TK？鄄2氣象探測火箭在阜新人工增雨中的應用

孫寶利 翟晴飛 孫可 徐漢竹 萬楠楠

摘要 對阜新地區(qū)2015年6月29日4次TK-2氣象探測火箭觀測資料進行了統(tǒng)計、分析，獲取了人工增雨有效作業(yè)區(qū)識別技術指標物理量，以實施有計劃、有目標的增雨催化作業(yè)。

關鍵詞 人工增雨；技術指標；氣象探測火箭；阜新地區(qū)

中圖分類號：P481 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）05-073-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.05.028

阜新市位于遼寧省西部，地處內蒙古科爾沁沙漠南緣，降水稀少，水資源匱乏，干旱頻發(fā)，春旱最為嚴重，常導致春播不能正常進行。人工增雨是緩解水資源不足的有效途徑之一[1]，利用氣象探測火箭確定催化最佳位置開展增雨作業(yè)，可大幅提高增雨效果，增加更多水資源，緩解當?shù)睾登閇2]。文中以2015年6月29日4次人工增雨作業(yè)為例，探討了TK-2氣象探測火箭（以下簡稱探測火箭）在人工增雨中的應用效果，以期為有效實施人工增雨作業(yè)提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

采用2015年6月29日4次探測火箭觀測的云中各高度層溫度、氣壓、風向風速、露點溫度等氣象要素數(shù)據(jù)及同時段雷達資料。

1.2 統(tǒng)計、計算方法

利用Excel 工具軟件統(tǒng)計、計算4次探測火箭觀測資料，獲得云中各高度層的溫度（T）、人工增雨潛力（E=e-E冰）[3-4] ，計算公式如下：

式中，e為云中作業(yè)區(qū)環(huán)境水汽壓，T0=273.15°K，Td為露點溫度。E冰為云中作業(yè)區(qū)冰晶面飽和水汽壓，T=273.15+t（t為攝氏溫標），Cf=0.251 J/g·℃為冰的升華潛熱隨溫度的變化率，RW=46.098 783 64×10-2 J/g·℃為水汽的比氣體常數(shù)，LS=L0+Lf-Cf（T-T0）為冰的升華潛熱，L0=2 499.52 J/g為0℃時水汽凝結潛熱，Lf=333·55 J/g為冰的融解潛熱，E為人工增雨潛力。

利用實時接收的多普勒雷達觀測圖像資料獲取云中液態(tài)過冷水（以下簡稱液態(tài)水）含量（Q）。

2 結果與分析

2.1 影響人工增雨作業(yè)要素分析

冷云中冰、水、汽共存。依據(jù)“貝吉龍過程”，當冰面達到過飽和（E>0）時冰晶開始增長增大，液態(tài)水與冰晶之間產(chǎn)生物理轉化，利于降水形成，適合實施人工增雨催化作業(yè)。E值越大，說明人工增雨潛力越大，特別是在液態(tài)水充沛而冰晶含量少的區(qū)域增雨潛力最大，往往E>0區(qū)域對應地面為最大降水區(qū)。相關研究表明 [5]，云中環(huán)境溫度在-15～-5℃時播撒的催化劑成核率最高，-7℃附近液態(tài)水含量最多，E>0的區(qū)域（冰水轉化區(qū)）利于水滴增長，是人工增雨作業(yè)效果最佳區(qū)域；在考慮冰晶濃度條件下，通常將液態(tài)水含量>0.04 g/m3作為適合增雨催化作業(yè)的參考標準[6]。由于云中溫度T、液態(tài)水含量Q、增雨潛力E能夠較好地反映云降水特征，是決定云降水的主要影響因子，因此，可將其作為確定人工增雨催化劑種類、催化播撒區(qū)位置的主要參考要素指標。

2.2 探測火箭在人工增雨作業(yè)中的應用

2.2.1 增雨作業(yè)條件前期預判 實施人工增雨作業(yè)前72—24 h，分析降水天氣形勢實況和各種數(shù)值預報指導產(chǎn)品，對未來增雨作業(yè)條件進行綜合分析、判斷，提前大致預定增雨作業(yè)時間、地面作業(yè)陣地、空中催化區(qū)位置等，制定初步作業(yè)方案。當中尺度數(shù)值模式預報的降水量滿足人工增雨的降水量標準（R≥5mm）、人工增雨作業(yè)條件（T、E、Q）預報結果達到或接近催化播撒區(qū)位置參考要素指標要求時，制作、發(fā)布人工增雨作業(yè)預警信息，進行探測火箭發(fā)射前的設備調試。

2.2.2 云中催化作業(yè)區(qū)位置確定 增雨作業(yè)前1 h，發(fā)射探測火箭，回收觀測數(shù)據(jù)，對接收的探空觀測數(shù)據(jù)進行處理、計算，得到云中各高度層的T、E，利用同時段的雷達觀測資料獲取Q，并將其與參考要素指標進行比較、判斷，找到適合增雨催化作業(yè)的最佳云區(qū)位置。

2.2.3 實施增雨作業(yè) 根據(jù)給出的催化作業(yè)最佳云區(qū)位置，安裝適量火箭彈，調整好火箭架發(fā)射的方位和仰角，實施人工增雨催化作業(yè)。

2.2.4 應用實例 現(xiàn)以2015年6月29日人工增雨作業(yè)為例，說明探測火箭在人工增雨作業(yè)中的具體應用。28日16：00，省、市氣象臺預測阜新地區(qū)29日有小雨，降水主要時段為凌晨至上午。據(jù)此，制作、發(fā)布人工增雨預警信息，預定增雨時段為29日05：00—12：00，作業(yè)地點為阜蒙縣于寺鎮(zhèn)（121°10′19″E，42°13′32″N，作業(yè)點編號210921005，海拔高度228 m），使用陜西中天火箭技術股份有限公司研制生產(chǎn)的TK-2氣象探測火箭、WR-98型火箭彈分別進行作業(yè)最佳云區(qū)觀測識別和增雨作業(yè)。

29日02：00衛(wèi)星云圖上云系已進入阜新境內。05：00雷達圖顯示，在阜新上游地區(qū)云層已經(jīng)加厚，回波強度在30 dBz上下，液態(tài)水含量為0.05 g/m3左右（符合增雨作業(yè)液態(tài)水含量參考指標條件），已經(jīng)接近阜新邊緣。與此同時，阜新地區(qū)上空出現(xiàn)弱回波，并伴有稀疏的雨點降落。技術人員開始安裝探測火箭、數(shù)據(jù)接收設備，準備發(fā)射探測火箭，來確定云中增雨催化作業(yè)位置。

06：15、07：20、08：18、09：12分別發(fā)射一枚探測火箭，回收觀測數(shù)據(jù)，計算出e-E冰。分析4次觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、計算結果表明，e-E冰>0區(qū)分布在3.5～4.8 km高度的云內，云層溫度為-7～-2℃，符合“貝吉龍過程”，利于液態(tài)水向冰晶轉化形成凝結核。相應地，06：35、07：32、08：41、09：13雷達拼圖上液態(tài)水含量介于0.025～0.052 g/m3之間，達到或接近增雨作業(yè)參考指標要求。綜合判斷，已經(jīng)具備了增雨作業(yè)條件。

選擇降水系統(tǒng)發(fā)展和維持階段的氣流上升運動區(qū)、火箭發(fā)射仰角為50°～55°（相當于高度4 000～5 000 m）、火箭發(fā)射方位角為344°～352°（北偏西方向）作為增雨作業(yè)最佳催化區(qū)域，分別于06：45、07：43、08：50、09：22，各發(fā)射2枚火箭彈，實施人工增雨催化作業(yè)。自動站雨量監(jiān)測結果（圖1）顯示，在碘化銀催化作用下，06：00-09：00降水量明顯增大，分別為2.6、5.0、3.7、2.2 mm。此后，隨著降水系統(tǒng)減弱東移，降水逐漸減小，14：00結束。

該次降水全市平均降水量13.8 mm，不僅緩解了前期旱情，同時有利于水庫蓄水、地下水位提升及生態(tài)環(huán)境改善。由于降水過程中采用探測火箭識別技術，實施有計劃、有目標的人工增雨作業(yè)，增雨效果顯著，降水達到中雨量級。

總結、分析該次增雨作業(yè)有利天氣條件：①降水系統(tǒng)處于發(fā)展、持續(xù)階段，云中有比較深厚的上升氣流，上升氣流提供了充足的水汽，為冰水轉化過程的維持提供了水汽補充；②云體高度為2 000～5 500 m、厚度為2 000～3 000 m，適合開展地面火箭增雨作業(yè)；③4 km高度附近，存在較大的e-Ei>0冰水轉換區(qū)，云體溫度在-7℃～-2℃間變化，過冷液態(tài)水含量為0.02～0.06 g/m3，基本滿足人工增雨作業(yè)區(qū)參考指標要求。

2.2.5 阜新人工增雨作業(yè)區(qū)識別指標初建 依據(jù)前面給出的T、E、Q參考指標，結合2015年6月29日4次人工增雨作業(yè)計算、分析結果，初步建立阜新地區(qū)人工增雨作業(yè)區(qū)識別技術指標閾值：作業(yè)云層溫度T（-10～-2℃），e-E冰（>0 hPa），液態(tài)過冷水含量Q（>0.02 g/m3）。

3 結論

（1）利用氣象探測火箭確定云中催化最佳位置方法開展增雨作業(yè)，不僅提高增雨效率，同時還降低作業(yè)成本。

（2）阜新乃至遼西地區(qū)人工增雨作業(yè)應選擇在同時滿足e-E冰>0、-2℃>T>（-10）℃、Q>0.02 g/m3指標條件的降水系統(tǒng)發(fā)展或持續(xù)階段，且云中有比較深厚上升氣流的冰水轉換區(qū)中進行。

（3）由于用于分析、判斷的數(shù)據(jù)較少，阜新地區(qū)人工增雨作業(yè)區(qū)識別技術指標的代表性還有待于逐漸完善、提高。

參考文獻

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責任編輯：劉赟