一次增雨作業(yè)的FY-4A衛(wèi)星反演分析

范思睿，王維佳

(1. 四川省人工影響天氣辦公室，成都 610072；2.中國(guó)氣象局云霧物理環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072；4.四川省成都市氣象局，成都 611133)

引言

氣象衛(wèi)星的迅速發(fā)展為云降水研究提供了新思路。氣象衛(wèi)星能夠提供多時(shí)次、大范圍、連續(xù)性的云微物理探測(cè)信息。在過(guò)去幾十年中，許多學(xué)者研發(fā)了衛(wèi)星反演云微物理參數(shù)的方法，利用氣象衛(wèi)星資料反演云和降水的多種宏微觀(guān)物理特征參數(shù)，如云粒子相態(tài)、粒子有效半徑、光學(xué)厚度等。Pavolonis等[1]，Nakajima等[2]，Han等[3]利用衛(wèi)星資料反演云的相態(tài)和類(lèi)型、云光學(xué)厚度、粒子有效半徑、氣溶膠光學(xué)厚度等。Rosenfeld等[4]建立了基于衛(wèi)星反演云微物理的方法，分析云垂直結(jié)構(gòu)，并用飛機(jī)探測(cè)資料對(duì)反演的云微物理進(jìn)行驗(yàn)證。Lensky等[5]和Freud 等[6]進(jìn)一步利用飛機(jī)探測(cè)資料和衛(wèi)星資料進(jìn)行了驗(yàn)證，此后，這種反演技術(shù)逐步應(yīng)用在強(qiáng)對(duì)流、氣溶膠、森林火災(zāi)等研究上[5-8]。在中國(guó)，學(xué)者們也將衛(wèi)星反演技術(shù)應(yīng)用到云和降水分析上。戴進(jìn)等[9]利用衛(wèi)星反演技術(shù)分析雷暴降水過(guò)程，探討云微物理特征及形成原因。劉貴華等[10]利用衛(wèi)星反演技術(shù)分析了不同積云的云物理過(guò)程和微物理特征。徐小紅等[11]利用NOAA衛(wèi)星資料反演了一次春季強(qiáng)颮線(xiàn)過(guò)程，并與多種觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。張芹等[12]和武威等[13]利用FY-2E衛(wèi)星資料對(duì)颮線(xiàn)和暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析。人工影響天氣領(lǐng)域也逐步加大了衛(wèi)星反演技術(shù)的應(yīng)用。從風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星開(kāi)始，中國(guó)氣象局人工影響天氣中心就研發(fā)了相關(guān)的衛(wèi)星反演產(chǎn)品指導(dǎo)全國(guó)人工增雨作業(yè)。2005 年陜西省氣象科學(xué)研究所引進(jìn)Rosenfeld 等建立的衛(wèi)星反演技術(shù)，發(fā)展了基于NPP 衛(wèi)星、MODIS 衛(wèi)星和風(fēng)云系列的云微物理反演技術(shù)方法[10]，并應(yīng)用于云和降水分析中。戴進(jìn)等[14]利用衛(wèi)星反演技術(shù)分析了一次人工增雨催化作業(yè)后的云跡線(xiàn)，揭示了層狀云催化的微物理效應(yīng)。劉貴華等[15-16]利用極軌衛(wèi)星資料反演了增雨前云降水微物理特征，分析增雨潛力。孫鴻娉等[17]利用FY-2C衛(wèi)星資料反演夏季積層混合云微物理特征，綜合分析增雨可播性。范思睿等[18]利用FY-4A衛(wèi)星資料反演增雨作業(yè)前的云層條件，表明在四川盆地有高低云配置地區(qū)，降雨更大。

風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)運(yùn)行，可以獲得觀(guān)測(cè)范圍內(nèi)云和降水大范圍、高時(shí)空分辨率資料，利用衛(wèi)星反演技術(shù)，對(duì)云降水的多種物理特征參數(shù)進(jìn)行反演，開(kāi)展中國(guó)地區(qū)云降水水平和垂直結(jié)構(gòu)研究。應(yīng)用目前，分析云和降水微物理特征、人工增雨潛力的大部分研究基于極軌衛(wèi)星，利用FY-4A衛(wèi)星資料的研究較少。本文采用Rosenfeld 等[4]的衛(wèi)星反演方法，利用FY-4A衛(wèi)星對(duì)四川盆地云降水的多種物理特征參數(shù)進(jìn)行反演，分析了一次人工增雨作業(yè)前云降水微物理變化特征，綜合分析增雨可播性，判別增雨潛力區(qū)和作業(yè)高度，為開(kāi)展人工增雨作業(yè)提供可靠的依據(jù)，然后利用多普勒天氣雷達(dá)、地面氣象臺(tái)站、空氣質(zhì)量指數(shù)、顆粒物污染物濃度等多種數(shù)據(jù)資料得到人工增雨作業(yè)前后作業(yè)云體宏觀(guān)情況和空氣質(zhì)量、雨量的變化，對(duì)其作業(yè)效果進(jìn)行分析，尋找人工增雨減輕污染作業(yè)效果的物理證據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

FY-4A衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家衛(wèi)星氣象中心下發(fā)的風(fēng)云四號(hào)A星靜止衛(wèi)星資料；雨量資料為氣象臺(tái)站小時(shí)雨量觀(guān)測(cè)資料，雷達(dá)資料為成都市S波段多普勒天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)和二次產(chǎn)品，探空資料為溫江站點(diǎn)L波段探空數(shù)據(jù)，均來(lái)源于四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心；AQI空氣質(zhì)量指數(shù)和PM10、PM2.5數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局。

1.2 衛(wèi)星反演云微物理特征分析方法

利用FY-4A多通道信息的組合，反演云的微物理特征，揭示云的不同類(lèi)別、云厚、粒子有效半徑、粒子增長(zhǎng)過(guò)程等。利用Rosenfeld等[4]建立的基于衛(wèi)星反演云微物理的方法將可見(jiàn)光反射率、3.7μm通道反射率和云頂溫度賦予不同基色值，通過(guò)組合編碼，形成RGB彩色圖像，根據(jù)不同顏色來(lái)大致判斷云的類(lèi)型[4,10]。夜間由于缺乏可見(jiàn)光和近紅外通道發(fā)射率信息，可以利用紅外亮溫差來(lái)定性反映云的密實(shí)程度和云粒子大小信息。分裂窗亮溫差(BTD12.0～10.8)反映了云的密實(shí)程度，用作紅色基色值；10.8μm和3.7μm通道亮溫差(BTD10.8～3.7)對(duì)云粒子大小敏感，用作綠色基色值；10.8μm反映云的發(fā)展高度，用作藍(lán)色基色值；通過(guò)RGB調(diào)色，形成夜間云微物理多光譜合成圖像。在夜間云微物理多光譜合成圖上，深厚對(duì)流云呈現(xiàn)為橙紅色，過(guò)冷水云為淺綠色。戴進(jìn)等[14]、劉貴華等[15-16]、孫鴻娉等[17]和范思睿等[18]將此方法用于人工影響天氣中，證明利用衛(wèi)星資料能夠準(zhǔn)確反演云和降水微物理特征，分析云類(lèi)型，從而判別過(guò)冷水區(qū)和高度，對(duì)增雨可播性和播撒催化劑時(shí)間和高度提供指導(dǎo)。

1.3 云垂直結(jié)構(gòu)分析T-Re圖

衛(wèi)星探測(cè)只能獲取云頂?shù)男畔ⅲ瑸榱肆私庠苾?nèi)狀況，通過(guò)假定條件進(jìn)行時(shí)空轉(zhuǎn)換，并據(jù)此來(lái)分析云的垂直結(jié)構(gòu)和云中物理過(guò)程，假定條件如下：1)各態(tài)歷經(jīng)假定，某一時(shí)刻衛(wèi)星在某一區(qū)域內(nèi)觀(guān)測(cè)到不同云塊不同的溫度、反演的粒子半徑可認(rèn)為是這一區(qū)域中每一塊云隨時(shí)間發(fā)展的過(guò)程，即將空間分布的信息看成是時(shí)間變化的信息。2) 只要降水沒(méi)有發(fā)生，云頂附近的粒子半徑，是和同一高度上云內(nèi)的粒子半徑相似，以上假定都通過(guò)飛機(jī)觀(guān)測(cè)做了檢驗(yàn)?；谶@二個(gè)假定條件，通過(guò)選取不同高度的云就可以得到粒子半徑隨溫度的變化曲線(xiàn)，即T-Re圖，用于分析云降水的垂直結(jié)構(gòu)[4,10]。

1.4 效果評(píng)估方法

現(xiàn)有的人工增雨作業(yè)效果檢驗(yàn)方法主要有統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、物理檢驗(yàn)和數(shù)值模擬檢驗(yàn)。本文主要使用物理檢驗(yàn)，物理檢驗(yàn)主要利用現(xiàn)有的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析作業(yè)云和對(duì)比云的宏微觀(guān)物理特征變化，給出云物理響應(yīng)證據(jù)，定性定量分析作業(yè)效果。

2 作業(yè)情況

2019年5月12～13日，受北方大范圍沙塵天氣傳輸入境的沙塵氣溶膠影響，四川盆地東北部和西部多個(gè)城市相繼出現(xiàn)空氣質(zhì)量指數(shù)超標(biāo)。為減輕沙塵氣溶膠污染，成都市氣象局組織實(shí)施地面人工增雨作業(yè)減輕空氣污染。2019年5月12～13日在成都市多個(gè)作業(yè)點(diǎn)發(fā)射裝填有以AgI為主要成分的冷云催化劑的高炮彈和增雨火箭彈到目標(biāo)云中實(shí)施人工增雨減輕污染作業(yè)(表1)。此次作業(yè)主要集中在成都，主要是對(duì)回波強(qiáng)度≥30dBz(圖略)云體進(jìn)行人工催化增雨。根據(jù)作業(yè)區(qū)氣候背景和地形條件、云體移動(dòng)方向等，選擇沒(méi)有受到催化污染的周邊市(綿陽(yáng)、廣元、資陽(yáng))為對(duì)比區(qū)，將成都設(shè)為作業(yè)區(qū)，綿陽(yáng)設(shè)為對(duì)比區(qū)1，廣元為對(duì)比區(qū)2，資陽(yáng)為對(duì)比區(qū)3。作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)1歷史降水相關(guān)系數(shù)為0.63，作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)2歷史降水相關(guān)系數(shù)為0.31，作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)3歷史降水相關(guān)系數(shù)為0.53。

表1 地面增雨作業(yè)信息

3 作業(yè)條件和增雨潛力分析

3.1 天氣形勢(shì)分析

受北方冷空氣影響，5月12日凌晨開(kāi)始，內(nèi)蒙古中西部、甘肅中部、寧夏、陜西、山西等地的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵天氣，西安等多個(gè)城市出現(xiàn)嚴(yán)重污染。12日18時(shí)左右，沙塵從四川省東北部廣元進(jìn)入，并逐步南下影響南充、遂寧、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、眉山等地。當(dāng)天天氣形勢(shì)(圖略)顯示500hPa青藏高原東部的西藏、四川、青海三省交界處有明顯的風(fēng)切變，并配有顯著降溫區(qū)，700hPa盆地北部有東北氣流侵入，東部有冷空氣回流。

3.2 作業(yè)條件

作業(yè)前需要分析云層是否具有增雨潛力，衛(wèi)星能夠提供多時(shí)次、大范圍、連續(xù)性的云微物理探測(cè)信息，利用FY-4A衛(wèi)星反演四川盆地云降水微物理特征，分析四川盆地春季增雨潛力區(qū)分布。圖1為采用Rosenfeld等[4]的衛(wèi)星反演方法對(duì)2019年5月12日15時(shí)(北京時(shí))四川盆地云降水物理特征進(jìn)行反演，地面為四川，盆地西部主要為黃色和粉色、紅色云覆蓋，黃色和粉色區(qū)域(區(qū)域1)云頂溫度約為-7℃，主要為低云，粒子有效半徑為12～18μm，說(shuō)明粒子半徑較小溫度較高，根據(jù)戴進(jìn)等[9]提出的辦法，利用粒子半徑大小和云頂溫度判定黃色和粉色區(qū)域主要為液態(tài)粒子，可見(jiàn)作業(yè)區(qū)附近有大面積過(guò)冷水存在，但因云層較薄，過(guò)冷水云上空沒(méi)有中高云存在，云中缺乏冰晶或冰晶不足，過(guò)冷水僅通過(guò)凝結(jié)增長(zhǎng)變大。成片黃色和粉色區(qū)域中存在點(diǎn)狀紅色云(區(qū)域3)，根據(jù)區(qū)域3的T-Re(圖1d)看出，紅色云頂溫度約為-30℃，粒子有效半徑為15～40μm，云中主要發(fā)生碰并增長(zhǎng)、混合相增長(zhǎng)和冰化增長(zhǎng)過(guò)程，相對(duì)于黃色和粉色區(qū)域，區(qū)域3中云頂溫度更低，云層更厚，粒子半徑更大，粒子半徑分布不均，點(diǎn)狀紅色云為粒子半徑更大、云頂溫度更低的弱對(duì)流泡，由此可見(jiàn)，15時(shí)作業(yè)區(qū)附近主要是積層混合云。圖2為12日18:15(北京時(shí))FY-4A反演的云微物理特征，地面為四川，18時(shí)15分作業(yè)區(qū)上空已被紅色云體覆蓋，云頂溫度約為-40℃，粒子有效半徑為7～40μm，云中粒子半徑分布不均，結(jié)合12日20時(shí)溫江站探空數(shù)據(jù)(圖略)顯示云頂高度已發(fā)展到7km以上，云底為1.5km，由此推斷18時(shí)15分作業(yè)區(qū)上空紅色云為深厚的對(duì)流降水云，云體發(fā)展較快，云頂溫度約為-40℃，粒子有效半徑為7～40μm，說(shuō)明云中有多種相態(tài)粒子。從15時(shí)到18時(shí)作業(yè)區(qū)上空已經(jīng)從積層混合云發(fā)展為深厚對(duì)流降水云，作業(yè)區(qū)北部也為大片的紅色深厚對(duì)流降水云，作業(yè)區(qū)西北部為大片黃色過(guò)冷水云和粉色對(duì)流泡，主要為積層混合云，提供了豐富的過(guò)冷水。

圖3為12日21:00(北京時(shí))FY-4A夜間云微物理多光譜合成圖，地面為四川，因?yàn)橐归g缺少可見(jiàn)光信息和近紅外通道發(fā)射率信息，利用紅外亮溫差來(lái)定性反映云的密實(shí)程度和云粒子大小信息，無(wú)法建立T-Re關(guān)系。從圖3中看出作業(yè)區(qū)上空和北部都為橙紅色的深厚對(duì)流降水云，作業(yè)區(qū)南部為淺綠色的過(guò)冷水云，從18～21時(shí)云體有發(fā)展，作業(yè)區(qū)北部的對(duì)流云團(tuán)更加密實(shí)，但沒(méi)有南移，主要是在四川北部，作業(yè)區(qū)南部依然為大面積過(guò)冷水云和對(duì)流泡。

綜上所述，12日15時(shí)作業(yè)區(qū)附近主要為積層混合云，存在大量過(guò)冷水，紅色對(duì)流泡云頂溫度約為-30℃，粒子有效半徑為15～40μm，黃色云頂溫度約為-7℃，主要為低云，粒子有效半徑為12～18μm；18時(shí)云體發(fā)展迅速，作業(yè)區(qū)上空和北部都發(fā)展為深厚對(duì)流降水云，云頂溫度約為-40℃，粒子有效半徑為7～40μm，作業(yè)區(qū)南部為積層混合云；21時(shí)作業(yè)區(qū)上空云體緩慢發(fā)展，北部對(duì)流降水云發(fā)展密實(shí)但沒(méi)有南移，南部依然為積層混合云，存在大量過(guò)冷水。

3.3 增雨潛力分析

作業(yè)上空15時(shí)為積層混合云，有大面積過(guò)冷水云，21時(shí)已經(jīng)發(fā)展為對(duì)流降水云，說(shuō)明云系朝著有利于降水的方向發(fā)展。根據(jù)劉貴華等[19]提出的人工播撒適宜條件，認(rèn)為云層厚度要達(dá)到2km以上，云頂溫度低至-10～-20℃。云中增雨潛力要同時(shí)考慮多個(gè)因素：“催化-供給”云結(jié)構(gòu)、過(guò)冷水含量高、冰晶濃度低、水汽厚度和冰面過(guò)飽和水汽厚度大、降水效率低[20]。此次作業(yè)區(qū)域?yàn)榕璧匚鞑?，作業(yè)區(qū)域上空有大量過(guò)冷水云，同時(shí)云層厚度達(dá)到6km，云頂溫度位于-7～-40℃，符合人工播撒催化劑條件，增雨潛力較好，對(duì)其進(jìn)行人工增雨較為適宜。根據(jù)12日20時(shí)溫江站探空數(shù)據(jù)(圖略)，0℃層高度約為4km，-10℃層高度約為6km，預(yù)計(jì)在過(guò)冷水豐富的-5℃～-15℃溫度層中人工引入致冷催化劑，可以促使云中發(fā)生貝吉龍過(guò)程，增加云中冰晶數(shù)量，使得水汽和過(guò)冷卻水滴在冰晶表面迅速凝華從而落下，促使冷云降水，根據(jù)多普勒天氣雷達(dá)圖(圖略)看出作業(yè)前的21時(shí)作業(yè)區(qū)垂直液水含量達(dá)到40kg/m2，再次證明作業(yè)云體內(nèi)液態(tài)水含量豐沛，有利于引入催化劑進(jìn)行人工增雨。

綜合分析，此次天氣過(guò)程有較好的增雨潛力，高低空配合的環(huán)流場(chǎng)形成了比較有利的降水形勢(shì)，作業(yè)云體過(guò)冷水豐沛，催化劑能夠達(dá)到適溫層(-10℃)，適宜開(kāi)展人工增雨作業(yè)，故計(jì)劃在盆地西部開(kāi)展地面增雨作業(yè)，射擊方位是云體移動(dòng)方向，播撒高度約為6km(-10℃)。

4 作業(yè)效果分析

4.1 雨量變化

人工增雨作業(yè)從12日21:17開(kāi)始連續(xù)性作業(yè)，持續(xù)到13日01:00，通過(guò)直觀(guān)對(duì)比作業(yè)前后的小時(shí)雨量(圖4)，分析出作業(yè)前作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)雨量變化趨勢(shì)一致，都屬于增長(zhǎng)期，小時(shí)雨量集中在0～2mm，從12日21時(shí)開(kāi)始成都開(kāi)始進(jìn)行地面人工增雨作業(yè)，作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)雨量都在12日21時(shí)達(dá)到峰值，23時(shí)之后對(duì)比區(qū)降水持續(xù)下降，雨量逐漸減少，但因?yàn)樽鳂I(yè)區(qū)成都持續(xù)進(jìn)行地面增雨作業(yè)，23：00～01：00雨量沒(méi)有下降，而是維持在約2mm，13日02時(shí)之后雨量才開(kāi)始下降，作業(yè)區(qū)成都峰值降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，說(shuō)明地面增雨作業(yè)使得作業(yè)區(qū)(成都)峰值降雨時(shí)間延長(zhǎng)，總體雨量增強(qiáng)。

4.2 雷達(dá)參量變化

為了分析催化云體在作業(yè)前后的變化，選擇能覆蓋目標(biāo)云的成都站多普勒天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)和二次產(chǎn)品用于此次物理檢驗(yàn)，利用自主研發(fā)的“人工增雨效果物理檢驗(yàn)分析軟件V1.0”(國(guó)家版權(quán)登記號(hào)：2019SR0966953)分析了作業(yè)前后雷達(dá)回波頂高ET、組合反射率CR、垂直累積液態(tài)水含量VIL等參量變化，為此次人工增雨減輕空氣污染作業(yè)提供基于多普勒天氣雷達(dá)的物理檢驗(yàn)效果分析。利用該軟件可以自動(dòng)根據(jù)作業(yè)點(diǎn)經(jīng)緯度和作業(yè)方位角、仰角、作業(yè)起止時(shí)間，在雷達(dá)回波圖上定位作業(yè)位置或作業(yè)區(qū)域，確定作業(yè)云體單元或作業(yè)區(qū)，將識(shí)別出的云體單元進(jìn)行自動(dòng)編號(hào)，自動(dòng)根據(jù)降水云類(lèi)型選擇不同方法對(duì)作業(yè)云體進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，科學(xué)判定作業(yè)區(qū)每個(gè)時(shí)刻移動(dòng)方向和每個(gè)階段的發(fā)展?fàn)顩r，可以選擇多個(gè)對(duì)比區(qū)，根據(jù)作業(yè)云體的實(shí)時(shí)追蹤，自動(dòng)顯示作業(yè)區(qū)和對(duì)比區(qū)被催化前后的多個(gè)雷達(dá)參量變化。

從作業(yè)云組合反射率變化(圖5)，可以發(fā)現(xiàn)第一次增雨作業(yè)(21:17)前的目標(biāo)區(qū)有積層混合云存在，同時(shí)云中液水含量豐沛，合適人工催化。21:17進(jìn)行了第一次催化作業(yè)，從圖5c21:59上可以發(fā)現(xiàn)，人工催化后半小時(shí)作業(yè)區(qū)新生了層狀云，回波面積較大，最大回波強(qiáng)度達(dá)到44dBz，VIL達(dá)到40kg/m2，回波頂高達(dá)到7km，說(shuō)明第一次作業(yè)的催化劑促使云體再次發(fā)展，云內(nèi)液水含量(圖6)經(jīng)過(guò)催化后先增加后減少，是因?yàn)榇呋瘎橹评鋭?，?huì)消耗云中過(guò)冷水，致使云中液水含量下降，冰核增長(zhǎng)為冰晶的過(guò)程中釋放熱量，產(chǎn)生動(dòng)力效益，促使云頂升高。22:34作業(yè)后一小時(shí)，云體發(fā)展緩慢，回波面積增大，但是回波強(qiáng)度下降，VIL下降到30kg/m2，說(shuō)明云體正在減弱。23:03云體與周?chē)企w合并發(fā)展，但從強(qiáng)度上看整體云體正在減弱消散，VIL進(jìn)一步下降到15kg/m2。云體已經(jīng)在消散期，為了能盡力增加降水和延長(zhǎng)降水云周期，12日23:32和13日00:27開(kāi)始第二次人工增雨作業(yè)，13日00:32回波面積相對(duì)12日23：50有所增加。01:00之后催化劑消耗殆盡，降水云體逐漸消散，云中液水含量將至最低。

4.3 空氣質(zhì)量指數(shù)變化

空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)變化是是否減輕空氣污染的重要和直觀(guān)指標(biāo)，從AQI的變化就可以看出目標(biāo)區(qū)污染物的變化。這次污染主要是由沙塵引起，從12日18時(shí)左右沙塵從四川盆地東北部(廣元)進(jìn)入，并逐步南下影響南充、綿陽(yáng)、成都等地，廣元出現(xiàn)重度污染和嚴(yán)重污染，資陽(yáng)出現(xiàn)中度污染，綿陽(yáng)出現(xiàn)輕度污染。而成都從12日21時(shí)～13日01時(shí)連續(xù)進(jìn)行了多次地面人工增雨作業(yè)，AQI最高只達(dá)到82，超過(guò)50的小時(shí)數(shù)僅僅維持3小時(shí)，空氣質(zhì)量等級(jí)持續(xù)優(yōu)良，PM10在13日凌晨達(dá)到最高94μg/m3，僅有4小時(shí)超過(guò)50μg/m3，在13日03時(shí)下降到48μg/m3(達(dá)到優(yōu))，PM2.5在13日凌晨達(dá)到最高49μg/m3，PM2.5僅有4小時(shí)超過(guò)35μg/m3，在13日03時(shí)下降到29μg/m3(達(dá)到優(yōu))。對(duì)比區(qū)3(資陽(yáng))和作業(yè)區(qū)(成都)的AQI變化從12日18時(shí)到13日01時(shí)幾乎同步，在12日22時(shí)前都低于50(優(yōu))，從12日23時(shí)轉(zhuǎn)為良，但成都經(jīng)過(guò)人工增雨后13日02時(shí)空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為優(yōu)，而對(duì)比區(qū)3(資陽(yáng))從良轉(zhuǎn)為輕度污染乃至中度污染，直至13日05時(shí)對(duì)比區(qū)3(資陽(yáng))AQI才轉(zhuǎn)為良。成都的PM10從 12日23時(shí)達(dá)到63μg/m3，在13日凌晨達(dá)到最高值94μg/m3，經(jīng)過(guò)人工增雨后13日03時(shí)PM10下降到48μg/m3，而對(duì)比區(qū)3(資陽(yáng))PM10的變化從12日18時(shí)到13日01時(shí)幾乎同步，在12日23時(shí)前都低于60μg/m3，但13日01時(shí)PM10持續(xù)上升到13日03時(shí)達(dá)到峰值246μg/m3，PM2.5有類(lèi)似變化趨勢(shì)。對(duì)比區(qū)2(廣元)污染嚴(yán)重到AQI持續(xù)4小時(shí)爆表，重污染持續(xù)數(shù)小時(shí)。對(duì)比區(qū)1(綿陽(yáng))AQI最高可達(dá)122，PM10最高可達(dá)183μg/m3，PM2.5最高可達(dá)93μg/m3，不達(dá)標(biāo)空氣持續(xù)超過(guò)5小時(shí)。綜上所述，對(duì)比經(jīng)過(guò)人工增雨作業(yè)的成都和未經(jīng)過(guò)人工增雨作業(yè)的周邊市，看出人工增雨作業(yè)有效降低了AQI、PM10、PM2.5，有效降低了空氣污染物濃度。

5 結(jié)論

5月12日凌晨開(kāi)始，內(nèi)蒙古中西部、甘肅中部、寧夏、陜西、山西等地的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵天氣，西安等多個(gè)城市出現(xiàn)嚴(yán)重污染。12日18時(shí)左右，沙塵從四川省東北部廣元進(jìn)入，并逐步南下影響南充、遂寧、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、眉山等地。本文利用FY-4A衛(wèi)星對(duì)2019年5月12日在四川盆地開(kāi)展的一次人工增雨減輕空氣污染作業(yè)條件進(jìn)行分析，綜合分析增雨可播性，判別增雨潛力區(qū)和作業(yè)高度，為開(kāi)展人工增雨作業(yè)提供可靠的依據(jù)，然后綜合利用多種觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其作業(yè)效果進(jìn)行分析，得到人工增雨減輕空氣污染作業(yè)效果的物理證據(jù)。

(1)經(jīng)過(guò)分析作業(yè)前6個(gè)小時(shí)內(nèi)的FY-4A衛(wèi)星白天和夜間多光譜合成圖，表明作業(yè)前云系朝有利于降水的方向發(fā)展，15時(shí)作業(yè)區(qū)附近主要為積層混合云，存在大量過(guò)冷水，紅色對(duì)流泡云頂溫度約為-30℃，粒子有效半徑為15～40μm，黃色云頂溫度約為-7℃，主要為低云，粒子有效半徑為12～18μm；18時(shí)云體發(fā)展迅速，作業(yè)區(qū)上空和北部有大片深厚對(duì)流降水云發(fā)展，作業(yè)區(qū)位于對(duì)流降水云邊緣，云頂溫度約為-40℃，粒子有效半徑為7～40μm，作業(yè)區(qū)南部為積層混合云，提供大量過(guò)冷水；21時(shí)作業(yè)區(qū)上空云體緩慢發(fā)展，北部對(duì)流降水云發(fā)展密實(shí)但沒(méi)有南移，南部依然為積層混合云。

(2)此次作業(yè)區(qū)內(nèi)高低空配合的環(huán)流場(chǎng)形成了比較有利的降水形勢(shì)，云層厚度達(dá)到6km，云頂溫度位于-7～-40℃，雷達(dá)顯示作業(yè)前的21時(shí)作業(yè)區(qū)垂直液水含量達(dá)到40 kg/m2，再次說(shuō)明作業(yè)云體過(guò)冷水豐沛。催化劑能夠達(dá)到適溫層(-10℃)，符合人工播撒催化劑條件，增雨潛力較好，適宜開(kāi)展人工增雨作業(yè)。

(3)經(jīng)過(guò)人工增雨作業(yè)，作業(yè)區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)從82降到29，PM10從94μg/m3下降到28μg/m3，PM2.5從49μg/m3降到17μg/m3，空氣質(zhì)量等級(jí)持續(xù)優(yōu)良，而3個(gè)對(duì)比區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)從良轉(zhuǎn)為輕度污染或者中度污染、嚴(yán)重污染，空氣污染持續(xù)數(shù)小時(shí)；作業(yè)區(qū)的降水經(jīng)過(guò)人工催化后，雨量峰值持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)人工催化，作業(yè)云體持續(xù)發(fā)展，云內(nèi)液體水含量增加，云頂升高。說(shuō)明經(jīng)過(guò)人工增雨作業(yè)使得作業(yè)云體持續(xù)發(fā)展，峰值降雨時(shí)間延長(zhǎng)，總體雨量增加，同時(shí)有效減輕空氣污染。

致謝：感謝劉貴華正研級(jí)高工對(duì)本文FY-4A應(yīng)用和分析提出的寶貴意見(jiàn)。