云降水精細分析系統(tǒng)（CPAS）系統(tǒng)在吉林省人工增雨業(yè)務中的應用

王旗 徐戈 王周翔

摘 要：本文以2016年4月1日至2日的降水過程為例，按照人工增雨作業(yè)流程的五個階段，介紹CPAS系統(tǒng)在飛機增雨作業(yè)過程中的應用。研究表明，CPAS在整個增雨流程中都有重要的應用，實時軌跡疊加雷達，能更好地指揮飛行的區(qū)域路線，增雨量計算與對比區(qū)選定，能有效計算出增加的雨量，為下一次增雨計劃提供更多的科學依據(jù)。

關鍵詞：CPAS;人工增雨;效果檢驗

Abstract： Taking the precipitation process from April 1 to 2， 2016 as an example， this paper introduced the application of CPAS system in aircraft precipitation process according to the five stages of artificial precipitation process. The research shows that CPAS has an important application in the whole rain enhancement process. The real-time trajectory overlay radar can better command the regional route of flight， increase rainfall calculation and comparison area selection， can effectively calculate the increased rainfall， and provide more scientific basis for the next rain enhancement plan.

Keybords： CPAS;artificial precipitation;validity check

人工影響天氣在緩解水資源短缺、農(nóng)業(yè)抗旱減災、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人工增雨作業(yè)，之后全國各地陸續(xù)開展飛機增雨作業(yè)工作[3-6]。由中國氣象科學研究院研發(fā)的云降水精細分析系統(tǒng)（Cloud Precipitation Accurate Analysis System，CPAS）于2014年在吉林省開始試應用，經(jīng)過兩年間不斷地進行模塊調(diào)試與功能優(yōu)化，現(xiàn)已正式應用于吉林省人工增雨業(yè)務中，為吉林省開展人工增雨工作提供了更加科學有效的技術保障。

吉林省人工增雨作業(yè)流程分為五個階段：第一，作業(yè)過程預報;第二，作業(yè)條件潛力預報;第三，作業(yè)條件預警;第四，作業(yè)方案設計;第五，作業(yè)效果分析。當預測到未來3天內(nèi)有降水過程時，根據(jù)本省旱情情況，實時分析增雨需求，首先對整個作業(yè)過程進行預報，而后應用CPAS系統(tǒng)對人工影響作業(yè)條件潛力進行分析，判斷是否符合飛機增雨作業(yè)條件，臨近天氣過程時對作業(yè)條件進行預警分析，保證飛行的安全性，然后制訂飛行方案，確定飛行路線，并于飛行過程中根據(jù)天氣情況實時更改，最后在過程結束后，對此次過程進行效果評估分析。本文將以2016年4月1日至2日的降水過程為例，介紹CPAS系統(tǒng)在飛機增雨作業(yè)過程中的應用。

1 作業(yè)過程預報

2016年3月30日10：00，吉林省白城、松原大部及延邊西北部出現(xiàn)中度旱情，部分地區(qū)達到重旱級別。因此，為保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，急需開展人工增雨工作緩解旱情。

通過預測可知，2016年4月1日至2日，受冷空氣影響，吉林省范圍內(nèi)將出現(xiàn)明顯降水過程。4月1日05：00至4月2日20：00，吉林省受500 hPa低槽影響，850 hPa相對濕度、比濕、上升垂直速度均有大值區(qū)，西南急流向省內(nèi)不斷輸送水汽，如圖1所示。根據(jù)EC、T639與吉林省內(nèi)WRF模式預報綜合考慮得出：吉林省大部分地區(qū)將出現(xiàn)小到中雨天氣，需要做好飛機人工增雨作業(yè)準備。

2 作業(yè)條件潛力預報

根據(jù)作業(yè)過程預報結果，3月31日綜合考慮EC、T639、MM5_CAMS、GRAPES_CAMS及省內(nèi)WRF模式預報，得到如下結論：4月1日08：00至2日08：00，有云系自西向東進入吉林省，云帶存在過冷水。應用CPAS系統(tǒng)對云體垂直結構進行分析，結果顯示：4月1日08：00至2日08：00，過冷水含量最大為0.05 g/kg，主要集中在0～-18 ℃，過冷水層高度在1 800～5 000 m。云中冰晶含量較少，有較好的增雨作業(yè)條件。

綜合上述分析，4月1日08：00至14：00，增雨潛力區(qū)位于白城、四平、松原、長春等地區(qū);4月1日12：00至20：00，增雨潛力區(qū)位于長春、四平、遼源、吉林等地區(qū);4月1日20：00至2日02：00，增雨潛力區(qū)位于遼源、吉林、通化、白山、延邊等地區(qū);4月2日02：00至2日08：00，增雨潛力區(qū)位于通化、白山、延邊等地區(qū)。

根據(jù)預報結果和云系的移動方向，結合旱情，選定不同的飛行區(qū)域，并考慮跨區(qū)域聯(lián)合作業(yè)。

3 作業(yè)條件預警

根據(jù)CPAS系統(tǒng)中近3 h的FY2衛(wèi)星觀測反演云產(chǎn)品以及云模式預報02：00—04：00云場對比分析云系水平分布和移動發(fā)展，來檢驗模式預報的準確度，4月1日02：00—04：00，吉林省有云系逐漸東移發(fā)展，云頂高度超過14 km，云系移動速度約60 km/h，預計06：00—09：00影響吉林省中西部地區(qū)。云模式預報02：00—04：00云場的分布和移速與衛(wèi)星觀測較為一致，云系整體略偏西。

根據(jù)白城、通遼04：36的雷達組合反射率拼圖（見圖2）可知，吉林省西北部、通遼存在自西向東移動的雷達回波，最大回波強度約45 dBz，回波移動速度約60 km/h，預計在06：00—09：00影響吉林省中西部地區(qū)。綜合實況監(jiān)測和模式檢驗，預計4月1日06：00—09：00，吉林省中西部作業(yè)條件預警區(qū)域如圖3所示。

4 作業(yè)方案設計

根據(jù)增雨潛力區(qū)和預警區(qū)域的綜合結果，預計飛行時間為2016年03月31日06：30，預計作業(yè)時間為07：00，作業(yè)區(qū)域在白城、松原地區(qū)，作業(yè)高度約為3 500m（云內(nèi)-8℃層以上），催化劑類型為煙條，預計消耗8根。

5 作業(yè)效果分析

本次作業(yè)時長近140 min，催化層高度約3 800 m，消耗AgI煙條8根，與預計數(shù)值一致。利用CPAS平臺中的雷達組合反射率、FY-2反演云頂高度、探空云識別等方法判別作業(yè)有效性，得出以下結論：此次作業(yè)高度位于強回波區(qū)中上部，作業(yè)高度略偏高;作業(yè)層溫度約-5 ℃，催化劑選擇合理;作業(yè)方式選擇水平耕云式穿飛，催化劑播撒充分。這是一次典型的冷云飛機增雨作業(yè)。

應用CPAS平臺在雷達回波中疊加飛行軌跡，判斷影響區(qū)內(nèi)雷達回波組合反射率的變化情況，并根據(jù)催化層風向風速，把催化劑擴散1 h后的范圍確定為影響區(qū)（見圖4），并在垂直于系統(tǒng)移動方向影響區(qū)上下約15 km左右確定對比區(qū)1和對比區(qū)2（見圖5）

根據(jù)CPAS系統(tǒng)中的增雨量計算功能得到：作業(yè)影響區(qū)面積7 443.54 km2，平均雨量1.99 mm，對比區(qū)面積14 868.43 km2，平均雨量1.39 mm，影響區(qū)內(nèi)降水量有所增加，且從圖4中可以看出，雷達組合反射率在作業(yè)后略有增強，表明此次作業(yè)存在一定效果。

6 結語

CPAS在整個增雨流程中都發(fā)揮了重要作用，實時軌跡疊加雷達，能更好地指揮飛行的區(qū)域路線，增雨量計算與對比區(qū)選定，能有效計算出增加的雨量，為下一次增雨計劃提供更多的科學依據(jù)。由此可見，CPAS系統(tǒng)的應用前景十分廣闊。

參考文獻：

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