2007—2015年邯鄲地區(qū)人工增雨特征及潛力分析

靳曉超 劉熙

摘要 為了更加高效地開發(fā)空中云水資源，要求在制訂增雨（雪）作業(yè)方案前對(duì)未來影響天氣系統(tǒng)的特征及作業(yè)潛力具有清晰的判斷，因而需要總結(jié)出邯鄲地區(qū)適合開展增雨（雪）作業(yè)的天氣類型。為此，普查了2007—2015年具有增雨潛力的降水日，并以天氣系統(tǒng)的高度場(chǎng)（500 hPa）為依據(jù)，輔以地面場(chǎng)進(jìn)行分類總結(jié)，建立了西風(fēng)帶高空槽型（西來槽）、蒙古低渦型、華北低渦（河套低渦）型、冷渦后部西北氣流型4種類型，并利用物理量權(quán)重集成法進(jìn)行邯鄲地區(qū)增雨潛力分析，6—9月是邯鄲地區(qū)增雨潛力最大的時(shí)期，3—4月增雨潛力也較大。

關(guān)鍵詞 天氣類型；人工增雨（雪）；增雨潛力；河北邯鄲；2007—2015年

中圖分類號(hào) P481 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）12-0193-03

Abstract In order to develop the air cloud water resources more efficiently，there is required to have a clear judgment on the characteristics and operational potential of the weather system that will affect the weather in the future before formulating the operation plan for artificial precipitation（snow）.Therefore，it is necessary to summarize the weather types which is suitable for artificial precipitation（snow）in Handan area.The precipitation days with the potential to increase rain from 2007 to 2015 were surveyed，which were summarized and classified based on the altitude field（500 hPa）of the weather system and combined with the ground field，4 weather types were established，and precipitation potential in Handan area was analyzed by using physical quantity weight integration method.June to September is the period with the greatest potential of precipitation enhancement in Handan area，and the potential of precipitation enhancement in March and April is also great.

Key words weather type；artificial precipitation（snow）；potential of precipitation enhancement；Handan Hebei；2007-2015

近年來，我國水資源日趨短缺，已成為制約農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展的重要因素。面對(duì)日益嚴(yán)重的水資源短缺，相關(guān)部門和人員對(duì)開發(fā)空中水資源越來越重視，并開展了諸多研究[1-3]，如吳志會(huì)等[4]對(duì)河北省不同降水天氣系統(tǒng)自然降水特征及增雨潛力進(jìn)行了分析，沈鷹[5]對(duì)人工增雨開發(fā)空中水資源進(jìn)行了探討，周長艷等[6]對(duì)金沙江流域及鄰近地區(qū)空中水資源的氣候特征進(jìn)行了研究分析。本文分析了邯鄲地區(qū)天氣系統(tǒng)的特征及增雨潛力，對(duì)今后科學(xué)開展增雨（雪）作業(yè)具有十分重要的意義。

1 增雨潛力日的確定及分析

1.1 增雨潛力日的確定

利用邯鄲市降水資料并考慮到實(shí)際人工增雨作業(yè)條件，設(shè)定滿足24 h降水量≥0.1 mm為人工增雨潛力日。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，從2007—2015年所有降水資料中篩選出具有人工增雨潛力的降水日數(shù)為401 d。

1.2 增雨潛力日的降水分析

由圖1可知，增雨潛力日最多為7月，最少為3月，其中6—9月的增雨潛力日數(shù)為230 d，約占全部個(gè)例數(shù)的57.4%，這一時(shí)期增雨潛力最大。

由表1可以看出，1—3月、11月和12月的降水全部為穩(wěn)定性的層狀云降水，4月、5月和10月3個(gè)月中大多數(shù)降水具有穩(wěn)定性，少數(shù)出現(xiàn)層積混合云降水。在6—9月期間，由于副熱帶高壓北抬，云中水汽含量大，對(duì)流性天氣增多，這一時(shí)期人工增雨作業(yè)的有利時(shí)機(jī)明顯增多。

2 增雨天氣類型及分析

對(duì)2007—2015年歷史天氣過程進(jìn)行普查分析，以500 hPa為主，700、850 hPa和地面天氣圖為輔，篩選個(gè)例401個(gè)，影響邯鄲市的高空系統(tǒng)主要包括西來槽、低渦（西南渦、東蒙冷渦、東北冷渦、華北低渦）、切變，地面影響系統(tǒng)主要包括低壓（倒槽）、鋒面和氣旋。按高空系統(tǒng)分類出現(xiàn)次數(shù)從多到少依次為西來槽（237次）、低渦（116次）（西南渦17次、東蒙冷渦51次、東北冷渦27次、華北低渦21次）、切變線（32次）、回流（16次）（表2）。通過對(duì)個(gè)例的分析、歸納，總結(jié)出適合開展人工增雨（雪）作業(yè)的天氣系統(tǒng)。從高空天氣形勢(shì)來劃分，主要可以分成西風(fēng)帶高空槽型、蒙古低渦型、華北低渦型、冷渦后部西北氣流型4種類型。

2.1 西風(fēng)帶高空槽型（西來槽）

西風(fēng)帶高空槽系統(tǒng)是邯鄲地區(qū)主要的降水系統(tǒng)，占降水過程的59.1%，此系統(tǒng)可以細(xì)分為獨(dú)立豎槽型和高原槽與西風(fēng)帶槽結(jié)合型2種類型。

2.1.1 獨(dú)立豎槽型。此類型（圖2）即北緯35°～50°、東經(jīng)105°～115°南北走向或者東北—西南走向的槽，多發(fā)生在10月至次年6月，槽后來自西伯利亞和貝加爾湖地區(qū)的冷空氣在進(jìn)入我國內(nèi)蒙古中東部和河套地區(qū)后東移，進(jìn)而影響邯鄲地區(qū)，地面以冷鋒和低壓倒槽相配合，多發(fā)生穩(wěn)定性降水，以小雨或小雪為主，人影作業(yè)區(qū)位于地面冷鋒和700 hPa槽線之間。但是5—6月，隨著空氣中比濕的明顯增加，如果產(chǎn)生對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，也能產(chǎn)生對(duì)流性降水，降水可達(dá)到中雨。

2.1.2 高原槽與西風(fēng)帶槽結(jié)合型。由圖3可知，此類型在前期500 hPa上有高原槽或西北槽東移至河套南部，華北南部西南暖濕氣流建立，地面有倒槽配合，此時(shí)有西風(fēng)帶短波槽快速東移，與高原槽結(jié)合發(fā)展加深或同位向疊加，環(huán)流徑向度加大，槽前西南暖濕氣流明顯增大，有時(shí)可達(dá)到急流。在這種類型下，濕層厚度較大，整層溫度露點(diǎn)差一般<3 ℃，有明顯的暖平流出現(xiàn)在中低層。此類型的降水特點(diǎn)為在冬春季以小雨（小雪）為主，在初夏和秋季以中雨居多，有時(shí)可達(dá)大雨。

2.2 蒙古低渦型

由圖4可知，蒙古低渦型在降水當(dāng)日500 hPa上至少有1根閉合的等高線和冷中心相配合的低值系統(tǒng)，低渦中心一般位于蒙古國中東部，低渦后部有高壓脊向北伸展，引導(dǎo)冷空氣南下，在500 hPa上表現(xiàn)為1個(gè)或多個(gè)橫槽旋轉(zhuǎn)南下，地面上有冷鋒配合或蒙古氣旋發(fā)展。該種類型的降水一年四季均可出現(xiàn)，但以春末、夏季、秋季較為典型，降水區(qū)一般出現(xiàn)在低渦的東南象限，伴隨著地面冷鋒和高空槽南下，產(chǎn)生降水，降水分布極不均勻，有明顯的對(duì)流性，一般以中雨為主，局地有時(shí)可達(dá)暴雨。東蒙低渦系統(tǒng)一般持續(xù)2～3 d，有時(shí)可達(dá)3～5 d，午后降水明顯增強(qiáng)。

2.3 華北低渦（河套低渦）型

由圖5可知，華北低渦在500 hPa上存在1條或多條閉合的等高線，同時(shí)存在與之相配合的冷性渦旋，華北低渦多發(fā)生在向東移動(dòng)過程中不斷加深的槽線附近負(fù)變高最大處；有時(shí)在冷平流最強(qiáng)區(qū)域的前部，也有冷渦生成。華北冷渦多出現(xiàn)在4—10月，以7月、8月最多，地面常有低壓或氣旋發(fā)展，以對(duì)流性降水為主，有時(shí)會(huì)伴有雷雨大風(fēng)天氣，低渦中心降水一般可達(dá)大雨，若低渦移動(dòng)緩慢呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，降水可達(dá)100 mm以上。人影作業(yè)區(qū)域應(yīng)集中在低渦中心和其東南象限，適宜火箭、高炮作業(yè)。

2.4 冷渦后部西北氣流型

由圖6可知，冷渦后部西北氣流僅出現(xiàn)在夏季，500 hPa副熱帶高壓呈塊狀或帶狀位于我國中南部，副高脊線位于北緯30°附近，華北南部處于副高外圍，在T-lnP圖上存在一定的不穩(wěn)定能量，中低層濕度也比較大；東北冷渦后部有橫槽下擺，有明顯的冷溫槽與其配合，地面一般有東西向的冷鋒南下，在地面冷鋒附近常出現(xiàn)對(duì)流性降水，700 hPa切變線過后，降水停止。此類降水持續(xù)時(shí)間短，但降水強(qiáng)度往往較大，一般為中雨。

3 增雨潛力分析

近年來，MM5-CAMS模式在人影增雨潛力分析中得到應(yīng)用，可充分利用此模式，結(jié)合MICAPS中的診斷場(chǎng)和微物理特征指標(biāo)綜合判斷增雨潛力大小[7]。

本文利用冰晶濃度、空中過冷水、冰面過飽和水汽壓、700 hPa和850 hPa水汽條件及K指數(shù)作為綜合判斷降水的增雨（雪）潛力因子，增雨潛力公式為Z=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5。

根據(jù)河北省2005—2009年春季、秋季層狀降水平均冰晶濃度為27.7個(gè)/L，將冰晶濃度（Z1）根據(jù)自然冰晶濃度是否 >27.7分為2級(jí)。過冷水含量（Z2）是衡量增雨潛力的一個(gè)重要因素，過冷水含量越高，增雨潛力越大。按照云中溫度 <-5 ℃、過冷水含量>0.1 g/m3時(shí)，即為人工增雨潛力區(qū)指標(biāo)衡量[8]，Z2由云中過冷水含量分為3級(jí)。冰水轉(zhuǎn)化區(qū)（e-Ei>0， e為水汽壓，Ei為冰面飽和水汽壓）是否存在也是增雨潛力的一個(gè)重要指標(biāo)，冰面過飽和水汽壓（Z3）由e-Ei是否>0分為2級(jí)。水汽條件（Z4）也是人工增雨的一個(gè)重要參考指標(biāo)，當(dāng)?shù)蛯铀看笄宜枯椇侠诮邓l(fā)生，反之低層水汽通量輻散不利于降水發(fā)生[9-10]。K指數(shù)（Z5）作為邯鄲地區(qū)的一個(gè)動(dòng)力條件和熱力條件進(jìn)行分析和判斷指標(biāo)，一般把K>28 ℃作為不穩(wěn)定條件判定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)以上劃分依據(jù)制作出增雨潛力因子等級(jí)表（表3）。

根據(jù)Z值大小將增雨（雪）潛力分成4級(jí)，Z≤3為0級(jí)，無增雨潛力；39為3級(jí)，增雨潛力大。

對(duì)2007—2015年401次降水過程進(jìn)行人工增雨等級(jí)驗(yàn)證，由表4可以看出，邯鄲地區(qū)具有增雨潛力的降水過程占71.3%，增雨潛力等級(jí)>2級(jí)的降水過程集中出現(xiàn)在6—9月，因此，6—9月是邯鄲地區(qū)增雨潛力最大的時(shí)期，以不穩(wěn)定降水為主，云中含水量大，云內(nèi)上升氣流不均勻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這一時(shí)期適合利用火箭、高炮開展人工增雨作業(yè)。而3—4月邯鄲地區(qū)降水過程普遍不多，但增雨潛力較大，而且正值農(nóng)作物生長需水期，這一時(shí)期應(yīng)抓住有利時(shí)機(jī)大規(guī)模開展抗旱性增雨作業(yè)，減小春旱對(duì)農(nóng)作物的影響。

4 結(jié)論與討論

（1）2007—2015年6—9月邯鄲地區(qū)增雨潛力日數(shù)為230 d，約占全部個(gè)例數(shù)的57.4%，并且在6—9月期間對(duì)流天氣增多，這一時(shí)期適合利用火箭、高炮開展人工增雨作業(yè)。

（2）從高空天氣形勢(shì)劃分，主要可以分成西風(fēng)帶高空槽型、蒙古低渦型、華北低渦型、冷渦后部西北氣流型4種類型。

（3）邯鄲地區(qū)具有增雨潛力的降水過程占71.3%，增雨潛力等級(jí)>2級(jí)的降水過程集中在6—9月，因此，6—9月是邯鄲地區(qū)增雨潛力最大的時(shí)期。3—4月正值農(nóng)作業(yè)生長需水期，這一時(shí)期增雨潛力較大，應(yīng)抓住有利時(shí)機(jī)開展增雨作業(yè)，減小春旱對(duì)農(nóng)作物的影響。

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