牛頭山庫區(qū)人影技術(shù)思路及效果分析*

尹先龍 王鑫凱

(臨海市氣象局，浙江 臨海 317000)

0 引 言

臨海地處浙江中部沿海，介于28°40′～29°04′N，120°49′～121°41′E之間。年平均氣溫17.7℃，年降水量1686.7 mm，6月上、中旬—7月上旬為梅汛期降雨集中期，7—9月以晴熱天氣為主，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，降水時空分布不均。[1]

影響本地區(qū)的主要降水系統(tǒng)有低渦切變、高空槽、臺風、地面倒槽等，當降水系統(tǒng)影響時，臨海常位于切變南側(cè)、高空槽前、暖區(qū)內(nèi)西南暖濕氣流以及臺風、地面倒槽控制下，對應(yīng)的降水云系多數(shù)由西南向東北方向移動。

利用人工增雨技術(shù)，合理開發(fā)空中水資源，是緩解地方旱情，保障供水的有效手段[2-3]。人工影響天氣理論和方法是否正確，只有通過評估的效果來檢驗，但人工增雨技術(shù)效果評估一直是一個世界難題，因此科學、客觀的效果檢驗?zāi)軜O大地推動人工增雨技術(shù)的健康持續(xù)發(fā)展[4]。

1 資料及方法

采用2018年1號作業(yè)點的資料，現(xiàn)列表1如下：

表1 2018年臨海市人工增雨作業(yè)情況統(tǒng)計結(jié)果

可用方法有：序列分析、區(qū)域?qū)Ρ确治?、區(qū)域歷史回歸統(tǒng)計等。本文擬用區(qū)域歷史回歸統(tǒng)計檢驗技術(shù)[5-8]。它基于地面歷史與實時降雨量資料，采用正態(tài)分布理論、最小二乘法理論、t-檢驗法等數(shù)學理論基礎(chǔ)，計算步驟嚴明，可研性強，適用范圍廣。基于地面降雨量資料的區(qū)域歷史回歸統(tǒng)計檢驗方法要求統(tǒng)計變量滿足正態(tài)分布，通常情況下，地面降雨量不滿足這個條件，需要對地面降雨量進行正態(tài)變換、正態(tài)檢驗。將服從或近似服從正態(tài)分布的代換變量作為新變量，并建立一元線性回歸方程，計算增雨量，最后對計算結(jié)果進行可信度檢驗。

1.1 合理性分析

根據(jù)中國局《人工增雨作業(yè)效果檢驗技術(shù)指南(2016版)》，合理性分析是利用雷達等觀測資料結(jié)合火箭作業(yè)的方位和仰角確定判定目標云系是否在地面火箭的有效射程以內(nèi)，來判斷作業(yè)過程是否合理。

由于臨海國家基本站處于牛頭山庫區(qū)的上風方和上游地區(qū)，不受人影作業(yè)的催化劑影響；且兩者受相同或相似的天氣系統(tǒng)影響，有可比性。根據(jù)表1計算臨海(1981—2010年)各日12 h歷史平均值(分夜間和白天)。如表2所示：

表2 臨海站(58660)對應(yīng)表1各日歷史平均值

根據(jù)作業(yè)期間，影響區(qū)(以牛頭山中尺度站K8608降水量為代表)的實際降水量減去表2中對比區(qū)相應(yīng)期間的平均降水量，作為作業(yè)效果。而2018年3月19日白天、4月4日夜間、5月22日白天庫區(qū)的降水量分別為4.6,0.1,5.6 mm，小于各自對比區(qū)的平均降水量，分別是10.1,4.7,6.2 mm。顯然不符合實際，應(yīng)該舍去。

1.2 相關(guān)性分析

把符合合理性分析要求的人影作業(yè)，其對應(yīng)時段的實際降水量減去對比區(qū)的自然降水量，其值從小到大排列為：

5.0，6.7，6.7，12.4 …………y

把相應(yīng)的自然降水量也從小到大進行排列：

2.9，3.2，4.8，8.3 …………x

相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

說明影響區(qū)與和對比區(qū)兩者降水量的相關(guān)程度較高。

表3 x，y數(shù)組相關(guān)數(shù)據(jù)計算

1.3 統(tǒng)計變量的正態(tài)檢驗和正態(tài)變換

1)求數(shù)組y的標準差：

取n=4，則有經(jīng)驗分布函數(shù)值：0，0.25，0.5，0.75。

同理，由表3數(shù)據(jù)得：-2.7/3.234，-1.0/3.234，-1.0/3.234，4.7/3.234，

即：-0.8349，-0.3092，-0.3092，1.4533。

查標準正態(tài)分布函數(shù)表得到數(shù)組y中數(shù)據(jù)對應(yīng)的理論分布函數(shù)值，為：

0.2033，0.3783，0.3783，0.9265。

4)求出數(shù)組y中每個數(shù)據(jù)的經(jīng)驗分布函數(shù)值與對應(yīng)的理論分布函數(shù)值的差值(取絕對值)。即：0.2033，0.1283，0.1217，0.1765。

1.4 建立區(qū)域歷史回歸方程

由表3數(shù)據(jù)，即得：b=23.18/18.42=1.2584，

故有一元線性回歸方程：y=1.2584x+1.66。

1.5 統(tǒng)計檢驗結(jié)果的顯著性檢驗

2 問題探討

根據(jù)上述回歸方程，對經(jīng)過合理性分析的4次作業(yè)過程(表1數(shù)據(jù))，進行效果再分析，如表4所示。

表4 2018年臨海市人工增雨作業(yè)效果主客觀比較

2.1 優(yōu) 點

1)從表4看，總體評估結(jié)果：區(qū)域歷史統(tǒng)計回歸方程分析(客觀)比序列分析(主觀)方法的值大，有利于地方政府為百姓辦實事的業(yè)績提升。

2)區(qū)域歷史回歸方程分析，可利用國家基本站(58660)積累的歷史資料，事先計算出一年中各日(分夜間和白天)的歷史平均值，對應(yīng)代入方程即可得出效果評估值，既簡單又方便。也為各級領(lǐng)導指揮抗旱增雨、水庫蓄水和凈化城市空氣質(zhì)量等決策，快速提供效果評估。

3)為個人積累經(jīng)驗，為單位積累歷史個例，為后來者快速融入人工影響天氣工作提供理論指導。

2.2 缺 點

1)上述1.2相關(guān)分析中的兩數(shù)組，雖然相關(guān)性好，但是各自以一個站點，代表區(qū)域平均，顯得過于簡化，與《人工增雨作業(yè)效果檢驗技術(shù)指南》(2016版)的要求有所出入。

2)數(shù)組x的值有較長的時間序列，而數(shù)組y的取值是以牛頭山中尺度站K8608實際降水減去數(shù)組x相對應(yīng)區(qū)間的值求得的，也即是所說的人影增雨效果。這樣求得的回歸方程，沒有理論可供參考。

3)樣本n=4，數(shù)量少，能否很好地代表總體，值得商榷。

3 改進措施

3.1在上級人影專家指導下，規(guī)范劃定作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)，增加兩區(qū)中尺度站密度，積累較長序列的降水資料，能夠較好地代表兩區(qū)的降水歷史平均值。

3.2繼續(xù)進行人影業(yè)務(wù)試驗。收集盡可能多的樣本數(shù)，使有限的樣本能夠代表或接近總體規(guī)律。完善1.4節(jié)中一元線性回歸方程，使之更好地應(yīng)用到業(yè)務(wù)工作中。