人工影響天氣地面火箭作業(yè)點(diǎn)選址技術(shù)分析

李志 鄭曉澤 楊丹

收稿日期：2024-01-19

作者簡介：李志（1985—），男，四川成都人，工程師，主要從事人工影響天氣和雷達(dá)應(yīng)用工作。#通信作者：鄭曉澤，E-mail：380801193@qq.com。

摘 要：開展人工影響天氣工作的首要問題是作業(yè)點(diǎn)建設(shè)位置的選擇，這是人工影響天氣作業(yè)的基礎(chǔ)。以西雙版納傣族自治州為例，從作業(yè)季天氣過程路徑和地面火箭作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角方面分析了在人工影響天氣地面火箭作業(yè)點(diǎn)選址時(shí)需要關(guān)注的問題。利用西雙版納傣族自治州4年的人工影響天氣作業(yè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出西雙版納傣族自治州人工影響天氣作業(yè)季主要天氣系統(tǒng)來向，再以人工影響天氣設(shè)備性能參數(shù)、作業(yè)點(diǎn)海拔和區(qū)域天氣系統(tǒng)強(qiáng)中心高度等要素，計(jì)算出各海拔作業(yè)點(diǎn)火箭最佳射擊仰角范圍，為開展人工影響天氣選址和作業(yè)方案設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：人工影響天氣；地面火箭作業(yè)點(diǎn)；選址；最佳射擊仰角

中圖分類號：P48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

近年來，隨著全球氣候逐漸變暖、工農(nóng)業(yè)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的破壞等因素的影響，極端天氣氣候事件越發(fā)頻繁，每年因氣象災(zāi)害造成的損失越來越大。出于對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等因素的考慮，人工影響天氣事業(yè)在全國得到快速發(fā)展。人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)選址時(shí)需要考慮很多因素，如保護(hù)區(qū)域位置、安全射界范圍、雷達(dá)監(jiān)測覆蓋情況、天氣過程路徑、作業(yè)人員生活保障、交通和通信條件等方面[1]。為了提高人工影響天氣的作業(yè)效率，取得更好的作業(yè)效果，對人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)選址上進(jìn)行了大量研究，主要從天氣過程移動(dòng)路徑和最佳射擊仰角范圍進(jìn)行作業(yè)點(diǎn)選址分析[2-5]。天氣過程移動(dòng)路徑在人工影響天氣選址中應(yīng)用較廣泛，但是絕大多數(shù)選址忽視了作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角范圍[6-9]。在作業(yè)點(diǎn)選址前，應(yīng)根據(jù)本地作業(yè)裝備性能參數(shù)和天氣系統(tǒng)特點(diǎn)計(jì)算出預(yù)選位置的最佳射擊仰角，選擇最佳射擊仰角范圍較大的作業(yè)點(diǎn)，能在后續(xù)開展人工影響天氣作業(yè)時(shí)準(zhǔn)確地將火箭彈射擊至天氣系統(tǒng)關(guān)鍵位置，從而進(jìn)行催化劑播撒，大大增強(qiáng)人工影響天氣作業(yè)效果，這將在人工影響天氣作業(yè)效果評估中得到很好的體現(xiàn)[10-12]。

1 選址分析

1.1 天氣過程路徑分析

人工影響天氣作業(yè)影響區(qū)主要以作業(yè)點(diǎn)為上邊界、沿下風(fēng)方向的一個(gè)區(qū)域，影響區(qū)域形狀和大小與天氣系統(tǒng)實(shí)際情況有關(guān)。要分析多年天氣過程系統(tǒng)移動(dòng)路徑，在人工影響天氣目標(biāo)區(qū)域上風(fēng)方向選擇建設(shè)人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)能獲得理想的人工影響天氣效果。選取西雙版納傣族自治州2019—2022年的人工影響天氣作業(yè)記錄進(jìn)行天氣系統(tǒng)來向分析，剔除了氣象數(shù)據(jù)缺失或代表性不強(qiáng)的數(shù)據(jù)，得到379組數(shù)據(jù)，分析結(jié)果如圖1所示。在西雙版納傣族自治州379次地面火箭人工影響天氣作業(yè)中，天氣系統(tǒng)西南方來向218次，正西來向118次，西北來向20次，偏西來向天氣系統(tǒng)總占比高達(dá)93.9%。由此可見，在西雙版納傣族自治州人工影響天氣作業(yè)季，主要受偏西來向天氣系統(tǒng)影響，其中占比最高的是正西和西南方向的天氣系統(tǒng)，其余方向的系統(tǒng)影響總占比僅為6.1%。

在上述379次地面火箭人工影響天氣作業(yè)中進(jìn)行進(jìn)一步分析，剔除因特殊年份在雨季（6—10月）開展的人工影響天氣作業(yè)，僅保留西雙版納傣族自治州常規(guī)人工影響天氣作業(yè)月份（11月—翌年5月）336次人工影響天氣作業(yè)數(shù)據(jù)分析，如圖2所示。在336次常規(guī)人工影響天氣作業(yè)月份中，天氣系統(tǒng)西南方來向211次，正西來向107次，西北來向17次，受偏西來向天氣系統(tǒng)影響總占比高達(dá)99.7%，其他方向的天氣系統(tǒng)影響僅1次，幾乎可忽略不計(jì)。由此可見，在西雙版納傣族自治州常規(guī)的人工影響天氣作業(yè)季，有利于人工影響天氣作業(yè)的天氣系統(tǒng)幾乎全是偏西方來向，其中主要是西南和正西方的天氣系統(tǒng)。

1.2 作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角分析

分析作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角的目的是使選擇的作業(yè)點(diǎn)在實(shí)施人工增雨作業(yè)時(shí)，發(fā)射的火箭彈能有效射擊至目標(biāo)云層高度，大大提高人工影響天氣作業(yè)效率。要計(jì)算出作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角就需要得到人工影響天氣作業(yè)裝備的性能參數(shù)，即火箭彈的射高、作業(yè)點(diǎn)的海拔和作業(yè)區(qū)域目標(biāo)天氣系統(tǒng)強(qiáng)中心高度

范圍。

西雙版納傣族自治州使用的人工影響天氣作業(yè)裝備主要是云南銳達(dá)民爆有限責(zé)任公司出售的LF型地面移動(dòng)式火箭發(fā)射架和CF型車載式火箭發(fā)射架。兩種型號發(fā)射架有3～12管發(fā)射通道，俯仰角度范圍55°～85°，方向角度調(diào)整范圍0°～360°。火箭發(fā)射架使火箭具有一定的離架速度和初始飛行姿態(tài)（仰角和方位角），以保證火箭飛行的穩(wěn)定性，并達(dá)到預(yù)定的飛行高度。搭配使用的火箭彈為JFJ-3型火箭彈，該型號彈藥是由安全降落傘裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)及整體后掠式尾翼組成的?；鸺c(diǎn)火后發(fā)射升空，到達(dá)預(yù)定高度后爆炸將催化劑播撒至預(yù)定區(qū)域，殘余彈藥通過降落傘安全落地。由于火箭彈發(fā)射后受重力影響，所形成的發(fā)射路線不是直線而是拋物線。因此，計(jì)算火箭彈射高不能簡單以火箭彈發(fā)射仰角和射程代入三角函數(shù)直接計(jì)算。根據(jù)云南銳達(dá)民爆有限責(zé)任公司提供的JFJ-3型火箭彈各仰角炸點(diǎn)坐標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示，得出火箭彈各仰角炸點(diǎn)散點(diǎn)分布圖，如圖4所示。從圖中明顯看出散點(diǎn)分布接近于拋物線，使用最小二乘法進(jìn)行回歸計(jì)算，得到射高x與仰角y的回歸方程：

y=8.688 7x2-54.309x+138.94，R?=0.993 9， 3.529≤x≤4.973，55°≤y≤85°（1）

根據(jù)西雙版納傣族自治州歷年收集的氣象數(shù)據(jù)，西雙版納傣族自治州天氣系統(tǒng)強(qiáng)中心高度主要集中4～6 km。人工影響天氣作業(yè)時(shí)，火箭彈需要在海拔4～

6 km高度拋撒催化物，才能達(dá)到最佳的人工影響天氣效果。因此，將所選作業(yè)點(diǎn)海拔和目標(biāo)系統(tǒng)強(qiáng)中心高度范圍代入回歸方程，可得到作業(yè)點(diǎn)海拔x與最低仰角ymin和作業(yè)點(diǎn)海拔x與最高仰角ymax的回歸方程：

ymin=8.688 7（4-x）2-54.309（4-x）+138.94，3.529≤4-x≤4.973，55°≤y≤85°（2）

ymax=8.688 7（6-x）2-54.309（6-x）+138.94，3.529≤6-x≤4.973，55°≤y≤85°（3）

作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角范圍為ymin≤y≤ymax，ymin≥

55°，y（max）≤85°。

在新建人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)時(shí)，先探測出預(yù)選作業(yè)點(diǎn)海拔，將海拔代入上述式（2）、式（3）回歸方程，計(jì)算出此預(yù)選點(diǎn)作業(yè)時(shí)的最佳射擊仰角范圍。受作業(yè)射擊仰角區(qū)間范圍影響（55°～85°），作業(yè)最低相對高度（4-x）低于3.529 km的作業(yè)點(diǎn)，使用最低射擊仰角55°，作業(yè)最高相對高度（6-x）高于4.973 km的，使用最低射擊仰角85°。若仰角范圍不能較好地滿足人工影響天氣作業(yè)需求，則可另選作業(yè)點(diǎn)，選取作業(yè)條件更為優(yōu)良的地理環(huán)境，以此優(yōu)化本地人工影響天氣作業(yè)選點(diǎn)方案。

以西雙版納傣族自治州12個(gè)作業(yè)點(diǎn)為例，代入式（2）、式（3）回歸方程，12個(gè)人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角范圍如表1所示。由于JFJ-3型火箭彈射程較遠(yuǎn)，西雙版納傣族自治州天氣系統(tǒng)中心強(qiáng)度普遍不高，若所遇天氣系統(tǒng)中心高度僅為4 km，所有作業(yè)點(diǎn)均以55°最低發(fā)射仰角發(fā)射火箭彈也比天氣系統(tǒng)中心高，最高差距可達(dá)1.2 km（星火山），不能達(dá)到理想的播撒高度。因此，當(dāng)所遇天氣系統(tǒng)中心高度較低，但是作業(yè)點(diǎn)海拔較高時(shí)，可放棄本次作業(yè)，而不是盲目作業(yè)，但是播撒高度與天氣系統(tǒng)中心高度相差不大時(shí)也是可以適當(dāng)作業(yè)的。

2 結(jié)論

2.1 地面火箭人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)布設(shè)位置

根據(jù)西雙版納傣族自治州人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)布局分析，新建作業(yè)點(diǎn)在滿足射程和安全射界的前提下，選址應(yīng)在人工影響天氣目標(biāo)區(qū)域西南方為最佳，正西方次之，南方再次之，其他方向不建議布設(shè)作業(yè)點(diǎn)。

2.2 地面火箭人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角

在新建作業(yè)點(diǎn)時(shí)，將預(yù)選作業(yè)點(diǎn)海拔代入上述式（2）、式（3）回歸方程，計(jì)算出預(yù)選作業(yè)點(diǎn)的最佳射擊仰角范圍，根據(jù)得到的最佳射擊仰角范圍區(qū)間確定預(yù)選作業(yè)點(diǎn)是否適合建點(diǎn)。其他城市需要設(shè)計(jì)本地化地面火箭人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)最佳射擊仰角計(jì)算方程時(shí)，只需替換方程中火箭彈炸點(diǎn)數(shù)據(jù)、目標(biāo)作業(yè)高度數(shù)值即可。

西雙版納傣族自治州天氣系統(tǒng)強(qiáng)中心高度主要集中在4～6 km之間，人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)海拔一般為0.7～1.7 km。在新建作業(yè)點(diǎn)時(shí)，盡量選擇海拔較低的作業(yè)點(diǎn)，以增加可作業(yè)天氣系統(tǒng)數(shù)量。此外，西雙版納部分海拔較高的作業(yè)點(diǎn)可考慮更換4 km火箭彈，以增強(qiáng)作業(yè)效果。

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