī)作業(yè)中，云層條件比較好，云層較厚且比較穩(wěn)定，適宜飛機(jī)播撒作業(yè)。

（3）通過作業(yè)前后雷達(dá)回波變化對(duì)比，雷達(dá)回波增強(qiáng)，強(qiáng)回波面積增大，強(qiáng)回波高度降低，地面降水增加。利用基于聚類分析的作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法對(duì)此次作業(yè)效果進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明作業(yè)有正效果。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 李大山.人工影響天氣現(xiàn)狀與展望[M].北京：氣象出版社，2002.

[2] 郭學(xué)良.大氣物理與人工影響天氣[M].北京：氣象出版社，2010.

[3] 張沛純，甘建輝，李志華，等.白龍湖庫區(qū)資源性人工增雨典型個(gè)例分析[J].高原山地氣象研究，2012，32（3）：71-75.

[4] 楊旭，陳宇，方曉.人工增雨作業(yè)過程個(gè)例分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（35）：17812-17813.

[5] 胡志晉.層狀云人工增雨機(jī)制、條件和方法的探討[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2001（增刊1）：10-13.

[6] 王以琳，李德生，劉詩軍.飛機(jī)人工增雨分層歷史回歸效果檢驗(yàn)方法探討[J].氣候與環(huán)境研究，2012，17（6）：862-870.

[7] 房彬，肖輝，班顯秀.CA-FCM方案與其它幾種人工增雨評(píng)估方案的比較[J].氣象科技，2008，36（5）：612-621.